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1 摘 要 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上的電子控制單元（ 越來越多，采用能夠滿足多路復(fù)雜的總線通信系統(tǒng)，可以將各個(gè) 接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以共享的方式傳輸數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字通信與控制功能。因此，基于簡化汽車線束、增強(qiáng)控制功能、提高安全保證、降低燃油消耗、節(jié)約制造成本等多方面的考慮，采用數(shù)字化車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)為汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來一個(gè)巨大的飛躍，而 顯示車載網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分，目前，它已在汽車動(dòng)力系統(tǒng)和車身系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信與控制中得到廣 泛的應(yīng)用。 本文對(duì)汽車通過對(duì) 線的介紹，闡述其特性。通過汽車故障診斷系統(tǒng)，介紹了汽車故障診斷的原理，通過對(duì)基于汽車 線的故障診斷實(shí)驗(yàn)和 塊通信，介紹了 關(guān)鍵詞：汽車， 障診斷，網(wǎng)絡(luò)通信 2 of of s in CU in a to s hi to on of a an of at it in is on AN a of of AN AN AN 3 4 基于 線的故障診斷系統(tǒng)研究 汽車目前已不僅僅是一種交通工具，而且還承擔(dān)著越來越多的功能?，F(xiàn)代科技已經(jīng)將網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人通信電子裝置、娛樂設(shè)備等整合到汽車內(nèi)部，為乘客提供了前所未有的便利， 而這一切的實(shí)現(xiàn)都有賴于汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 汽車電子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，是現(xiàn)代汽車通信與控制的基礎(chǔ)。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展，一些汽車的電子裝置已經(jīng)占整車價(jià)值的三分之一，而且前一些高檔車上的電子控制單元已達(dá)幾十個(gè)，傳感器有上百個(gè)，它們通過汽車電子網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)信息交換和功能控制。 代汽車電子技術(shù)的發(fā)展階段 現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 電子管時(shí)代： 20 世紀(jì) 50年代，人們開始在汽車上安裝電子管收音機(jī)，這是電子技術(shù)在汽車應(yīng)用的雛形。 1959 年晶體管收音機(jī)問世后， 很快在汽車上得到了應(yīng)用。 晶體管時(shí)代： 20 世紀(jì) 60年代，汽車上應(yīng)用了硅整流交流發(fā)電機(jī)和晶體管調(diào)節(jié)器，到 60 年代中期，利用晶體管的放大和開關(guān)原理，開始在汽車上采用晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點(diǎn)火裝置。但電子技術(shù)更新的應(yīng)用在汽車上是 20世紀(jì) 70 年代以后，主要是為了解決汽車安全問題、節(jié)能和環(huán) 5 保的三大問題。進(jìn)入 70 年代后期，電子工業(yè)有了長足的發(fā)展，特別是在集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使得微控制器在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，給汽車工業(yè)帶來了跨時(shí)代的變革。 集成電路時(shí)代： 20世紀(jì) 90 年代，汽車電子 進(jìn)入了其發(fā)展的第三階段，這是對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展最有價(jià)值、最有貢獻(xiàn)的階段。集成電路技術(shù)所取得的巨大成就使得汽車電子前進(jìn)了一步，更加先進(jìn)的微控制器的汽車具有智能，能進(jìn)行控制決策。這樣不僅在節(jié)能、排放和安全等方面提高了汽車的性能，同時(shí)也提高了汽車的舒適性。 網(wǎng)絡(luò)化綜合技術(shù)時(shí)代：目前汽車技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第四代，即包括電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合控制技術(shù)、智能呢個(gè)傳感器技術(shù)等先進(jìn)汽車電子技術(shù)。以微控制器為核心的汽車電子控制單元已不再是通過傳統(tǒng)的線束連接起來的，而是通過汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接起來的，實(shí)現(xiàn)了通信與網(wǎng)絡(luò)化管理。 一 些汽車專家認(rèn)為，就像汽車電子技術(shù)在 20世紀(jì) 70 年代引入集成電路、 80 年代引入微控制器一樣，近十年來，數(shù)據(jù)總線技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。 車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化 過去，汽車通常采用常規(guī)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式將電子控制單元及電子裝置連接起來，隨著電子設(shè)備的不斷增加，勢(shì)必炒成導(dǎo)線數(shù)量的不斷增多，從而使得在有限的汽車重建內(nèi)部線越來越困難，限制了功能的擴(kuò)展。汽車上的電子控制單元并不是僅僅與負(fù)載設(shè)備簡單的連接，更多是與外圍的設(shè)備及其他電子控制單元進(jìn)行信息交流，并經(jīng)過復(fù)雜的控制決策運(yùn)算，發(fā)出 6 控制指令，這 些事不能通過簡單的連接所能完成的。另外，在不同子系統(tǒng)中的電控單元常常會(huì)同時(shí)與要一些相同的傳感器信號(hào)，這樣就要就同一傳感器信號(hào)必須同時(shí)被送至不同的控制器，因此被送至不同的控制器，因此要求各模塊與傳感器之間通過導(dǎo)線連接起來，從而會(huì)導(dǎo)致內(nèi)導(dǎo)線長度無限增加，電器節(jié)點(diǎn)數(shù)劇增，電器原理圖繁瑣復(fù)雜。而汽車線束重量每增加50百公里耗油會(huì)增加 線束 也是汽車系統(tǒng)中成本較高、連接復(fù)雜的部件。 現(xiàn)在，通過電控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制功能從根本上解決這些問題。采用總線技術(shù)，可以顯著的降低電纜重量，能節(jié)省很多電線和接插件，減少電 纜總長度。根據(jù)車內(nèi)設(shè)備被的配置水平，一部車上電線和接插件重量減少9纜長度能縮短 200汽車內(nèi)部采用基于總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到信息共享、減少布線降低成本以及提高總體可靠性的目的。汽車控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了由機(jī)械向電控式的進(jìn)步后，再一次向網(wǎng)絡(luò)化控制邁進(jìn)。隨著汽車電子控制單元以及汽車電子裝置的不斷增多，采用串行總線實(shí)現(xiàn)多路傳輸，組成汽車電子網(wǎng)絡(luò)，是一種既可靠又經(jīng)濟(jì)的做法。同時(shí)現(xiàn)代汽車基于安全性和可靠性的要求，正越來越多地考慮使用電控系統(tǒng)代替原有的機(jī)械和液壓系統(tǒng)，而這最終將使汽車上遍布網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)的概念是在協(xié)議管理下，由若干終端、傳輸設(shè)備和通信控制處理器等組成的系統(tǒng)集合。汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)則只按照特定的車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以共享資源為主要的目的，將所有位置上分散且獨(dú)立工作的車載控制模塊相互連接在一起的集合。