【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高，必須采用時(shí)間觸發(fā)的通信協(xié)議，如 TTP/ C或 FlexRay等。 C類網(wǎng)絡(luò)使用情況 32 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 診斷系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 故障診斷是現(xiàn)代汽車必不可少的一項(xiàng)功能，使用排放診斷的目的主要是為了滿足 OBDII (On Board Diagnose), OBDIII或 EOBD (EuropeanOn Board Diagnose)標(biāo)準(zhǔn)。 OBDⅡ （ On Board Diagnose）第二代隨車電腦診斷系統(tǒng)，是由美國(guó)汽車工程學(xué)會(huì) 1994年提出， 1994年以來美、日、歐一些主要汽車生產(chǎn)廠為了維修方便逐漸使用 OBDⅡ 隨車診斷系統(tǒng)。 這一系統(tǒng)集故障自診斷系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)、故障代碼、通訊方式系統(tǒng)、自檢測(cè)試模式為一體，具有監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)和排放系統(tǒng)部件的能力。 目前，汽車的故障診斷主要是通過一種專用的診斷通信系統(tǒng)來形成一套較為獨(dú)立的診斷網(wǎng)絡(luò)， ISO9141和 ISO14230就是這類技術(shù)上較為成熟的診斷標(biāo)準(zhǔn)。 目前，許多汽車生產(chǎn)廠商都采用 ISO14230(Keyword Protocol 2023)作為診斷系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，它滿足 OBDⅡ 和 OBDⅢ 的要求。 在歐洲，以往診斷系統(tǒng)中使用的是 ISO9141，它是一種基于 UART的診斷標(biāo)準(zhǔn)，滿足 OBDⅡ 的要求。美國(guó)的 GM、 Ford、 DC公司廣泛使用 J1850(不含診斷協(xié)議 )作為滿足 OBDⅡ 的診斷系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)。 但隨著 CAN總線的廣泛應(yīng)用， 2023年，美國(guó) GM、 Ford、 DC三大汽車公司對(duì)乘用車采用基于 CAN的 J2480診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn)，它滿足OBDⅢ 的通信要求。 從 2023年開始，歐洲汽車廠商也已經(jīng)開始使用一種基于 CAN總線的診斷系統(tǒng)通信標(biāo)準(zhǔn) ISO15765，它滿足 EOBD的系統(tǒng)要求。 ISO15765是遵照 ISO 142303及 ISO 150315中有關(guān)診斷服務(wù)的內(nèi)容來制定的，因此， ISO15765對(duì)于 ISO14230應(yīng)用層的服務(wù)和參數(shù)完全兼容，從而適應(yīng)了現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 。 診斷網(wǎng)絡(luò)使用情況 33 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 多媒體信息系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 汽車多媒體網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議分為三種類型，分別是低速、高速和無(wú)線，對(duì)應(yīng) SAE的分類相應(yīng)為 :IDBC (Intelligent Data BUSCAN)、 IDBM (Multimedia)和 IDBWireless,其傳輸速率 250kb/s100Mb/s。 低速用于遠(yuǎn)程通信、診斷及通用信息傳送， IDEC按 CAN總線的格式以 250kb/s的位速率進(jìn)行消息傳送。目前已成為 SAE的標(biāo)準(zhǔn)，即SAE2366。 高速主要用于實(shí)時(shí)的音頻和視頻通信，如 MP DVD和 CD等的播放，所使用的傳輸介質(zhì)是光纖，這一類里主要有 D2B（ Domestic Digital Bus ） 、 MOST (Media Oriented Systems Transport)和 IDB1394 (Intelligent Data BUS1394) 。 D2B是用于汽車多媒體和通信的分布式網(wǎng)絡(luò)，通常使用光纖作為傳輸介質(zhì)，可連接 CD播放器、語(yǔ)音控制單元、電話和因特網(wǎng)， D2B技術(shù)于 20世紀(jì) 80年代后期由 Philips、 Sony等公司共同開發(fā)， 并得到Jaguar和 MercedesBenz公司的支持，已在 Mercedes公司 1999年款的SClass車型。 MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國(guó) Oasis Silicon System公司開發(fā)的。 MOST技術(shù)針對(duì)塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)（音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等流動(dòng)型數(shù)據(jù)）、非同步數(shù)據(jù)（訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫(kù)等的數(shù)據(jù)包）和控制數(shù)據(jù)（控制報(bào)文及控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)）。 MOST受到包括BMW ,Daimler Chrysler ,Harman／ Becker和 Oasis公司的支持，已應(yīng)用在多款車型上，如 BMW7系列、 Audi A Mercedes E系列等。 IDB1394( Intelligent Transport System)是從通用消費(fèi)市場(chǎng)的 IEEE1394標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來的，針對(duì)汽車市場(chǎng)的一種總線協(xié)議。也可以采用光纖連接裝置，但各裝置相互間為分支排列，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星形的，也可以即插即用。