汽车发动机电控系统新技术.ppt

1、模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 熟悉汽车车载网络系统的类型。了解CAN 的工作原理。会检修车载网络系统(CAN 总线)故障。课题一课题一 车载网络系统车载网络系统模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 如图811所示为汽车电缆布置,线路异常复杂。现代汽车采用多个电子控制系统,如图812所示。每一个子系统都由电子控制单元、传感器、执行器、数据传输线路组成。各子系统的电控单元要进行信息交流,并经过复杂的控制运算、发出控制指令,如果通过简单地连接,会导致电控单元针脚增加、电气系统线路复杂、故障率高、维修难度大。同一个信号,需要多个传感器送到不同的系统,这样必然

2、需要庞大的布线。这个问题是如何解决的呢?图811 汽车电缆模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术一、汽车车载网络系统概述一、汽车车载网络系统概述1.汽车车载网络系统专用名词汽车车载网络系统专用名词(1)多路传输:同一通道或线路上同时传输多条信息,数据依次传输,但速度非常快,几乎是同时传输的,称为分时多路传输。(2)局域网:是在一个有限区域内连接的计算机网络,通过这个网络实现系统内的资源共享和信息通信,简称局域网。汽车车载网络系统就是局域网。(3)数据总线:电子控制单元之间运行数据的通道,即所谓的信息高速公路;为了抗电子干扰,

3、CAN 数据总线制成双绞线形式。汽车的数据总线传输的信号可以被多个系统共享,从而最大限度地提高系统整体效率,充分利用有限的车内布置空间和电器线路资源,提升了汽车的智能化程度。(4)模块与节点:模块是一种电子装置,在计算机多路传输系统中的控制单元模块被称为节点。(5)局域网拓扑结构:所谓拓扑结构就是网络的物理连接方式。(6)链路:指网络信息传输的媒体,分为有线和无线两种类型,目前车上使用的大多数都是有线网络,通常用于局域网的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤。(7)数据帧:为了可靠地传输数据,通常将原始数据分割成一定长度的数据单元,这个数据单元即称为数据帧。一帧数据内包括同步信号、错误控制、流量控

4、制、控制信息、数据信息、寻址信息等。(8)传输协议:也称通信协议,是控制通信实体间有效完成信息交换的一组约定和规则。(9)传输仲裁:就是为了避免数据传输冲突,保证信息按其重要程度来发送。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术2.汽车车载网络总线的类型汽车车载网络总线的类型汽车车载网络总线的类型见表811。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 3.车载网络的类型车载网络的类型 车载网络按应用分为动力传动系统、车身舒适系统、安全系统、信息娱乐系统4个子网。(1)动力传动系统网络 动力CAN 一般连接发动机、ABS/EDL及自动变速器3个控制单元。总线可以同时传递1

5、0组数据,发动机控制单元5组、ABS/EDL控制单元3组和自动变速器挫制单元2组。数据总线以500kbit/s的速率传递数据,每一数据组传递需要约0.25ms,每一控制单元720ms发送一次数据。优先级为ABS/EDL控制单元、发动机控制单元、自动变速器控制单元。(2)车身舒适系统网络 车身舒适CAN 数据总线一般连接中央控制单元、车前后各一个受控单元及4个车门控制单元共7个。舒适CAN 数据传递中控门锁、电动窗、照明开关、空调、组合仪表、后视镜加热、驾驶员座椅记忆及自诊断功能的数据。该系统使经过车门的导线数量减少,线路变得简单。如果线路中某处出现对地短路,对正极短路或线路间短路,CAN 系统

6、会立即转为应急模式运行或转为单线模式运行。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 如图814所示,新型车门控制单元主要由输入外设、控制模块、执行机构三个部分组成。(3)安全系统网络 安全系统网络含有多个安全气囊和多个碰撞传感器,必须具备通信速度快,通信可靠性高等特点。(4)信息娱乐系统网络 高端车系信息系统如车载电话、音响等系统,目前多采用光导纤维或铜线网络进行数据传输。要求通信总线容量大、通信速度非常高。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 二、二、CAN 1.CAN 的概念及其类型的概念及其类型 (1)CAN 的概念 CAN 是ControllerArea

7、Network(控制单元区域网络)的缩写,是控制单元通过网络进行数据交换的系统,是一种串行通信、现场总线。用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线。CAN 数据总线可比作公共汽车,公共汽车运输的乘客可比作大量的数据信息,又称CAN-BUS。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。总线两端配置120 终端电阻,如图815所示。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 (2)CAN 的类型 根据信号的重复率、数据量和可用性(准备状态),CAN 数据总线系统分为CAN-Antrieb、CAN-Komfort和CAN-infotainment总线三类。CA

8、N-Antrieb为驱动数据总线(高速),速率为500kbit/s。用于将驱动线束上的控制单元联成网。CAN-Komfort为舒适数据总线(低速),速率为100kbit/s。用于将舒适系统中的控制单元联成网。CAN-infotainment为信息娱乐总线(低速),速率为100kbit/s。用于将收音机、电话和导航系统联成网。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 2.CAN 的结构的结构 以丰田凯美瑞为例。(1)CAN 的结构组成 如图816所示是丰田凯美瑞的车载网络系统。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 (2)CAN 控制器和收发器 CAN上的每个控制单

9、元(ECU)中均设有一个CAN 控制器和一个CAN 收发器。CAN 控制器主要用来接收微处理器传来的信息,对这些信息进行处理并传给CAN 收发器,同时CAN 控制器也接收来自CAN 收发器传来的数据,对这些数据进行处理,并传给控制单元的微处理器,如图817所示。CAN 收发器用来接收CAN 控制器送来的数据,并将其发送到CAN 数据总线上,同时CAN 收发器也接收CAN 数据总线上的数据,并将其传给CAN 控制器。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 (3)差动信号放大器和CAN-H 线、CAN-L线 差动信号放大器用于处