汽車電子網(wǎng)絡(luò)化控制是指網(wǎng)絡(luò)的控制功能在汽車這一特定對(duì)象上的應(yīng)用，它們現(xiàn)在車內(nèi)各控制模塊間的自由通信與協(xié)調(diào)。 7 目前，世界上所有的汽車制造商無一例外的在汽車網(wǎng)絡(luò)化控制上投入大量投資，同時(shí)，廠商及消費(fèi)者也從汽車網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用中獲得了實(shí)際利益，這直接體現(xiàn)在汽車性價(jià)比的不斷提高上。汽車網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)是通 信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，它將成為現(xiàn)代汽車電子技術(shù)最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上的電子控制單元 用能夠滿足多路復(fù)用的總線通信系統(tǒng)，可以將各個(gè) 共享的方式傳送數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字通信與控制功能。因此，基于簡化汽車線束、增強(qiáng)控制功能、提高安全保證、降低燃油消耗、節(jié)約制造成本等多方面的考慮，采用數(shù)字化車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來一個(gè)巨大的飛躍，而 線是車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的組成部分，目前，它已在汽車動(dòng)力系統(tǒng)和車身系統(tǒng)網(wǎng) 絡(luò)通信與控制中得到廣泛的應(yīng)用。 車故障診斷的重要性 隨著汽車用途的日益廣泛，使用量的急劇增加，汽車故障發(fā)生率和提高故障診斷的技術(shù)成為汽車工業(yè)一個(gè)十分重要的問題。 現(xiàn)代汽車的技術(shù)性能已變得越來越好，結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜 ， 同時(shí)，故障診斷的難度也有了相應(yīng)的增加，人們迫切需要提高系統(tǒng)的可靠性、可維修性和安全性，因而有必要建立一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不斷檢測(cè)系統(tǒng)的變化和故障信息，進(jìn)而采取必要的措施，防止事故的發(fā)生， 這使得汽車故障診斷技術(shù)必須改變?cè)嫉臋z測(cè)方法，以新的檢測(cè)診斷技術(shù)和方法來保證汽車運(yùn) 行的安全、節(jié)能，降低車輛排放量和噪音，減少運(yùn)行和維修成本， 8 以延長其經(jīng)濟(jì)使用壽命。為了改變和突破汽車故障診斷以經(jīng)驗(yàn)和技藝的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，以現(xiàn)代故障診斷理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，建立科學(xué)、系統(tǒng)、合理、完善的汽車故障診斷理論及其體系，已變成目前汽車故障診斷理論的必然要求和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，能跟蹤和掌握汽車領(lǐng)域高新技術(shù)的智能故障診斷理論和方法的研究具有十分重要的實(shí)際意義和非常廣泛的應(yīng)用前景。 因此，汽車故障診斷技術(shù)得到迅速發(fā)展，已成為科技研究的熱點(diǎn)之一。汽車故障診斷技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它涉及多門學(xué)科，如現(xiàn)代控制理論、信號(hào)處 理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)工程、人工智能、電子技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)以及相關(guān)的應(yīng)用學(xué)科。 1 汽車內(nèi)部 線的基本原理 現(xiàn)代汽車的電予結(jié)構(gòu)是通過幾種通信系統(tǒng)將微控制器、傳感器和執(zhí)行器連接起來的藝術(shù)。歐洲的汽車制造商從 1992 年以來，基本上采用的都是 線標(biāo)準(zhǔn) 可支持高達(dá) 1 s 的各種通信速率。而從 1994 年以來， 廣泛應(yīng)用于卡車、大客車、建筑設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域的高速通信，其通信速率為 250 s。在美圈， 司從2002 年開始在所有的車型上使用其專屬的所謂 線標(biāo)準(zhǔn)，它是一種基于 傳輸速率在 500 s 的通信標(biāo)準(zhǔn)， 司和 司在制定自己的乘用車高速 線通信協(xié)議時(shí)，也是基于 上述各類基于 消息對(duì)媒體的訪問中采用非破壞性的仲裁機(jī)制，以規(guī)避總線沖突，從而保證系 9 統(tǒng)的安全。正是這一安全性使其成為歐洲汽車制造商的標(biāo)準(zhǔn)，并被用于轎車、卡車和越野車 (標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展版與美國標(biāo)準(zhǔn)兼容，并對(duì)全球應(yīng)用開放 )。 0 技術(shù)規(guī)范是在 1991 年制定 并發(fā)布的，它包括 A 和 B 兩部分。2． 0A 給出了曾在 術(shù)規(guī)范 1． 2版本中定義的 標(biāo)準(zhǔn)格式 )，而 給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。此后，在 1993 年 數(shù)字信息交換 — 高速通信控制器局域網(wǎng)(際標(biāo)準(zhǔn) (l 1898)。 術(shù)規(guī)范 及 際標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)汽車高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本依據(jù)和基本規(guī)范。 汽車電子控制單元之間通信傳輸速率最高 l s 時(shí)，使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)字信息交換的相關(guān)特性進(jìn)行了 詳細(xì)規(guī)定。 2284 僅相當(dāng)于將 位速率設(shè)定為 500 s 進(jìn)行通信應(yīng)用時(shí)的特例。所以 通信協(xié)議的規(guī)定沿襲 1898，只是在電氣參數(shù)方面將 1898 中的相關(guān)內(nèi)容作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和細(xì)化，以便服務(wù)于位速率為 500 車內(nèi)部 在今天的汽車中，作為一種典型的應(yīng)用，車身和舒適性控制模塊都連接到 借助于 線進(jìn)行外圍設(shè)備控制。在很多情況下，汽車高速控制系統(tǒng)，都是使用高速 線連接在一起的。遠(yuǎn)程信息處理和 多媒體連接需要高速互連，視屏傳輸又需要同步數(shù)據(jù)流格式，這些都可由 議來實(shí)現(xiàn)。 國際上眾多知名的汽車公司早在 20世紀(jì) 80年代就積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用。迄今為止，已有許多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。目前存在的多種 10 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其側(cè)重的功能有所不同，為了方便研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用，車輛網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分成 A、 B、 C 三類。 A 類是面向傳感器 /執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸位速率小于10，主要用于后視鏡調(diào)整，電動(dòng)車窗，燈光照明等控制； 速率一般在 10s 之間，主要應(yīng)用與車身電子舒適性模塊、儀表顯示等系統(tǒng)； 施控制的多路傳輸網(wǎng)，位速率在 125kb/s 之間，主要用于牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、 系統(tǒng)。 通常，汽車網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用多條不同的速率的總線劃分連接不同類型的節(jié)點(diǎn)，并使用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)整車的信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理。 