【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。 在無線通信方面，藍(lán)牙無線技術(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 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)