《汽车车身与底盘电控系统检修》课件 任务九 汽车网络系统的检修

任务九

汽车网络系统的检修汽车车身与底盘电控系统检修02任务描述03相关知识04学习任务单05实训任务06实训任务单目录CONTENTS01学习目标01学习目标知识目标：（1）了解汽车网络系统的特点、类型与组成。（2）掌握CAN数据传输原理。技能目标：（1）会熟练使用检测仪分析网络系统部件。（2）会排除CAN网络系统的简单故障。素养目标：（1）能够在工作过程中与小组其他成员合作、交流，养成团队合作意识，锻炼沟通能力。（2）养成7S的工作习惯。（3）养成服务从管理，规范作业的良好工作习惯。02任务描述

一辆丰田某轿车用户反映：安全气囊与动力转向系统等多个系统使用异常，需要你对它进行检查，确定故障部位并进行修理。03

相关知识相关知识

一、汽车网络的特点

随着现代科技的高速发展，汽车装备日趋完善，车用电气设备越来越多。如果按照常规点到点间的布线法，则整个汽车的布线将十分复杂，显得很凌乱，如图所示。尤其是在乘用车中，传统布线不仅增加了布线的复杂程度，而且布线所需的铜线也将成倍增加。相关知识

汽车网络具有如下特点：

（1）减少了线束的数量和占用空间，因而也就减少了线束的造价和质量，提高了电子系统的可靠性，使之维修容易，安装简便。

（2）由于采用了通用传感器（如动力系统和传动系统共用车速传感器），通过网络进行数据通信，可以达到消除冗余传感器并实现数据共享的目的。

（3）改善了汽车系统设计和配置的灵活性，即通过网络的软、硬件变化可以实现整车功能的变化和扩展，真正实现汽车各个装置的模块化。

（4）使用网络将汽车各个电子控制单元连接起来，让汽车真正成为系统控制的整体对象，利于汽车动力性、排放性、操纵性、经济性和安全性的改进和完善。相关知识

目前汽车网络系统广泛应用于车身系统、动力传动系统、安全系统和信息与娱乐系统，如图所示。相关知识

典型的汽车网络系统如图所示。相关知识

二、汽车网络的类型

1．按拓扑结构分类

按网络的拓扑结构不同，汽车网络主要有总线形、环形和星形等，如图所示。相关知识

二、汽车网络的类型2．按传输速率分类

按数据传输速率不同，美国汽车工程师协会（SAE）将汽车网络划分为A类、B类、C类网络，见下表。相关知识

3．按通信协议分类

按通信协议不同，汽车网络系统可分为LIN网、CAN网、VAN网、MOST网等。LIN网，适应于智能传感器和执行器的低速通信网络。CAN网是根据CAN协议设计的汽车网络系统。CAN协议发展很快，既有高速CAN协议，也有低速CAN协议，以及CAN网络。VAN网，主要有车身VAN网、舒适系统VAN网两种。MOST网，主要应用于汽车多媒体和通信的分布式网络。相关知识

4．按应用系统分类

按应用系统不同，汽车网络系统大致可分为动力传动网络系统、车身网络系统、安全网络系统、信息与娱乐网络系统和故障诊断系统等5种，如图所示。相关知识

三、汽车网络系统组成

汽车网络它主要由硬件或软件两大部分组成，其中，硬件主要由模块（通信节点）、传输介质、负载电阻、网关等组成，如图所示。相关知识

（一）模块

模块是探测信号和（或）进行信号处理的一种电子装置，通常是指电子控制单元、传感器或执行器。模块的功能是将信号发送至数据总线上，并接收来自数据总线上的信号。在汽车网络系统通常将模块称为节点。

模块（节点）一般由微处理器、控制器、收发器（或线路接口）等组成，如图所示。相关知识

1．控制器

控制器功能

位于模块的内部，安装在微处理器与收发器之间。控制器的功能有两大功能：①接收模块中微处理器传来的数据，并对这些数据进行处理后，传送到收发器。

②接收收发器从网络传来的数据，并对这些信号处理后，传送到模块中的微处理器。

2．收发器

收发器功能

收发器又称为驱动器或线路接口，收发器也位于模块的内部，安装在控制器与数据传输介质之间。收发器的功能主要有：①接收控制器传来模块的信号，并将其转化为电信号输送至数据传输介质。②接收数据传输介质传来其他模块信号，并将其发送至控制器。相关知识

二、传输介质

汽车网络系统的传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光纤、无线介质等。

1．双绞线

双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起，这样可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波都会被另一根线上发出的电波抵消。相关知识

