1、1项目六 车载网络技术 采用车载网络作为信号传输系统后可有效地减少汽采用车载网络作为信号传输系统后可有效地减少汽车通信线路的数量，不管电子设备之间有多少信号需要车通信线路的数量，不管电子设备之间有多少信号需要互相传送，都只需要一根或两根总线就可完成。车载网互相传送，都只需要一根或两根总线就可完成。车载网络技术实现了各控制系统之间高速通信、交流信息、协络技术实现了各控制系统之间高速通信、交流信息、协调控制、共享资源，完成了对汽车性能的精确控制。调控制、共享资源，完成了对汽车性能的精确控制。CAN总线技术是一种开放式、数字化、多点通信的总线技术是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，技术成熟
2、，控制芯片已商品化，性价比底层控制网络，技术成熟，控制芯片已商品化，性价比高。高。CAN总线在诸多汽车总线中有着很重要的地位，现总线在诸多汽车总线中有着很重要的地位，现已成为汽车总线的代名词，作为衡量汽车是否数字化的已成为汽车总线的代名词，作为衡量汽车是否数字化的一个重要标志。一个重要标志。2项目六 车载网络技术任务一 汽车车载网络系统的认识知识目标知识目标1.了解车载网络技术的应用背景和发展历程了解车载网络技术的应用背景和发展历程2.掌握车载网络系统的组成与参考模型掌握车载网络系统的组成与参考模型3.掌握车载网络的分类和通信协议标准掌握车载网络的分类和通信协议标准能力目标能力目标1.能够正确
3、识别车载网络系统的故障类型能够正确识别车载网络系统的故障类型2.能够对车载网络系统的常见故障进行诊断与检测能够对车载网络系统的常见故障进行诊断与检测 3一、车载网络技术的应用背景任务一 汽车车载网络系统的认识比较比较 4一、车载网络技术的应用背景比较比较 任务一 汽车车载网络系统的认识5一、车载网络技术的应用背景车载网络进行信号车载网络进行信号传输具有很多优点传输具有很多优点（1）简化线束，减轻重量，减少成本，减少尺寸，减少连接器的数量。（2）可以进行设备之间的通信，丰富了功能。（3）通过信息共享，减少传感器信号的重复数量。任务一 汽车车载网络系统的认识6二、车载网络技术的发展史1、早在196
4、8年，美国的艾塞库斯就提出了利用单线传输的多路信号的构想，由于受当时微电子技术水平的限制而未能如愿。2、1980年起，众多国际知名汽车公司开始积极致力于汽车网络技术的研究。3、1983年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应用光缆的车门控制系统，实现了多个节点的连接通信。此系统采用了集中控制方法，车身ECU对各车门的门锁、电动玻璃窗进行控制，这是早期在汽车上采用的光缆系统，此后，在较长的一段时间里，其他公司并没有跟进采用光缆系统。4、1983年，德国Bosch公司开始研究控制器局域网CAN；1986年发表CAN通信协议，在美国底特律汽车工程协会上，CAN总线系统通信方案获得认可，这一年被认为是汽
5、车行业和汽车技术发展具有划时代意义的一年。任务一 汽车车载网络系统的认识7二、车载网络技术的发展史5、1987年，全球最大的半导体芯片制造商，美国因特尔公司开发出了第一枚CAN的芯片82526。荷兰最大的电子公司飞利浦公司很快也推出了CAN的芯片82C200。6、1992年，奔驰公司作为第一个采用CAN总线技术的公司，将CAN总线系统装配在客车上。7、1993年11月，国际化标准组织公布了CAN协议的国际标准ISO11898以及ISO11519。在美国，通过采用SAEJ1850普及了数据共享系统，在SAE中也通过了CAN的标准，明确地表示将转向CAN协议。任务一 汽车车载网络系统的认识8三、车
6、载网络系统的组成车载网络系统的组成电控单元数据总线通信协议网关任务一 汽车车载网络系统的认识9三、车载网络系统的组成电控单元电控单元电控单元是车载局域网的硬件，是指具有独立工作和通信能力的电子装置或控制系统。电控单元有简有繁，简单就是一种电子装置，如温度和压力传感器等；复杂如单片机（微处理器）或电控燃油喷射系统等。任务一 汽车车载网络系统的认识10三、车载网络系统的组成数据总线数据总线数据总线是电控单元之间传输数据和信息的通道，就是通常所说的“信息高速公路”。数据总线的功用就是传输数据和信息。数据总线的传输介质常用双绞线、同铀电缆和光纤。数据总线数据总线-双绞线双绞线双绞线是局域网中最普通的传