10、理来自CAN-H(High)线和CAN-L(Low)线的信号,除此以外还负责将转换后的信号传至控制单元的CAN 接收区。这个转换后的信号称为差动信号放大器的输出电压。差动信号放大器用CAN-H 线上的电压(UH)减去CAN-Low 线上的电压(UL),就得出了输出电压2V,如图818所示。这种方法可以清除静电平(CAN驱动数据总线为2.5V)或其他任何重叠的电压。(4)CAN 数据线及终端电阻 终端电阻在控制单元内,接在CAN 数据总线两端,用来防止数据在到达线路终端后像回声一样返回、防止干扰原始数据使传输信息失真,保证了数据的正确传送。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术

11、在显性状态时,CAN-High线上的电压值会升高一个预定值(对CAN 驱动数据总线来说,这个值至少为1V),而CAN-Low线上的电压值会降低一个同样值,于是在CAN 驱动数据总线上,CAN-High线就处于激活状态,其电压不低于3.5V,而CAN-Low线上的电压值最多可降至1.5V,如图819所示。因此在隐性状态时,CAN-High线与CAN-Low线上的电压差为2.5V。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 经差动信号放大器处理后,可最大限度地消除干扰的影响。即使发动机起动时,供电电压有波动很大,也不会影响各个控制单元的数据传递,保证了数据传递的可靠性,如图8110所示

12、。由于CAN 数据线是扭绞在一起的双绞线,所以干扰脉冲就总是有规律地作用在两条线上。差动信号放大器总是用CAN-High 线上的电压(3.5V-X)减去CAN-Low线上的电压(1.5V-X),因此在经过处理后,差动信号中就不再有干扰脉冲了。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 (5)CAN 网关 图816中CAN 网关的作用是:由于不同区域CAN 总线的速率和识别代号不同,因此一个信号要从一个总线进入到另一个总线区域,必须把它的识别信号和速率进行改变,能够让另一个系统接受,这个任务由网关(Gateway)来完成。另外,网关还具有改变信息优先级的功能。如车辆发生相撞事故,气囊

13、控制单元会发出负加速度传感器的信号,这个信号的优先级在驱动系统是非常高的,但转到舒适系统后,网关调低了它的优先级,因为它在舒适系统中的功能只是打开门和灯。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 3.CAN 的工作原理的工作原理 CAN 在各车载电子控制装置ECU 之间交换信息,形成汽车电子控制网络。其工作采用单片机作为直接控制单元,用于对传感器和执行部件的直接控制。每个单片机都是控制网络上的一个节点,每块控制单元都只需引出两条导线共同接在节点上,这两条导线就称作数据总线(BUS)。当打开点火开关、激活闪烁报警装置、车门、后备厢盖、车前盖和点火钥匙的状态发生变化、接通车外照明等信

14、号产生时,一个控制单元据此识别唤醒命令,并将其继续传送给其他控制单元,从而将这些控制单元也激活唤醒(Wake-Up-Modus),如图8111所示。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 4.CAN 总线的应用总线的应用 车载网络的具体实施方案采用CAN/LIN 总线混合控制的网络架构。高速CAN 能满足面向高速实时闭环控制的多路传输,而LIN 开发成本低。LIN 总线作是CAN 节点的下层拓扑结构,辅助完成信息传输,即将LIN 拓扑结构作为CAN 节点的功能扩展来实现局部控制。速度为20kbit/s,扩展舒适模式、数据总线节点功能,连接电动机、开关、传感器和车灯、各车门电控车

15、窗、左右后视镜、后备厢锁、仪表板指示灯及转向柱局部控制开关等。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术5.CAN 总线的特点总线的特点(1)多主机:CAN 为多主方式工作,网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从,通信方式灵活,且无须站地址等节点信息。利用这一点可方便地构成多机备份系统。通过定义CAN 的节点优先级高低,可满足不同的实时要求。目前,其节点数最多可达110个;CAN2.0A 标准标示符可达2032种,而扩展标准CAN2.0B的标示符几乎不受限制。(2)仲裁机制:CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN采用无损仲裁技

16、术,当多个节点同时向总线发送信息时,优先级低的节点主动退出发送,最高优先级的节点不受影响继续传输数据,节省总线冲突的仲裁时间。(3)CAN 采用短帧结构传送信息,传输时间短,受干扰概率低,且每帧都有CRC校验,具有极强的检错能力。(4)通过帧滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据,无须专门的“调度”。模块八模块八 发动机电控系统新技术发动机电控系统新技术 三、车载网络系统三、车载网络系统(CAN 总线总线)故障类型及诊断方法故障类型及诊断方法 1.故障类型故障类型 装有CAN-BUS多路信息传输系统的车辆出现故障,维修人员应首先检测汽车多路信息传输系统是否正常。因为如果多路信息传输系统有故障,则整个汽车多路信息传输系统中的有些信息将无法传输,接收这些信息的电控单元将无法正常工作,从而为故障诊断带来困难。对于汽车多路信息传输系统故障的维修,应根据多路信息传输系统的具体结构和控制回路具体分析。引起汽车多路信息传输系统故障的原因有三种。(1)汽车电源系统引起的故障 (2)汽车多路信息传输系统的链路故障 (3)汽车多路信息传输系统的节点故障模块八模块八 发动机电控系统新