2．同轴电缆

同轴电缆内导体为实心或多芯硬质铜线，外导体为硬金属或金属网。内导体和外导体之间由绝缘材料隔离，外导体外还有皮套或屏蔽物。有两种同轴电缆被广泛使用，一种是50Ω电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，又称基带同轴电缆；另一种是75Ω电缆，用于模拟传输，一般用于电视信号的传输，称为宽带同轴电缆。相关知识

3．光纤

光纤和同轴电缆相似，中心是光传播的玻璃纤芯。纤芯是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的比人头发丝还细的芯线，它质地脆、易断裂。在多模光纤中，需要外加一保护层。纤芯外面包围着一层折射率比纤芯低的玻璃封套，以使光纤保持在纤芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套，如图所示。相关知识

光导纤维的任务是将在某一控制单元发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器。

在发送端，可用发光二极管（LED）或激光二极管（LD）等光电转换器件把电信号转换成光信号，再耦合到光纤中进行传输；在接收端，通过光电二极管（PIN）等器件进行逆变换，把光纤传来的光脉冲转换成电信号输出，如图所示。相关知识

4．无线介质

无线介质是指通过大气传输电磁波的三种技术，即微波、红外线和激光。这三种技术都需要在发送方和接收方之间有一条视线通路。

无线介质信号传输技术称为蓝牙（Bluetooth）技术。车载蓝牙系统的数据传输速度可达1Mb/s，传输频率为2.40～2.48GHz，有效距离为10m。

车载蓝牙系统主要应用于车载电话、CAN网关、车载多媒体、驻车遥控等方面。相关知识

三、数据传递终端

在数据总线的两个末端设有两个终端电阻，其目的是防止数据在终端被反射，并以回声的形式返回，数据在终端的反射会影响数据的传输。终端电阻的阻值为120欧，由2个60欧电阻串联而成，中间还配备1个滤波电容器，如图所示。相关知识

四、网关

网关是连接异型汽车网络的接口装置。其功能是将异型网络的通信协议进行翻译和解释，并进行无差错数据传输。即从第一个网络接收信息、翻译信息，向第二个网络发送信息。

网关实际上就是一种模块，它工作的好坏决定了不同的总线、模块和网络相互间通信质量的好坏，如图所示。相关知识

五、通信协议

1．定义

通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准和约定的集合，即指数据在总线上传输的规则。

2．类型

常用的有LIN、CAN、MOST等汽车网络通信协议。相关知识

四、CAN网络系统

（一）CAN的基本特点

按通信速率不同将CAN分为三个级别：高速CAN，主要用于汽车动力传动系控制系统和底盘控制系统；中速CAN，主要用于车身系统；低速CAN，主要用于汽车媒体系统控制及仪表显示系统。CAN主要具有如下特点：

（1）多主方式：

（2）数据传输方式灵活：

（3）通信距离与速率高：

（4）节点数多：

（5）短帧结构：（6）通信介质选择灵活：相关知识

（二）CAN的基本组成

CAN由控制器、收发器、数据传输终端以及两条数据传输线组成，如图所示。除了数据传输线，其他元件都置于控制单元内部。相关知识

1．CAN控制器

CAN控制器的作用是接收控制单元中微处理器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器。同样，CAN控制器也接收由CAN收发器传来的数据，对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微处理器。

2．CAN收发器

它将CAN控制器传来的数据转化为电信号并将其送入数据传输线。它也为CAN控制器接收和转发数据。

相关知识

3．数据传输终端

它是一个电阻器，其作用是防止数据在终端被反射，并以回声的形式返回。数据在终端的反射会影响数据的传输。

4．数据传输线

数据传输线为双线，两条线分别称为CAN高线（H总线）和CAN低线（L总线）。为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射，CAN总线将两条线缠绕在一起（双绞线）。相关知识

（三）CAN的信号传递

（1）传递介质：电子单元之间的连接线为屏蔽双绞线，其中信号的名称分别是CAN-H和CAN-L，两信号线之间应有120Ω的电阻，电子单元对应引脚也分别表示为CAN-H和CAN-L。

（2）差动电压：CAN通信的传输在物理层面都是靠电压高低区分来实现的，CAN总线使用双绞线进行差分电压传输，两条信号线被称为CAN高（CAN-H)和CAN低(CAN-L），如图所示。相关知识

（3）总线级别：总线有两种逻辑状态（两种位电平）：显性和隐性。“显性”（Dominant）数值表示逻辑0，而“隐性”（Recessive）表示逻辑1。“隐性”状态下，CAN-H和CAN-L被固定于平均电压电平，Vdiff近似为0。“显性”状态下，Vdiff以大于最小阈值的差分电压表示，如图所示。相关知识