7、输介质，一般用于低速传输，最大数据传输率可达几Mbit/s；双绞线成本较低，传输距离较近，非常适合汽车网络的情况，也是汽车网络使用最多的数据总线。任务一 汽车车载网络系统的认识11三、车载网络系统的组成数据总线数据总线-同轴电缆同轴电缆同轴电缆可以满足较高性能的要求，与双绞线相比，它可以提供较高的吞吐量，连接较多的设备。跨越更大的距离。同轴电缆可以传输模拟和数字信号。同轴电缆比双绞线有着优越的频率特性，因而可以用于较高的频率和数据传输率。由于其屏蔽的同轴心结构，比起双绞线来，更好的实现抗干扰和串音。影响性能的主要因素是衰减、热噪声和交调噪声。任务一 汽车车载网络系统的认识12三、车载网络系统的
8、组成数据总线数据总线-光纤光纤光纤具有传输容量大、损耗低、线径细、质量小、不受电磁干扰等优点，适合作为近程、中程以及远程的传输线路。光纤在电磁兼容性等方面有独特的优点，而且数据传输速度比较高，传输距离远，在汽车网络上，尤其在一些要求传输速度高的车载网络（如车上信息与多媒体网络）上有很好的应用前景。但其受到成本和技术的限制，现在使用的并不多。任务一 汽车车载网络系统的认识13三、车载网络系统的组成通信协议通信协议通信协议是控制通信实体间有效完成信息交换的一组约定和规则。通信协议的三要素通信协议的三要素（1）语法：确定通信双方之间“如何讲”，即通信信息帧的格式。（2）语义：确定通信双方之间“讲什么
9、”，即通信信息帧的数据和控制信息。（3）定时规则：确定事件传输的顺序以及速度匹配。任务一 汽车车载网络系统的认识14三、车载网络系统的组成网网 关关为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要用一种特殊功能的计算机，这种计算机就叫做网关。网关功能网关功能（1）它可以把局域网上的数据转变成可以识别的OBD-II诊断数据语言。（2）它可以实现低速网络和高速网络的信息共享。（3）与计算机中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息。（4）激活和监控局域网络工作状态。（5）实现车辆数据的同步性。（6）对信息标识符作翻译。任务一 汽车车载网络系统的认识15四、车载网络的参考模型任务一 汽车
10、车载网络系统的认识16应用层应用层在汽车工业领域，许多制造商都应用他们自己的标准，其主要功能是为相应的应用软件提供服务和接口。物理层物理层物理层能够使用很多物理介质（如双绞线、光纤等），最常用的是双绞线，其作用是在物理传输媒体上传输各种数据的比特流。数据链路层数据链路层数据链路层最重要的作用就是通过一些数据链路层的协议，在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。任务一 汽车车载网络系统的认识四、车载网络的参考模型17五、车载网络的分类车载网络的分类车身系统局域网安全系统局域网动力传动系统局域网信息系统局域网车内局域网车外局域网用途 应用范围面向传感器、执行器控制的低速网络面向独立模块间数据共享的
11、中速网络面向高速、实时闭环控制的多路传输网面向多媒体信息的高速传输网络面向乘员的安全系统高速、实时网络 功能任务一 汽车车载网络系统的认识18六、车载网络的通信协议标准A类网络标准类网络标准（1）LIN协议（2）TTPA协议（3）BEAN协议B类网络标淮类网络标淮（1）J1850（2）低速CAN（3）VANC类网络标准类网络标准（1）TTP/C协议（2）FleXRay（3）高速CAN任务一 汽车车载网络系统的认识19六、车载网络的通信协议标准D类网络标准类网络标准D类网络标准协议分为三种类型，分别是低速、高速和无线。低速用于远程通信、诊断及通用信息传送；高速主要用于实时的音频和视频通信，如MP
12、3、DVD和CD等的播放；无线通信方面，采用蓝牙规范。E类网络标准类网络标准E类网络标准中的Bytefligt协议是基于灵活的时分多路TDMA协议、以l0Mbps的速率传送数据，光纤可长达43m。其结构能够保证以一段固定的等待时间专门用于来自安全元件的高优先级信息，而允许低优先级信息使用其余的时段。这种决定性的措施对安全是至关重要的。Bytefligt不仅可以用于安全气囊系统的网络通信，还可用于X-by-Wire系统的通信和控制。任务一 汽车车载网络系统的认识20一、车载网络控制系统的基本诊断车载网络系统的故障原因车载网络系统的故障原因 汽车电源系统引起的故障。汽车电源系统引起的故障。车载网络