車身系統(tǒng)（包括組合儀表、信號(hào)及照明燈組、四門集控鎖、車窗及后視鏡）的控制單元多為低速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)量器件，對(duì)實(shí)時(shí)性要求低而數(shù)量眾多。使用低速的總線連接這些電控單元。將這部分電控單元與汽車的動(dòng)力、傳動(dòng)等系統(tǒng)分開，有 利于保證動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性。此外，采用低速總線還可增加傳輸距離、提高抗干擾能力并降低硬件成本。 動(dòng)力、傳動(dòng)等系統(tǒng)（包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等）的受控對(duì)象直接關(guān)系汽車的行駛狀態(tài)，對(duì)通信實(shí)時(shí)性有較高的要求。因此使用高速的總線連接這些系統(tǒng)。傳感器組的各種狀態(tài)信息以廣播的形式在高速總線上發(fā)布，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在同一時(shí)刻根據(jù)自己的需求獲得信息。這種方式最大限度地提高了通信的實(shí)時(shí)性。 故障診斷系統(tǒng)時(shí)將車用診斷系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)上加以實(shí)現(xiàn)的。 信息與車載媒體系統(tǒng)（包括數(shù)字音響系統(tǒng)、車載 車導(dǎo)航系統(tǒng) 11 及帶寬無 線接入網(wǎng)絡(luò)等）對(duì)于通信速率的要求提高，一般在 2 以上。采用新型的多媒體總線連接車才媒體。這些新型的多媒體總線往往是基于光纖通信，從而可以充分保證帶寬。 網(wǎng)關(guān)是汽車的內(nèi)部核心，通過它可以時(shí)間各條總線上信息的共享以及實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷。 縮寫（以下稱為 是 當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些 系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng) “ 減少線束的數(shù)量 ” 、 “ 通過多個(gè) 行大量數(shù)據(jù)的高速通信 ” 的需要， 1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的 信協(xié)議。此后， 過 行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 現(xiàn)在， 高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一 ,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì) 算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。 12 線在汔車網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用 由于 此有必要研究一下目前 線最初是專門為解決乘用車的串行通信而研制的。目前，歐洲的汽車制造商基本 上 都使用 線來連接車身電子系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)，美國的汽車制造商也已經(jīng)決定在其動(dòng)力系統(tǒng)中利用 線進(jìn)行系統(tǒng)通信，而遠(yuǎn)東的汽車制造商也開始采用基于 司是第一家應(yīng)用 線的汽車制造商，它使用了基于 線的網(wǎng)絡(luò)來連接動(dòng)力系統(tǒng)的電予控制單元，現(xiàn)在幾乎所有司的乘用車和卡車宅都采用 線來卡勾建其動(dòng)力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。而其他歐洲汽車制造商，如 公司也都將 線應(yīng)用于其汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 大多數(shù)的歐洲汽車制造商也都采用基于 高速網(wǎng)絡(luò)用于動(dòng)力系統(tǒng)的通信，其傳輸速率在 125 s 1 s 之間，網(wǎng)絡(luò)通信中可采用適用于 1898— 1、 1898— 2 的高速收發(fā)器。另外，汽車制造商還利用基于 多路系統(tǒng)來構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)，用于連接車身電子控制單元，其網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率一般小于 125 s，在網(wǎng)絡(luò)通信中可采用適用于 1898— 3 的低速容錯(cuò)收發(fā)器。而 4 對(duì)于 規(guī)定則可滿足 統(tǒng)中對(duì)于時(shí)間觸發(fā)通信的要求。 在歐洲，所有乘用車日前正在開始全面使用基于 故障診斷接口，而其所使用的相應(yīng)故障診斷標(biāo)準(zhǔn)也已成為國際標(biāo)準(zhǔn)。該接口規(guī)范為國際標(biāo)準(zhǔn) 5765，它規(guī)定了相應(yīng)的物理層、傳輸層、應(yīng)用層以 及如何使 13 用 000 的服務(wù)。這樣，在所有的乘用車上都至少有一個(gè) 節(jié)點(diǎn)。 在乘用車上， 線除了能夠應(yīng)用于構(gòu)建連接動(dòng)力系統(tǒng)和車身電予系統(tǒng)的多路網(wǎng)絡(luò)外，另一個(gè)應(yīng)用就是連接車載電 _了娛樂裝置，根據(jù) 載多媒體網(wǎng)絡(luò)總線的一種選擇為 C(其消息幀格式采用擴(kuò)展幀格式。 汽車上各種基于 網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)連接在一起，在許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，網(wǎng)關(guān)的功能是通過汽車儀表板來實(shí)現(xiàn)的。未來汽車的儀表板本身也將使用一個(gè)局部 便連接不同 的顯示和控制單元。 作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)和車身電子系統(tǒng)最主要的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)， 經(jīng)被歐洲汽車制造商廣泛接受，同時(shí)它也正在為美國和遠(yuǎn)東的各汽車制造商所接受，用來構(gòu)建汽車網(wǎng)絡(luò)。雖然以往美國汽車制造商廣泛使用 構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)，但目前 M)等汽車制造商已經(jīng)投入到 線的開發(fā)之中，而 50 也正被 逐步取代。在遠(yuǎn)東， 經(jīng)在其汽車十采用 線連網(wǎng)，而其他的日本和韓國汽車制造商也正在積極跟進(jìn)。 下一代的高端乘用車將會(huì) 裝備上百個(gè)基于控制單元的微控制器，它們中 的 大 部 分 將 會(huì) 通 過 口 連 接 在 汽 車 網(wǎng) 絡(luò) 上 。 根 據(jù)場(chǎng)研究公司公布的一份對(duì)微控制器和汽車網(wǎng)絡(luò)的研究表明，大多數(shù)乘用車都選用基于 網(wǎng)絡(luò)，目前在美國市場(chǎng)上， 1850 的網(wǎng)絡(luò)。 2005 年， 據(jù)整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的63％。在歐洲，盡管有其他新的協(xié)議在對(duì)安全性要求嚴(yán)格以及多媒體領(lǐng)域 14 找到立足點(diǎn)，但是仍有 88％的網(wǎng)絡(luò)是基于 線以其較高的可靠性和較低的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，仍將占有汽車網(wǎng)絡(luò)的較大份額。 今大的汽車通信基 本上是采用控制器局域網(wǎng)的事件觸發(fā)通信形式，其仲裁機(jī)制采用的是根據(jù)標(biāo)識(shí)符的優(yōu)先級(jí)發(fā)送消息的方式，最高優(yōu)先級(jí)的消息在發(fā)送時(shí)不受干擾。在可預(yù)見的下一代車輛系統(tǒng)中，一些執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，如 統(tǒng)，在通信服務(wù)期間需要有確定的行為，即使在總線最大負(fù)載時(shí)，與安全相關(guān)的消息的發(fā)送必須得到保證，而且當(dāng)消息以高精度發(fā)送時(shí)，它必須確定可能的時(shí)間點(diǎn)。 