（4）拓扑：网络的线路拓扑应尽可能地近似于线性结构。

（5）终结电阻：总线在每一个终点都以记为RL的终结电阻而结束。终结电阻应该连接在CAN-H和CAN-L之间，以保证CAN-H和CAN-L导线的正确终止。

（6）位时间：位时间即比特时间tB，是一位的持续时间。

一位的位时间可以分为四部分，即同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2，如图所示。相关知识

四、CAN的信息帧

帧是一种将原始数据分割成一定长度的数据片，即数据传输的单元。CAN总线所传输的信息帧有数据帧、远程帧、错误帧和过载帧四种类型。

（一）数据帧

数据帧的功能是将数据从发送器传到接收器。数据帧有标准帧和扩展帧两种，均由7个不同的域组成：起始域、仲裁域、控制域、数据域、安全域、应答域、结束域，如图所示。相关知识

（二）远程帧

远程帧的功能是将数据请求从发送器传到接收器。通过发送远程帧，作为某数据接收器的控制单元会对不同的数据传送进行初始化设置。

远程帧由6个不同的域组成：起始域、仲裁域、控制域、安全域、应答域、结束域，如图所示。相关知识

（三）错误帧

错误帧的功能是可以对所发送的数据进行错误监测、错误标定和错误自控。错误帧由两个不同的域组成，第一个域来自控制器的错误标志，第二个域为错误分界符，如图所示。相关知识

五、CAN的差动传递防干扰技术

差动信号放大器用CAN-H线上的电压（UCAN-High）减去CAN-L线上的电压（UCAN-High），就得出输出电压。CAN-H信号和CAN-L信号经过差动信号放大器处理后，差动信号放大器再将转换后的信号传至控制单元的CAN接收区，就是所谓的差动传递技术，如图所示。

相关知识

差动传递技术可最大限度地消除干扰的影响。由于CAN-H线和CAN-L线是扭绞在一起的（双绞线），所以干扰脉冲X就总是有规律地作用在两条线上，由于差动信号放大器总是用CAN-H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，即输出电压为（3.5V-X）-（1.5V-X）=3.5V-1.5V=2V，如图所示。相关知识

六、CAN的数据报告优先权

三个控制单元同时发送数据，此时，在数据传输线上进行1位的数据比较。如果一个控制单元发送了一个低电压，而检测到一个高电位，那么这个控制单元就停止发送，而转为接收，即发出高电位的数据具有优先权，而发出低电位的数据丧失优先权，如图所示。相关知识

七、典型的CAN系统连接图

右图是丰田卡罗拉CAN系统连接图。2个终端电阻分别放置在组合仪表与发动机ECM内部，其它控制系统ECU分别通过支线连接到主线上。相关知识

五、LIN网络系统

（一）LIN的特性

LIN采用单线数据总线。LIN的技术特点为：

（1）单主机多从机结构（没有总线仲裁）。

（2）基于普通UART/SCI接口的低成本硬件、低成本软件。

（3）带时间同步的多点广播接收，从节点无须石英或陶瓷振荡器。

（4）确定性的信号传输。

（5）低成本的单线实现。

（6）速率可达20kb/s，总线长度≤40m，可选的数据域长度为0～8字节。

（7）保证信号传输的延迟时间。

（8）数据校验和的安全性和错误检测。

（9）使用最小成本的半导体元件（小尺寸单芯片系统），且可使用汽车蓄电池供电。

（10）需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络上增加节点，通常一个LIN网络节点数小于16个。相关知识

二、LIN的结构与协议

1．总线结构

LIN由一个主节点（也称局部连接网络指令器电控单元）和多个从节点（也称局部连接网络执行器电控单元）构成，主节点可以执行主任务也可以执行从任务，从节点只能执行从任务。总线上的信息传送由主节点控制，如图所示。相关知识

2．传输介质

在LIN标准中的，并没有强制规定信号传输介质采用物质载体还是非物质载体，但一般使用一根单独的铜线作为传输介质。

3．节点的结构

一个LIN电控单元拥有一个统一的接口（LIN标准），以便同其他LIN电控单元之间处理信息数据。相关知识

4．信息帧结构

LIN从主节点发出的信息帧有两种：数据帧和睡眠帧。

1）数据帧

LIN数据帧由异步中断域、异步域、标识域、数据域和检查域组成，如图所示。

2）睡眠帧

LIN总线主节点发出的另一个帧是睡眠帧，它的作用是让总线和节点进入低功耗状态。相关知识

三、LIN与CAN关系

CAN作为汽车网络的总线标准已经成为主流。但是，低速CAN应用于车身控制所面临的最大困难是成本高。LIN是一种新型的低成本汽车车身总线。LIN总线的目标定位是作为CAN的辅助总线，用于车身控制网络的低端场合，实现汽车车身网络的层次化，以降低汽车网络的复杂程度，保持最低成本。相关知识