13、系统的链路（通信线路）故障。车载网络系统的链路（通信线路）故障。车载网络系统的节点故障。车载网络系统的节点故障。任务一 汽车车载网络系统的认识-任务实施21一、车载网络控制系统的基本诊断基本诊断步骤基本诊断步骤 （1）了解本车型车载网络传输系统的特点（包括传输介质、几种子网及车载网络传输系统的结构形式等）。（2）了解车载网络系统的功能，如：有无休眠功能和唤醒功能等。如果在休眠状态，应首先将其唤醒。（3）检查汽车电源系统是否存在问题，如：交流发电机输出电压和输出波形等是否正常，若发电机输出波形不正常将导致信号干扰等故障。（4）检查车载网络系统的链路是否存在故障，可以用替换法或跨线法进行检测。（5
14、）检查车载网络系统的节点是否有故障，一般只能采用替换法进行检测。任务一 汽车车载网络系统的认识-任务实施22二、车载网络系统故障诊断检测方法车载网络电源故障检测车载网络电源故障检测车载网络链路故障检测车载网络链路故障检测车载网络节点故障检测车载网络节点故障检测任务一 汽车车载网络系统的认识-任务实施23项目六 车载网络技术任务二 CAN总线系统的故障诊断与维修知识目标知识目标1.了解了解CAN总线的分类、特性及在汽车上的应用总线的分类、特性及在汽车上的应用2.掌握掌握CAN总线的数据帧的组成总线的数据帧的组成3.掌握掌握CAN总线的基本组成与数据传输原理总线的基本组成与数据传输原理能力目标能力
15、目标1.能够正确识别能够正确识别CAN总线的故障现象总线的故障现象2.能够正确使用故障诊断仪和万用表进行能够正确使用故障诊断仪和万用表进行CAN总线的故总线的故障诊断障诊断 24一、CAN总线在汽车上的应用任务二CAN总线系统的故障诊断与维修多路传输多路传输 低速CAN用于控制和调节汽车车身舒适性系统的部件，如空调、可调节座椅等。数据传输速率为10-125kbps。实时控制实时控制 在实时控制中，各个系统，如发动机控制、变速器控制、制动防抱死控制等，通过高速CAN总线进行网络传输。数据传输速率为125kbps-1Mbps，以保证所需的实时反应速度。25一、CAN总线在汽车上的应用故障诊断故障诊
16、断用CAN总线诊断就是使用已有的诊断控制单元网络。诊断时可传输大量的数据。数据传输速率为250kbps或500kbps。移动通信移动通信 CAN总线在移动通信上的使用是将多媒体部件，如导航系统、电话、音频设备、电视等与汽车上中央显示单元和操作单元连接。移动通信可传输大量数据，数据传输速率可达125kbps。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修26二、CAN总线的分类ISO11898ISO11898通信速率为125Kbps-lMbps是CAN高速通信标准。ISO11519-2IS011519-2是通信速率最高可达125Kbps的CAN低速通信标准。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修27三、CA
17、N总线的特性1.CAN总线为多主方式工作2.CAN总线网络上的各个节点信息分成不同的优先级。3.CAN总线采用非破坏性的仲裁机制。4.CAN总线信息传输采用广播模式。5.CAN总线采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低；每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证数据出错率极低。6.CAN总线的通信介质可选择双绞线、同轴电缆或光纤，选择十分灵活。7.CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修28四、CAN总线的数据类型CAN总线的数据类型数据帧远程帧错误帧过载帧任务二CAN总线系统的故障诊断与维修29四、CAN总线的数据类型数据帧数据帧任务
18、二CAN总线系统的故障诊断与维修30四、CAN总线的数据类型远程帧远程帧作为数据接收器的某站点通过发送远程帧，可以启动其资源节点传送它们各自的数据。远程帧由6个不同的域组成：起始域、仲裁域、控制域、安全城、应答域、结束域。它没有数据域，数据长度代码的数值是不受制约的（可以标注为容许范围里0-8的任何数值）。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修31四、CAN总线的数据类型错误帧错误帧错误帧的功能是对所发送的数据进行错误检测，错误标定及错误自检。错误帧由两个不同的域组成：第个域是不同站提供的错误标志的叠加；第二个域是错误界定符。错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种形式。错误界定符包括8个“隐