裝置之間連接用二根光纜，一根用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一根用于接收數(shù)據(jù)，可以處理串行數(shù)據(jù)和異步信號(hào)數(shù)據(jù)。它但是節(jié)點(diǎn)成本較 MOST為低。較有吸引力的是開發(fā)者設(shè)想通過采用一個(gè)定義了 IDB1394的客戶便利端口，現(xiàn)有的 1394便攜終端就能夠直接插入到新型車用多媒體總線中。 在無(wú)線通信方面，藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)是一種用于移動(dòng)設(shè)備和 WAN／ LAN接入點(diǎn)的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)描述了手機(jī)、計(jì)算機(jī)和 PDA如何方便地實(shí)現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計(jì)算機(jī)設(shè)備的互連。藍(lán)牙特殊興趣組的成員包括AMIC,BMW ,Daimler Chrysler, Ford, GM, Toyota和 Volkswagen。 34 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) ZigBee TM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在汽車上應(yīng)用的解決方案是針對(duì)藍(lán)牙技術(shù)受車內(nèi)電磁噪聲影響的問題而提出的。 ZigBee可以工作在低于 1GHz與，傳輸速率為 250kbps，主要應(yīng)用范圍包括工業(yè)控制、家庭自動(dòng)化、消費(fèi)類應(yīng)用以及潛在的汽車應(yīng)用。 安全總線和標(biāo)準(zhǔn) 安全總線主要是用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接加速度計(jì)、安全傳感器等裝置，為被動(dòng)安全提供保障。目前已有一些公司研制出了相關(guān)的總線和協(xié)議，包括 Delphi公司的 SafetyBus和 BMW公司的 Byteflight。 Byteflight協(xié)議是由 BMW, Motorola, Elmos, Infineon等公司共同開發(fā)的，試圖用于安全保障系統(tǒng)。此協(xié)議基于靈活的時(shí)分多路 TDMA協(xié)議、以 10Mb/s速率傳送數(shù)據(jù)，光纖可長(zhǎng)達(dá) 43m。其結(jié)構(gòu)能保證以一段固定的等待時(shí)間專門用于來自安全元件的高優(yōu)先級(jí)信息，而允許低優(yōu)先級(jí)信息使用其余的時(shí)段。這種決定性的措施對(duì)安全是至關(guān)重要的。 Byteflight不僅可用于安全氣囊系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊，還可用于 XbyWire系統(tǒng)的通訊和控制。 BMW公司在其 2023年 9月推出的 BMW 7系列車型中，采用了一套名為 ISIS的安全氣囊控制系統(tǒng)，它是由 14個(gè)傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，利用 Byteflight來連接和收集前座保護(hù)氣囊、后座保護(hù)氣囊以及膝部保護(hù)氣囊等安全裝置的信號(hào)。在緊急情況下，中央電腦能夠更快更準(zhǔn)確地決定不同位置的安全氣囊的施放范圍與時(shí)機(jī)，發(fā)揮最佳的保護(hù)效果。 Bytefilght總線標(biāo)準(zhǔn)也是一種用于實(shí)時(shí)控制的標(biāo)準(zhǔn)，也可以劃歸到 C類網(wǎng)絡(luò)。相反， FlexRay總線標(biāo)準(zhǔn)由于基于 FTDMA，所以能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，因此也可應(yīng)用于安全通信。 多媒體網(wǎng)絡(luò)使用情況 35 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨向 XbyWire即線控操作是未來汽車的發(fā)展方向。該技術(shù)來源于飛機(jī)制造，基本思想就是用電子控制系統(tǒng)代替機(jī)械控制系統(tǒng)，減輕重量提高可靠性，如 SteerbyWire, BrakebyWire等。 由于整個(gè)設(shè)計(jì)思想涉及動(dòng)力、制動(dòng)、方向控制等關(guān)鍵功能，對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)也就提出了不同要求。在未來， XbyWire技術(shù)將使傳統(tǒng)的汽車機(jī)械系統(tǒng)變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能 CPU相連的電氣系統(tǒng)。在一輛裝備了綜合駕駛輔助系統(tǒng)的汽車上，目前存在相互競(jìng)爭(zhēng)的幾種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括前文提到的 TTP、 Byteflight和 FlexRay 以及TTCAN (TimeTriggered CAN )。 36 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 2. 數(shù)據(jù)通信總線的作用 ?可實(shí)現(xiàn)信息資源共享 我們舉一個(gè)實(shí)際例子來說明：在 90年代初期生產(chǎn)的 S級(jí)奔馳車上共有三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫傳感器，其中一個(gè)提供信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)電腦，另一個(gè)提供信號(hào)給空調(diào)控制電腦，還有一個(gè)提供信號(hào)給儀表。 為什么在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)上需要三個(gè)目的相同的水溫傳感器，主要是因?yàn)槿齻€(gè)模塊之間沒有數(shù)據(jù)通信，如下圖所示，如果各模塊之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信，那么只需要一個(gè)水溫傳感器。 ?可使用專用儀器 (電腦 )診斷 由于現(xiàn)代汽車上使用的電子元件越來越多，越來越復(fù)雜。所以我們必須使用專用儀器對(duì)車輛進(jìn)行綜合診斷，以滿足車輛維修的要求 . 