解決這個(gè)問題的一種途徑是采用基于 線的時(shí)間觸發(fā)協(xié)議通信是通過一種以時(shí)間為主導(dǎo)的參考消息周期性發(fā)送來完成的。同時(shí)，它在系統(tǒng)范圍內(nèi)引入了一個(gè)高精度的 全局網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，基于這個(gè)時(shí)間，不同的消息在一個(gè)基本循環(huán)內(nèi)都可以分配到各自的時(shí)間窗。同典型的預(yù)定系統(tǒng)相比， 就是在一定的仲裁時(shí)間窗內(nèi)它也有可能發(fā)送事件觸發(fā)協(xié)議，產(chǎn)生正常仲裁的這些時(shí)間窗允許發(fā)送自發(fā)的消息。 如 圖 基于 汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，顯示了各個(gè)子網(wǎng)的連接情況?；诓煌哪康模髯泳W(wǎng)的要求也不盡相同，如高速 于動(dòng)力系統(tǒng)的通信與控制，低速 媒體部分需要較寬的帶寬，而 強(qiáng)調(diào)容錯(cuò)和安 全。 15 圖 車 線網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng) 線的基本特點(diǎn) 由于目前在汽車上使用的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的都是基于 線的標(biāo)準(zhǔn)，特別是廣泛使用的 際標(biāo)準(zhǔn)。 線通常采用屏蔽或非屏蔽的雙絞線，總線接口能在極其惡劣的環(huán)境下工作。根據(jù) 使雙絞線中有一根斷路，或有一根接地甚至兩根線短接，總線都必須能繼續(xù)工作。 線是一種串行數(shù)據(jù)通信總線，其通信速率最高可達(dá) 1 s。統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)任意節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。 傳輸速率達(dá) 1 s 時(shí)，最大傳輸距離為 40 m。 對(duì)一般實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場(chǎng)來說足夠使用。 線具有較強(qiáng)的錯(cuò)誤檢測(cè)能力，通過監(jiān)視、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報(bào)文格式檢查，使得未檢測(cè)出的出錯(cuò)概率小于 通過故障界定， 點(diǎn)還有自動(dòng)識(shí)別永久性故障和短暫干擾的能 16 力。在處于連續(xù)干擾時(shí)， 點(diǎn)將處于關(guān)閉狀態(tài)。而且， 的節(jié)點(diǎn)可在不要求所有節(jié)點(diǎn)及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖蛴布那闆r下被連于絡(luò)中。 如下基本特點(diǎn)： 1．總線訪問采用基于優(yōu)先權(quán)的多主方式。 線的最大特點(diǎn)是任一節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息不包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)的物理地址。信息的 內(nèi)容通過一個(gè)標(biāo)識(shí)符 (標(biāo)記，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，該標(biāo)識(shí)符是唯一的。網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)收到信息后，每一節(jié)點(diǎn)都對(duì)這個(gè)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行檢測(cè)，以判斷此信息是否與自己有關(guān)。若是相關(guān)信息，則它將得到處理；否則被忽略。這一方式稱為多主方式。采用多主的優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)在理論下不受限制 (實(shí)際上受限于電氣負(fù)載 )，也可以使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)字段最多為 8 字節(jié)，既能滿足一般要求，又可保證通信的實(shí)時(shí)性。 標(biāo)識(shí)符還決定了信息的優(yōu)先權(quán)。 優(yōu)先權(quán)越高。 線確保發(fā)送具有最高優(yōu)先權(quán)信息的節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)，而 其他的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)停止發(fā)送。總線空閑后，這些節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)重新發(fā)送信息。 2．非破壞性的基于線路競(jìng)爭的仲裁機(jī)制。 用帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問方法，它能通過無破壞性仲裁解決沖突。 線上的數(shù)據(jù)采用非歸零編碼 (數(shù)據(jù)位可以具有兩種互補(bǔ)的邏輯值，即顯性和隱性。顯性電平用邏輯“ 0”表示，隱性電平用邏輯“ 1”表示?？偩€按照線與機(jī)制對(duì)總線上任一潛在的沖突進(jìn)行仲裁，顯性電平覆蓋隱性電平。 線上的信息是用固定格式的幀來進(jìn)行傳送的，這些幀長度有限且不盡相同?？偩€空閑時(shí)，接在其上的任何節(jié)點(diǎn)都可以開始發(fā)送 新的幀。 17 總線空閑時(shí)，任何節(jié)點(diǎn)都可以開始發(fā)送幀。如果兩個(gè)和兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始發(fā)送幀，由此引起的總線訪問沖突是利用基于線路競(jìng)爭的仲裁對(duì)標(biāo)識(shí)符進(jìn)行判別來解決的。仲裁機(jī)制可以保證既不會(huì)丟失信息，也不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間。優(yōu)先權(quán)最高的幀的發(fā)送器將獲得訪問總線的權(quán)利。 3．利用接收濾波對(duì)幀實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)傳送。在 統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)可以不用任何有關(guān)系統(tǒng)配置 (如節(jié)點(diǎn)地址 )的信息。接收器對(duì)信息的接受或拒收是建立在一種稱為幀接收濾波的處理方法上的。該處理方法能判斷出接收到的信息是否和接收器有關(guān)聯(lián)，所以接收器沒何必要辨別出準(zhǔn)是信息的發(fā)送器 ，反過來也是如此。 4．支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求。通過送出一個(gè)遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請(qǐng)求另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)向自己發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí)符被指定為和相應(yīng)遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識(shí)符相同。 5．配置靈活。往 絡(luò)中增添節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果要增添的節(jié)點(diǎn)不是任何數(shù)據(jù)幀的發(fā)送器或者該節(jié)點(diǎn)根本不需要接收額外追加發(fā)送的數(shù)據(jù)，則網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)均不用做任何軟件或硬件方面的調(diào)整。 6．?dāng)?shù) 據(jù)在整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)具有一致性。使一個(gè)幀既可以同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收，也可以同時(shí)不被任何節(jié)點(diǎn)所接收，這在 絡(luò)中完全能夠做到。因此，系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)一 致性的特征 ，而這 一特征是利用多點(diǎn)傳送原理和故障處理方法來獲得的。 