19、性”的位。错误标志传送了以后，每站就发送“隐性”位，并一直监视总线直到检测出一个“隐性”的位为止。然后，就开始发送其余7个“隐性”位。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修32四、CAN总线的数据类型过载帧过载帧过载帧包括两个域：过载标志、过载界定符。过载标志由6个“显性”位组成。过载界定符的形式和错误界定符的形式一样。过载标志被传送后，控制单元就一直监视总线直到检测到一个从“显性”位到“隐性”位的发送。此时，总线上的每个控制单元都完成了过载标志的发送，并开始同时发送7个“隐性”位。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修33四、CAN总线的数据类型帧间空间帧间空间数据帧（或远程帧）与它前面帧的分隔
20、是通过帧间空间实现的，无论它前面帧类型如何。所不同的是过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇域和总线空闲的域。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修34五、CAN总线的基本组成任务二CAN总线系统的故障诊断与维修35五、CAN总线的基本组成CAN控制器控制器CAN控制器由接口管理逻辑电路、发送缓冲器、验收过滤器、接收缓冲器、CAN核心模块等组成，主要用来接收在控制单元微处理器中的数据，处理数据并传送给CAN收发器；同时也接受CAN收发器的数据，处理数据并传送给微处理器。控制功能包含数据发送、时间控制、数据接收控制、数据格式转换等。任务二CAN总线系
21、统的故障诊断与维修36五、CAN总线的基本组成CAN收发器收发器实际上在每个节点内都有两个CAN收发器，分别负责CAN高位线和CAN低位线的数据传送。CAN收发器是一个发送器和一个接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去；同时，它也接收总线上的电信号，并转化成数据传给CAN控制器。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修37五、CAN总线的基本组成数据传输终端数据传输终端数据传输终端也称终端电阻，是接在CAN总线数据发送和接收两端的120的电阻器，可以防止信号在传输线终端被反射并以回波的形式返回，影响数据传送的正确性。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修38五、C
22、AN总线的基本组成数据传输线数据传输线汽车上的CAN数据传输线大都是双绞线，用以数据的双向传输，为了防止数据传送时的干扰，CAN总线采用两条线缠绕在一起，两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V，两条线的电压和等于常值。通过这种办法，CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时，CAN总线向外辐射保持中性，即无辐射。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修39六、CAN总线的数据传输1.数据传输过程数据传输过程（1）控制单元向CAN控制器提供需要发送的数据。（2）CAN收发器接收由CAN控制器传来的数据，转为电信号并发送。（3）所有控制单元转为接收器，接收数据。（4）控制单
23、元检查判断所接收的数据是否是所需要的数据。（5）如接收的数据需要，它将被接受并进行处理，否则忽略。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修40六、CAN总线的数据传输2.数据传输原理数据传输原理CAN收发器根据收到CAN控制器送来的二进制信号不断在导通和截止之间变化，使总线上的电平也不断跟随变化。因此总线上就会出现两种状态，高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。如果总线上的电平信号处于静止位置，就称为隐性电平。如果总线上的电平信号处于传递位置，则称为显性电平。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修41一、CAN总线的故障现象任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施没有外在故障现象没有外在