我們?cè)倥e一個(gè)例子來說明數(shù)據(jù)總線對(duì)于汽車維修診斷的重要性。 90年代初生產(chǎn)的本田 Accord發(fā)動(dòng)機(jī)故障碼讀取程序：短接兩條專門用于發(fā)動(dòng)機(jī)電腦故障讀取的專線，然后觀察儀表上發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈的閃爍情況來獲取故障碼。 對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的診斷除了故障碼以外沒有我們維修所需要的相關(guān)數(shù)據(jù) (例如噴油脈 寬， TPS信號(hào)等等 )。這樣增加了我們對(duì)系統(tǒng)故障判斷的難度，這里的關(guān)鍵原因是發(fā)動(dòng)機(jī)電腦沒有一條診斷數(shù)據(jù)總線到診斷座。 ECT1 ECM ECT2 HVAC ECT3 IPK ECT ECM HVAC IPK ECT 數(shù)據(jù)總線 37 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) ?大大減少汽車中的線束 大家可以對(duì)比以下兩種信號(hào)傳輸形式的不同點(diǎn)： 上圖中 ECU和 TCU之間的信號(hào)傳輸是通過單獨(dú)的電線進(jìn)行的，所以一個(gè)信息需要一條導(dǎo)線，而下圖中的信號(hào)傳輸是通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行的，兩個(gè)模塊之間所有的信息均通過這兩條線完成。 這樣大大地減少了車輛的中線束，降低了車身總重量及制造成本。 從布線角度分析，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式，相互之間缺乏聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)2023 米，電氣節(jié)點(diǎn)達(dá) 1500 個(gè)，而且，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，該數(shù)字大約每十年增長(zhǎng) 1 倍，從而加劇了粗大的線束與汽車有限的可用空間之間的矛盾。無(wú)論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)汽車的發(fā)展。 ECU TCU RPM TPS 檔位信息 升降檔 專線傳輸 數(shù)據(jù)線傳輸 ECU TCU RPM TPS 檔位信息 升降檔 38 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 3. A3中使用的數(shù)據(jù)總線 A3車型采用了 CAN、 LIN和 K總線。 具有 ESP功能，即裝有偏角傳感器的車輛 CAN 網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 無(wú) ESP功能，不裝有偏角傳感器的車輛 CAN網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 39 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 帶有防夾功能的 LIN 網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 不帶防夾功能的 LIN 網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 K 網(wǎng)絡(luò)電路原理圖 40 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 總線 傳輸速度 通訊協(xié)議 CAN總線 500Kbs ISO 1189 SAE J2284500 K總線 LIN總線 20Kb/s LIN A3車型 CAN總線網(wǎng)絡(luò)的終端電阻位于組合儀表和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中。 CAN總線為雙絞線， CAN_H線為橙色， CAN_L為橙黑色。 對(duì) CAN總線進(jìn)行測(cè)量，可以通過 OBD診斷接口的第 6號(hào)針腳（ CAN_H）和第 14號(hào)針腳（ CAN_L ）進(jìn)行。 41 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) CAN總線 、 CAN總線是什么？ CAN總線是控制器局域網(wǎng)總線，其英文名稱為 Controller Area Network Bus 如上圖所示，可以將數(shù)據(jù)總線想象為一輛普通的大客車。由于大客車可以運(yùn)送大量的人來往于不同地點(diǎn)，數(shù)據(jù)總線也可以在多個(gè)控制設(shè)備之間運(yùn)送大量的信息，即數(shù)據(jù)交換。 、 CAN總線優(yōu)點(diǎn) : ? 減少了傳感器和信號(hào)導(dǎo)線的數(shù)量。 ? 減少了線束中導(dǎo)線的數(shù)量。 ? 極大地降低了導(dǎo)線線束的重量。 ? 控制裝置的插頭芯針數(shù)量更少。 ? 提高了可靠性和耐用性。 42 學(xué)員手冊(cè) —— 車身電氣系統(tǒng) 、 CAN的歷史： ? 博世公司和英特爾公司在 1987年制訂了汽車行業(yè)專用的 CAN總線協(xié)議。 CAN表示控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，表明控制設(shè)備相互連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 ? CAN總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化為 ISO11519和 ISO11898后，幾乎已被全球接納為汽車行業(yè)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。它還用于行業(yè)自動(dòng)化。這一成功主要是由于其硬件結(jié)構(gòu)和 CAN網(wǎng)絡(luò)所采用的總線協(xié)議。它使相對(duì)較小的費(fèi)用有了高度的可靠性。 ? 將來， CAN將主要負(fù)責(zé)車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，而且在大多數(shù)情況下將取代其他系統(tǒng)（ PWM，模擬電流或電壓線等）。 、 CAN的組成： ? 與 CAN總線連接的唯一部件就是控制設(shè)備。其他部件，如傳動(dòng)裝置、傳感器、照明燈泡、電動(dòng)機(jī)，通過傳統(tǒng)布線與這些控制設(shè)備相連。 ? 控制設(shè)備發(fā)