7．有檢錯(cuò)和出錯(cuò)通報(bào)功能。在 ·位檢測(cè)； · 15位循環(huán)冗余碼校驗(yàn)； 18 ·填充寬度為 5的位填充； ·幀校驗(yàn)。 8．仲裁失敗、或傳輸期間被故障損壞了的幀能自動(dòng)重發(fā)。任何正在發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)和任何正在正常 (或錯(cuò)誤激活狀態(tài)下 )接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)都能對(duì)出現(xiàn)了錯(cuò)誤的幀作出標(biāo)記，并進(jìn)行出錯(cuò)通報(bào)。這些幀會(huì)立即被放棄，此后，遵循系統(tǒng)所采取的恢復(fù)計(jì)時(shí)機(jī)制，它們將被適時(shí)重發(fā)。從檢測(cè)出錯(cuò)誤開始、到可以著手發(fā)送下一個(gè)幀為止的這段時(shí)間稱為恢復(fù)時(shí)間，此后如果 再未出錯(cuò)的話，恢復(fù)時(shí)間一股占 17~23 個(gè)位時(shí)間（在總線遭受嚴(yán)重干擾的場(chǎng)合，最多占 29 個(gè)位時(shí)間）。 所有接收器都會(huì)校驗(yàn)所接收幀的一致性，然后對(duì)具有一致性的幀做出應(yīng)答、對(duì)不具有一致性的幀做出標(biāo)記。 仲裁失敗或在發(fā)送過程中被錯(cuò)誤干擾了的幀將會(huì)在下次總線空閑期間被自動(dòng)重發(fā)。要被重發(fā)的幀處理起來與別的幀完全一樣。這意味著，為了獲得對(duì)總線進(jìn)行訪問的權(quán)利，它還是要參與仲裁過程。 9．能區(qū)分節(jié)點(diǎn)的臨時(shí)故障和永久性故障并能自動(dòng)斷開故障節(jié)點(diǎn)。 點(diǎn)能夠區(qū)分出短期干擾和永久性故障，出故障的節(jié)點(diǎn)會(huì)被斷開。斷開意味著該節(jié)點(diǎn)脫離了 與總線邏輯上的連接，因此它既無法發(fā)送、也無法收到任何幀。通常情況下，一個(gè) 激活、錯(cuò)誤 處于錯(cuò)誤 且可以在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)送出活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志?；顒?dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志由連續(xù)的 6 個(gè)顯性位構(gòu)成，這違反了位填充規(guī)則及正常幀所具有的各種規(guī)定格式。 19 處于錯(cuò)誤 參與總線通信活動(dòng)，但在檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)送出的是認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志。認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志由連續(xù)的6 個(gè)隱性位構(gòu)成。發(fā)送完畢后，處于錯(cuò)誤一認(rèn)可狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在起動(dòng)下一次發(fā)送之前還要另 外再等一定的時(shí)間。 節(jié)點(diǎn)因故障界定實(shí)體的要求而從總線上斷開后就進(jìn)入離線狀態(tài)，處于離線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)既無法發(fā)送、也無法接收任何幀，只有用戶請(qǐng)求才能使該節(jié)點(diǎn)結(jié)束離線狀態(tài)。 一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制 目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò) (例如 線 )提供輔助功能因此 線的帶寬和多功能的場(chǎng)合比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通訊使用 線可大大節(jié)省成本 。 術(shù)規(guī)范中除定義了基本協(xié)議和物理層外還定義了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件接口 。 訊是基于 據(jù)格式采用單主控制器 /多從設(shè)備的模式僅使用一根 12V 信號(hào)總線和一個(gè)無固定時(shí)間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘線這種低成本的串行通訊模式和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)由 會(huì)制定成標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)化將為汽車制造商以及供應(yīng)商在研發(fā)應(yīng)用操作系統(tǒng)降低成本。 主要特性 ： ? 低成本基于通用 口幾乎所有微控制器都具備 需的硬 20 件 。 ? 極少的信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)國際標(biāo)準(zhǔn) 定 。 ? 傳輸速率最 高可達(dá) 20s。 ? 單主控器 /多從設(shè)備模式無需仲裁機(jī)制 。 ? 從節(jié)點(diǎn)不需晶振或陶瓷震蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步節(jié)省了從設(shè)備的硬件成本 。 ? 保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間 。 ? 不需要改變 節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn) 。 ? 通常一個(gè) 絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目小于 12 個(gè)共有 64 個(gè)標(biāo)志符 。 通訊規(guī)則 一個(gè) 絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)從通訊任務(wù) ， 該通訊任務(wù)分為發(fā)送任務(wù)和接收任務(wù)主節(jié)點(diǎn)還有一個(gè)主發(fā)送任務(wù) 。 一個(gè) 絡(luò)上的通訊總是由主發(fā)送任務(wù)所發(fā)起的主控制器發(fā)送一個(gè)起始報(bào)文 ， 該起始報(bào)文由同步斷點(diǎn)同步字節(jié)消息標(biāo)志符所組成 ， 相應(yīng)的在接受并且濾除消息標(biāo)志符后 ， 一個(gè)從任務(wù)被激活并且開始本消息的應(yīng)答傳輸該應(yīng)答由 2/4/8 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)校驗(yàn)碼所組成起始報(bào)文和應(yīng)答部分構(gòu)成一個(gè)完整的報(bào)文幀 。 文幀 的組成： 由報(bào)文標(biāo)志符指示該報(bào)文的組成這種通訊規(guī)則 ， 可以用多種方式來交 21 換數(shù)據(jù) ， 由主節(jié)點(diǎn)到一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn) ， 由一個(gè)從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)或其他的從節(jié)點(diǎn) ， 通訊信號(hào)可以在從節(jié)點(diǎn)之間傳播而不經(jīng)過主節(jié)點(diǎn)或者主節(jié)點(diǎn) ， 廣播消息到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)報(bào)文幀的時(shí)序由主控制器控制 。 用來實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用 典 型的 線應(yīng)用是汽車中的聯(lián)合裝配單元如門方向盤座椅空調(diào)照明燈 、 濕度傳感器 、 交流發(fā)電機(jī)等 ， 對(duì)于這些成本比較敏感的單元 以使那些機(jī)械元件 。 如智能傳感器制動(dòng)器或光敏器件得到較廣泛的使用 ， 這些元件可以很容易的連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中 ， 并得到十分方便的維護(hù)和服務(wù) 。 在 現(xiàn)的系統(tǒng)中通常將模擬信號(hào)量用數(shù)字信號(hào)量所替換 ， 這將使總線性能優(yōu)化 。 在以下的汽車電子控制系統(tǒng)中使用 實(shí)現(xiàn)將得到非常完美的效果 ? 車頂 濕度傳感器 光敏傳感器 信號(hào)燈控制 汽車頂篷 ? 