六、MOST总线MOST是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的数据总线技术。MOST表示“多媒体传输系统”。MOST总线利用光脉冲传输数据。MOST总线采用环形结构。在环形总线内只能朝着一个方向传输数据。MOST总线基于环形拓扑，从而允许共享多个发送和接收器的数据。MOST总线主控器(通常位于汽车音响主机处)有助于数据采集，所以该网络可支持多个主拓扑结构，在一个网络上最多高达64个主设备。MOST的总数据传输率为24.8Mbps，是汽车电子中应用最多的最佳多媒体传控网络。04

学习任务单学习任务单汽车网络系统的检修学习任务单班级：姓名：1.汽车网络特点是减少了

的数量和空间，改善了汽车系统设计和配置的灵活性，将汽车各个

连接起来，让汽车真正成为系统控制的整体对象，目前汽车网络系统广泛应用于

系统、

系统、安全系统和信息与娱乐系统。2.汽车网络的类型中如果按网络的拓扑结构不同，汽车网络主要有

形、

形和星形等；按通信协议不同，汽车网络系统可分为

网、

网、VAN网、MOST网等。3.汽车网络系统主要由硬件或

两大部分组成，其中，硬件主要由模块、

、

、网关等组成（图13-8）。软件主要指

。

4.模块在汽车网络系统通常将模块称为

，一般由微处理器、控制器、

（或线路接口）等组成，

接收模块中微处理器传来的数据和接收收发器从网络传来的数据，并对这些信号处理后，传送到模块中的微处理器。

的功能接收控制器传来模块的信号，并将其转化为电信号输送至数据传输介质，接收数据传输介质传来其他模块信号，并将其发送至控制器。学习任务单汽车网络系统的检修学习任务单班级：姓名：5.汽车网络系统的传输介质主要有

、同轴电缆、

、无线介质等。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相

在一起，这样可降低信号干扰的程度。6.数据传递终端是指在数据总线的两个末端设有两个

，其目的是防止数据在终端被反射，并以回声的形式返回，数据在终端的反射会影响数据的传输。终端电阻的阻值为

欧，由2个60欧电阻

联而成。7.网关是连接异型汽车网络的

。其功能是将异型网络的通信协议进行翻译和解释，并进行无差错数据传输。即从第一个网络接收信息、翻译信息，向第二个网络

信息。8.通信协议是指通信双方控制信息交换规则的标准和约定的集合，即指数据在总线上传输的规则。常用的汽车网络通信协议有

、

、MOST等。9.CAN按通信速率不同将分为三个级别：高速CAN、

、低速CAN，主要由控制器、收发器、

以及两条数据传输线组成。学习任务单汽车网络系统的检修学习任务单班级：姓名：10.CAN信号传递传递介质为屏蔽

线，其中信号的名称分别是

和CAN-L，两信号线之间应有

Ω的电阻。两条线静态时均为

V左右，此时状态表示为逻辑1，也被称作

性。当两条线电压值出现差异时，通常CAN-H=3.5V和CAN-L=1.5V，此时状态表示为逻辑0，也称作

性。即：

差分电压CAN-diff=0V，表示逻辑“

”，

为隐性；差分电压CAN-diff=2V，表示逻辑“

”，为显性；11.帧是一种将原始数据分割成一定长度的数据片，即数据传输的

，以便更可靠地传输数据。CAN总线所传输的信息帧有

帧、远程帧、

帧和过载帧四种类型。数据帧的功能是将数据从发送器传到接收器。数据帧有标准帧和扩展帧两种，均由

个不同的域组成：

域、仲裁域、控制域、

域、安全域、应答域、结束域。12.LIN是一个汽车底层网络协议，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，LIN采用

线数据总线，主要应用于汽车车身中的联合装配单元，如车门模块、车顶模块、座椅模块、空调模块、综合仪表板模块、车灯模块等。13.MOST是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的数据总线技术。MOST表示“多媒体传输系统”。MOST总线采用

形结构。在环形总线内只能朝着一个方向传输数据。05

实训任务实训器材:丰田卡罗拉轿车、故障诊断仪、常用维修工具和维修手册等。作业准备:车辆在工位停放周正；铺好车内和车外护套。实训任务

一、CAN系统的检测1.用故障诊断仪连接到汽车故障诊断座（DLC3）上，检查CAN通信系统的故障码。2.从故障诊断仪的“SystemSelect”屏幕上选择“BusCheck”。3.观察屏幕约1分钟，检查屏幕上显示