24、故障现象某一个模块与其他模块无法通信某一个模块与其他模块无法通信整个网络失效，各节点都无法通信整个网络失效，各节点都无法通信42二、CAN总线的故障诊断使用故障诊断仪诊断使用故障诊断仪诊断-诊断仪的要求诊断仪的要求1）能够自动识别汽车ECU的型号和版本。2）能够完全访问汽车控制单元上开放的存储资源。3）能够不失真地按照原厂要求显示从汽车控制单元上获取的数据。4）必须支持以下5个功能：读取故障码；清除故障码；动态数据分析；执行元件测试；对特定的车系/车型支持专业功能，如提供系统基本调整、自适应匹配、编码、单独通道数据、登录系统、传送汽车底盘号等专业功能。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目
25、实施43二、CAN总线的故障诊断使用故障诊断仪诊断使用故障诊断仪诊断-诊断流程诊断流程1）分析故障原因并进行基本诊断。2）检查故降诊断代码（DTC），记录输出的代码。3）清除故障诊断代码（DTC）。4）通过模拟DTC提示的原始状态（或模拟故障发生的条件）来生成DTC。5）再次检查DTC，若DTC出现，则查阅DTC的内容，并根据DTC提示的内容进行调整、修理或更换；若DTC未出现，则通过检查电源电路和通信总线、检查各ECU的端子信号、波形分析来检查故障。6）排除故障。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施44二、CAN总线的故障诊断使用汽车万用表诊断使用汽车万用表诊断-电压的检测电压的检
26、测高速CAN总线 CAN-High线上有信号传输时，总线上的电压值在2.5-3.5V之间高频波动，因此CAN-High线的主体电压应是2.5V，所以万用表的测量值在2.5-3.5V之间，大于2.5V但接近2.5V。同理，CAN-Low线信号在总线空闲时的电压约为2.5V，总线上有信号传输时，总线上的电压值在1.5-2.5V之间高频波动，因此CAN-Low线的主体电压应是2.5V，所以万用表的测量值在1.5-2.5V之间，小于2.5V但接近2.5V。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施45二、CAN总线的故障诊断使用汽车万用表诊断使用汽车万用表诊断-电压的检测电压的检测低速CAN总线
27、CAN-High线信号在总线空闲时的电压约为0V，总线上有信号传输时，总线上的电压值在0-5V之间高频波动，因此CAN-High线的主体电压应为0V，所以万用表的测量值在0.35V左右。同理，CAN-Low线信号在总线空闲时的电压约为5V。总线上有信号传输时，总线上的电压值在0-5V之间高频波动，因此CAN-Low线的主体电压应是5V，所以万用表的测量值在4.65V左右。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施46二、CAN总线的故障诊断使用汽车万用表诊断使用汽车万用表诊断-终端电阻的检测终端电阻的检测 在高速CAN总线上的终端电阻可以用万用表进行测量作出判断，但是在低速CAN总线上则不
28、能用万用表来测量终端电阻。在低速CAN总线中，每个节点都有数据传输终端，数据传输终端不是安装在CAN高位线和CAN低位线之间的，而是装在数据线与地之间，电源断开后，其电阻也断开了，因此用万用表对低速CAN总线进行测量时，阻值为无穷大。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施47二、CAN总线的故障诊断使用汽车万用表诊断使用汽车万用表诊断-终端电阻的检测终端电阻的检测高速CAN总线终端电阻的检测步骤1）将蓄电池的电极线拔除。2）等待大约5min，直到所有的电容器都充分放电。3）连接测量仪器并测量终端电阻值。每一个终端电阻测量阻值大约为120，总的阻值约为60。通过该测量值可以判断连接电阻是否正常。4）将一个带有终端电阻控制单元的插头拔下来，检测总阻值是否发生变化。此时终端阻值会发生变化，若测量的阻值没有发生变化，说明系统中存在问题，即被拔下的控制单元的终端电阻可能损坏或者是CAN总线出现断路。如果在拔下控制单元后显示的阻值为无穷大，那么可判定为连接中的控制单元终端电阻损坏，或者是到该控制单元的CAN总线出现故障。5）将第一个控制单元（带有终端电阻）的插头连接好，再将第二个控制单元的插头拔下来，检测总阻值是否发生变化。与第4步诊断方法一样，重复这个过程。任务二CAN总线系统的故障诊断与维修-项目实施