車門 車窗玻璃 中樞鎖 車窗玻璃開關(guān) 吊窗提手 22 ? 車頭 傳感器 小電機(jī) ? 方向盤 方向控制開關(guān) 擋風(fēng)玻璃上的擦拭裝置 方向燈 無線電 空調(diào) 座椅 座椅控制電機(jī) 轉(zhuǎn)速傳感器 盡管 初的設(shè)計(jì)目的是用于汽車電子控制系統(tǒng) ， 但 可廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化傳感器總線大眾消費(fèi)電子產(chǎn) 品中。 示。 23 圖 車總線機(jī)構(gòu) 2 汽車 線的故障診斷 持分布控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。目前， 據(jù)總線信息傳輸系統(tǒng)在各種車 型上應(yīng)用越來越多。 線的應(yīng)用使車輛控制技術(shù)更加前進(jìn)，但同時(shí)也是汽車故障分析診斷更加復(fù)雜，故障原因更加不易確定。 據(jù)總線是各個(gè)電控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、信息實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的交換、傳遞和共享、某項(xiàng)故障的原因不但影響某一電控系統(tǒng)，同時(shí)使相關(guān)電控系統(tǒng)也因此受到影響。從故障診斷角度看，如果查詢電控系統(tǒng)故障信息，本來在單一系統(tǒng)的故障信息，由于 據(jù)總線的存在，故障信息將會(huì)傳遞、作用在多個(gè)電控系統(tǒng)中，從而引發(fā)更多故障。導(dǎo)致故障實(shí)際原因和故障現(xiàn)象的交叉、混合，由故障現(xiàn)象和故障信息很難立即將故障原因判斷出來。 24 據(jù)總線系統(tǒng)的故障原因類型，大致有如下幾類： 據(jù)總線系統(tǒng)信息傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)即電控單元本身的故障。 據(jù)總線相關(guān)電控單元的電源系統(tǒng)引起的故障。 據(jù)總線系統(tǒng)各個(gè)信息傳輸?shù)逆溌饭收稀? 在實(shí)際的維修過程中，關(guān)鍵問題是如何利用信息盡快診斷確定出具體故障部件或故障部位。 據(jù)總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，在相關(guān)控制單元存儲(chǔ)器里必然存有相關(guān)的故障信息信息。首先要明確故障碼信息內(nèi)容，這與一般的電控系統(tǒng)檢測(cè)故障碼、讀碼的步驟是一致的。但 據(jù)總線系統(tǒng)故障碼信息又有所不同，有其特點(diǎn)。一般的電控系統(tǒng)故障碼，其內(nèi) 容較為具體，比如一個(gè)傳感器或某個(gè)故障碼信息，一般較籠統(tǒng)，單一性差，不明確，比如數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)鏈沒有來自儀表板的信息，是儀表板電腦發(fā)送信息異常的節(jié)點(diǎn)故障還是傳輸鏈路故障。如果是鏈路故障，具體部位是哪里，無法從故障碼中立刻判斷出。 車故障診斷的原理和方法 縱觀整個(gè)汽車智能故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展，其基本歷程是：研究開發(fā)緊緊圍繞汽車最重要的總成 —— 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷被認(rèn)為是人工智能最具有挑戰(zhàn)性的問題，特別是現(xiàn)代汽車的電控系統(tǒng)不斷增加，其故障診斷正向難度復(fù)雜化方向發(fā)展。從早期基于規(guī)則的傳統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)到故障診斷樹轉(zhuǎn)換規(guī)則的診斷專家系統(tǒng)，逐漸向基于模糊型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及多層次、多模型的智能故障診斷專家系統(tǒng)發(fā)展，并以網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分布式在線診斷專家系統(tǒng)的研究。傳感器在線故障診斷技術(shù)的研 25 究成為當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。此次我論文題目所聚焦的就是現(xiàn)今被廣泛運(yùn)用于汽車故障診斷的汽車 線故障診斷技術(shù)。 故障界定的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)即使在節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障的情況下也能維持很高的可用性。因此故障界定策略必須證明在以下方面是可靠的： ·區(qū)分短期故障和永久性故障 ·找到并斷 開故障節(jié)點(diǎn) 故障界定策略是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有一個(gè)發(fā)送錯(cuò)誤接收器及一個(gè)接收錯(cuò)誤接收器，前者記錄發(fā)送幀期間發(fā)生的錯(cuò)誤數(shù)目，后者則記錄接收幀期間發(fā)生的錯(cuò)誤數(shù)目。 如果幀被正確發(fā)送或接收，計(jì)數(shù)就減少。發(fā)生錯(cuò)誤引起的計(jì)數(shù)增加量要比沒發(fā)生錯(cuò)誤引起的計(jì)數(shù)減少量多。計(jì)數(shù)增量與減量之比取決于總線上可承受的出錯(cuò)幀與正確幀之比。在任何時(shí)刻，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)的情況都反映在此以前干擾出現(xiàn)的相對(duì)頻繁程度。 通過預(yù)定計(jì)數(shù)值，可以調(diào)整節(jié)點(diǎn)針對(duì)錯(cuò)誤的行為?？梢哉{(diào)整的范圍是從禁發(fā)出錯(cuò)標(biāo)志以取消送出幀的操作，直到斷開經(jīng)常發(fā)送出錯(cuò)幀的節(jié)點(diǎn)。 故障界定規(guī)則 1．對(duì)故障界定而言，一個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)結(jié)果的不同，可以處于下列三種狀態(tài)之一：錯(cuò)誤激活、錯(cuò)誤認(rèn)可或離線。錯(cuò)誤計(jì)數(shù)依照以下規(guī)則進(jìn)行更改 (在特定幀的傳輸過程中，可以有多條規(guī)則在起作用 )。 ·接收器檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，如果該錯(cuò)誤不是發(fā)送活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或超載標(biāo) 26 志期間的位錯(cuò)誤，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將加 1。 ·接收器在送出出錯(cuò)標(biāo)志后檢測(cè)到第一個(gè)顯性位時(shí)，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將加8。 ·發(fā)送器送出一個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志時(shí)，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將加 8。 ◇ 例外 1：如果處于錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)的發(fā)送器，因?yàn)闆]有檢測(cè)到一個(gè)顯性應(yīng)答而認(rèn)為出現(xiàn)了一次應(yīng)答錯(cuò)誤，并且在 發(fā)送其認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志時(shí)沒檢測(cè)到顯性位。 ◇ 例外 2：如果發(fā)送器發(fā)現(xiàn)仲裁期間發(fā)生填充錯(cuò)誤而送出了一個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志，它應(yīng)該為隱性且送出的也確實(shí)是隱性，但監(jiān)察時(shí)卻呈顯性。 在例外 1和例外 2這兩種情況下，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器保持不變。 ·如果發(fā)送器在發(fā)送活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或超載標(biāo)志期間檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將加 8。 ·如果接收器在發(fā)送活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或超載標(biāo)志期間檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤，接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將加 8。 ·任何節(jié)點(diǎn)在送出一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志、認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志或超載標(biāo)志之后，至多允許連 續(xù)出現(xiàn) 7 個(gè)顯性位。在檢測(cè)到一連串顯性位中的第 14 個(gè) (出現(xiàn)一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志或超載標(biāo)志的情況下 )或檢測(cè)到認(rèn)可錯(cuò)誤標(biāo)志隨后的一連串顯性位中的第 8 個(gè)之后，且再出現(xiàn)一連串 8個(gè)顯性位之后，每個(gè)發(fā)送器的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器加 8，同時(shí)每個(gè)接收器的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器也加 8。 ·成功送出一幀 (收到應(yīng)答，并且直到送完幀結(jié)束都沒檢測(cè)出錯(cuò)誤 )之后，發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器減 1，除非它原先就等于 0。 ·成功接收一幀 (接收過程直到應(yīng)答間隙都沒出錯(cuò)，并且順利送出應(yīng)答位 ) 27 之后，如果接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)結(jié)果原來在 1～ 127 之間，計(jì)數(shù)器減 1；如果計(jì)數(shù)結(jié)果原來是 0，它依然為 0；如果計(jì)數(shù)結(jié)果原來大于 127，則將計(jì)數(shù)器設(shè)為 119~127 之間的某個(gè)值。 2．如果系統(tǒng)剛開始運(yùn)行期間只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)在線，并且該節(jié)點(diǎn)發(fā)送了幀，它將無法收到應(yīng)答信號(hào)，就檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤，于是重新發(fā)送幀。因此，它能轉(zhuǎn)入錯(cuò)誤認(rèn)可模式，但不會(huì)成為離線模式。與總線的連接關(guān)閉或處于離線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)必須執(zhí)行一種啟動(dòng)例行程序，這是為了： ·在傳輸開始之前實(shí)現(xiàn)與己進(jìn)入正常工作狀態(tài)的那些節(jié)點(diǎn)同步。當(dāng)檢測(cè)到“應(yīng)答界定符 +幀結(jié)束 +間歇”，或者“錯(cuò)誤或超載界定符 +間歇”等于 11個(gè)隱性位時(shí)，就完成了同步處理。 ·在暫時(shí)沒有其他節(jié)點(diǎn)處于正常工作狀態(tài)的情況下，等候一段時(shí)間，同時(shí)保證自己不會(huì) 轉(zhuǎn)入離線模式。 3．錯(cuò)誤激活和錯(cuò)誤認(rèn)可。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器或接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過 127(接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器只有 7位時(shí)，就會(huì)處于進(jìn)位狀態(tài) )，監(jiān)控器就請(qǐng)求 層讓該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)。 讓節(jié)點(diǎn)變?yōu)殄e(cuò)誤認(rèn)可模式的出錯(cuò)狀態(tài)促使該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志。 當(dāng)錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器及接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器均小于或等于 127 時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就回到錯(cuò)誤激活狀態(tài)。 4．離線管理。如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過了 255(發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器只有 8 位時(shí)，就會(huì)處于進(jìn)位狀態(tài) )，監(jiān)控器就請(qǐng)求物理層讓該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入離線狀態(tài)。 28 離線狀 態(tài)不能對(duì)總線有任何影響，它不發(fā)送任何幀，也不會(huì)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)、出錯(cuò)幀或超載幀。是否讓此種節(jié)點(diǎn)從總線接收幀完全由實(shí)用要求決定。 在檢測(cè)出總線上出現(xiàn)了 128 次連續(xù)的 11 個(gè)隱性位后，允許將處于離線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)的兩種錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器置 0，使其變成錯(cuò)誤激活狀態(tài)。 線故障管理 在總線正常運(yùn)行期間，可能會(huì)發(fā)生一些總線故障，它們將會(huì)對(duì)總線運(yùn)行造成影響。這些故障及其引起的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作在表 能出現(xiàn)的開路及短路故障如 圖 示。 圖 能出現(xiàn)的開路及短路故障 29 表 線故障測(cè)試 對(duì)總線故障 描述 網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作 規(guī)范性質(zhì) 某個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電 剩余節(jié)點(diǎn)在信噪比變小的情況下繼續(xù)通信 推薦性 某個(gè)節(jié)點(diǎn)失去與地連接 剩余節(jié)點(diǎn)在信噪比變小的情況下繼續(xù)通信 推薦性 某處節(jié)點(diǎn)的屏蔽連接失效 所有節(jié)點(diǎn)繼續(xù)通信 推薦性 開路和短路故障 所有節(jié)點(diǎn)在信噪比變小的情況下繼續(xù)通信 推薦性 編號(hào) 開 2. 開 3. 電池電壓短接 地短接 5. 地短接 電池電壓短接 與 短接 所有節(jié)點(diǎn)在信噪比變小的情況下繼續(xù)通信 任選性 與 在同一處斷開 系統(tǒng)整體停止動(dòng)作，由此形成的子系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)通信 推薦性 所有節(jié)點(diǎn)在信噪比變小的情況下繼續(xù)通信 推薦性 1）圖中的示例不包括所有容錯(cuò)方式 2）對(duì)規(guī)范性質(zhì)如下說明 強(qiáng)制性 如果發(fā)生相應(yīng)的故障，網(wǎng)絡(luò)必須按照此標(biāo)第 2 列中所有規(guī)定的方式進(jìn)行 推薦性 如果發(fā)生相應(yīng)的故障，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作本該按照此標(biāo)第 2 列中所有規(guī)定的方式進(jìn)行，制造商可以選擇不適用這里所指定的功能 任選性 如果發(fā)生相應(yīng)的故障，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)作本該按照此標(biāo)第 2 列中所有規(guī)定的方式進(jìn)行，制造商可以選擇不適用這里所指定的功能 3）僅在使用了屏蔽電纜的場(chǎng)合才用考慮該故障。在這種場(chǎng)合下，某個(gè)節(jié)點(diǎn)處的屏蔽連接失效會(huì)在屏蔽層與兩根信號(hào)線之間感應(yīng)出共模電壓。 4）編號(hào) 1~9 指的是事件 1 至事件 9 車各章診斷儀的不同類型 隨著汽車網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展對(duì)于汽車故障診斷的技術(shù)要求也日益增加，靠人工診斷已經(jīng)基本不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車的故障診斷。因此，雖只有了汽車故障診斷儀的誕生。汽車故障診斷儀主要分為 分通用型和專用型 ： 30 專用型就是一般 4用的，針對(duì)某一特定廠家開發(fā)的診斷儀，類似與通用的 特的 是美國 司開發(fā)的，大眾的是西門子的 5051/5052。 如圖 示。 通用型目前市場(chǎng)上以國產(chǎn)為主，比較知名的有元征，金德，車博士，金奔騰等，提供的功能大同小異，國外的有 價(jià)格較貴，而且升級(jí)需付費(fèi) 。如圖 示。 對(duì)一般修理廠來說，肯定是選擇國產(chǎn)的較為適宜，因?yàn)閲馄放茖?duì)國產(chǎn)車支持嚴(yán)重不足，能及時(shí)更新其實(shí)第一位的。 圖 用汽車故障診斷儀 圖 431 31 障診斷在汽車電子網(wǎng)絡(luò)中的作用 基于 1939診斷應(yīng)用層定義了用于診斷服務(wù)的報(bào)文幀，診斷報(bào)文（ 供了用于車輛進(jìn)行診斷和維護(hù)的功能。 1939供的診斷定義是為了滿足所有可能使用 1939網(wǎng)絡(luò)用戶的需求，這些定義適合 1939中定義的所有工業(yè)組的應(yīng)用。診斷必須具有能滿足不同客戶、工業(yè)組和法規(guī)制定機(jī)構(gòu)所需求的診斷能力。 1939 的診斷部分主要面向以下幾個(gè)方面： 安全性：定義了一個(gè)使用在一系列數(shù)據(jù)連接中的安全方案，這包括存取診斷信息、獲 取車輛節(jié)點(diǎn)配置信息、標(biāo)定控制模塊。 連接器：可用于車輛網(wǎng)絡(luò)連接的連接起，診斷連接器信息必須符合應(yīng)用物理層的定義。 診斷狀態(tài)通信支持：提供一系列的數(shù)據(jù)格式，包括讀出故障信息、清除故障信息、監(jiān)視車輛參數(shù)、獲取節(jié)點(diǎn)的配置以及其他相關(guān)信息。 診斷測(cè)試支持：可以使開發(fā)工具把各種能夠控制節(jié)點(diǎn)放到具體的測(cè)試模式中以正確實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)體系，診斷工具通過連接器與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信并獲取診斷數(shù)據(jù)，而診斷故障代碼記載了出錯(cuò)的參數(shù)及所在的節(jié)點(diǎn)等主要信息。 3 線的通信規(guī)范 控制器局域網(wǎng)（ 串行通訊協(xié)議，能有效地支持具有很 高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。 應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用 汽車電子行業(yè)里，使用 接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防剎車系統(tǒng)、等等，其傳輸速度可達(dá) 1 s。同時(shí)， 32 可以將 裝在卡車本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車燈組、電氣車窗等等，用以代替接線配線裝置。 這本技術(shù)規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè) 器之間建立兼容性?？墒?，兼容性有不同的方面，比如電氣特性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解釋。為了達(dá)到設(shè)計(jì)透明度以及實(shí)現(xiàn)柔韌性， 細(xì)分為以下不同的層次： ? 象層（ ? 輸層（ ? 物理層（ 對(duì)象層和傳輸層包括所有由 型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)和功能。對(duì)象層的作用范圍包括： ? 查找被發(fā)送的報(bào)文。 ? 確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個(gè)報(bào)文。 ? 為應(yīng)用層相關(guān)硬件提供接口。 在這里，定義對(duì)象處理較為靈活。傳輸層的作用主要是傳送規(guī)則，也就是控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定、故障界定?？偩€上什么時(shí)候開始發(fā)送新報(bào)文及 什么時(shí)候開始接收?qǐng)?bào)文，均在傳輸層里確定。位定時(shí)的一些普通功能也可以看作是傳輸層的一部分。理所當(dāng)然，傳輸層的修改是受到限制的。 物理層的作用是在不同節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)所有的電氣屬性進(jìn)行位信息的實(shí)際傳輸。當(dāng)然，同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，物理層對(duì)于所有的節(jié)點(diǎn)必須是相同的。盡管如此，在選擇物理層方面還是很自由的。 這本技術(shù)規(guī)范的目的是定義傳輸層， 并定義 議于周圍各層當(dāng) 33 中所發(fā)揮的作用 （所具有的意義）。 線的物理層是將 接至總線的驅(qū)動(dòng)電路。 總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)荷。物理層 定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點(diǎn)間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼／解碼、位定時(shí)和同步的實(shí)施標(biāo) 準(zhǔn)。 總線競(jìng)爭的原則 本上沒有對(duì)物理層進(jìn)行定義，但基于 準(zhǔn)對(duì)物理層進(jìn)行了定義。設(shè)計(jì)一個(gè) 理層具有很大的選擇余地，但必須保證 出現(xiàn)總線競(jìng)爭時(shí)，具有較高優(yōu)先權(quán)的報(bào)文獲取總線競(jìng)爭的原則，所以要求物理層必須支持 沒有發(fā)送顯性位時(shí)，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時(shí)，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有 一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。 在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。在 ，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層：分別是物理層信令 (物理介質(zhì)附件 (和介質(zhì)從屬接口 (。其中 同數(shù)據(jù)鏈路層功能由 制器完成， 功能由 發(fā)器完成， 定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持 制器和收發(fā)器電路，如 層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也可自行定義，比較流行的是 義的高速 4 發(fā)送／接收器標(biāo)準(zhǔn)。 節(jié)點(diǎn)數(shù)量 理論上， 線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制，可達(dá)到 2000 個(gè)，實(shí)際上受電氣特性的限制，最多只能接 100 多個(gè)節(jié)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制 (成過濾、過載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問控制(層完成數(shù)據(jù)打包／解包、幀編碼、媒體訪問管理、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。 兩類消息幀，其本質(zhì)的不同在于 長度。圖 2． 5為 0就是 息幀的標(biāo)準(zhǔn)格式，它有 11 位標(biāo)識(shí)符?；? 0B 的消息幀格式，又叫做擴(kuò)展消息幀格式。它有 29 位標(biāo)識(shí)符，前 11位與 0 于標(biāo)記 消息幀根據(jù)用途分為四種不同類型：數(shù)據(jù)幀用于傳送數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程幀用于請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤幀用于標(biāo)識(shí)探測(cè)到的錯(cuò)誤、超載幀