网络总线系统：汽车舒适控制及检修

车辆内部有很多部件都依赖于来自其他部件的信息并向其他部件传输信息。总线数据通信网络提供了一个可靠的、经济有效的通路，使车辆内的不同部件之间可以互相联系并分享信息。

迈腾B8在原有的基础上增加了以下两种总线：

1）底盘CAN总线。

2）扩展CAN总线两条。

迈腾B8在B7的基础上重新划分CAN结构，具体包括：

1）驱动CAN总线。

2）底盘CAN总线。

3）舒适CAN总线。

4）信息娱乐CAN总线。

5）诊断CAN总线。

6）扩展CAN总线。

7）MOST150CAN总线。

同时除了MOST150CAN总线，其他CAN总线采用了和驱动总线速率相同的500Kbit/s的传输方式，且模块两端带终端电阻（120Ω）。

1）CAN速度为500Kbit/s。

2）LIN速度为19.2Kbit/s。

3）MOST150速度为150Mbit/s。

整车使用大量不同的信息总线以确保控制单元之间信息交换及时且高效。这些总线中，有一些在速度、信号特性和性能方面都有着本质的不同，比如驱动CAN总线和舒适CAN总线，如图4-3所示。

图4-3 迈腾B8联网方案

另一方面，与其他的总线相比，它们有相似的特性并且完全以并联方式运行。所以，它们便可用于高交互性的集合部件，比如驱动CAN总线、底盘CAN总线。与以前所有车辆装置都集中在一条总线上相比，这使它们能够在信息拥挤度较低的总线上彼此通信，从而确保了更迅速、更及时的信息交换。

大多数信息通常出现在局域内特定的网络上，但有些信息则必须与其他网络分享。指定控制单元作为网关，执行在不同总线之间传输信息的功能。网关单元被连接到至少2条总线，并且根据其信息策略和传输模式与各个网络交互。

迈腾B8总线网络使接收单元能够监测来自其他单元的信息传输，以便确定是否接收到重要信息，主要目的在于用合理的默认值替代无法再被接收的信息。此外，一个单元可能会设置故障码，以指示它所等待提供信息的单元不再进行通信。

1.驱动CAN总线

迈腾B8驱动CAN总线结构如图4-4、图4-5所示。

图4-4 迈腾B8驱动CAN总线结构图

迈腾B8驱动CAN总线用于需要高速交换数据的地方，以使传感器、执行器值的变化情况和通过信息调节车辆控制装置之间的信息接收状况延迟至最小化。

驱动CAN数据网由双绞线组成。一个信号电路被识别为驱动CAN-H，另一个信号电路被识别为驱动CAN-L。

在数据总线末端，CAN-H和CAN-L电路之间有一个120Ω的终端电阻。

二进制数据（1和0）以500Kbit/s的速率按顺序传输。通过总线传输的数据通过CAN-H信号电压和CAN-L信号电压之间的电压差来表示。

图4-5 迈腾B8驱动CAN总线信号特点图

在两条线路总线处于静止时，CAN-H和CAN-L信号电路未被驱动，这代表逻辑“0”。在此状态下，两个信号电路电压均为2.5V，电压差约为0V。

当传输逻辑“1”时，CAN-H信号电路被拉高至约3.5V，且CAN-L电路被拉低至约1.5V，电压差约为2.0V。

2.底盘CAN总线

迈腾B8底盘CAN总线结构如图4-6所示。

底盘CAN总线基本上与驱动CAN总线一致，除了其是用于底盘部件，对并联总线之间的信息拥挤进行拆分可确保及时地传输和接收信息。有时需要在底盘CAN总线和驱动CAN总线之间进行通信，这将通过数据总线诊断接口J533用作网关模块来完成。由于底盘CAN总线和驱动CAN总线的运行方式相同，所以诊断方法也类似。

3.舒适系统总线

舒适系统总线由舒适CAN总线和舒适LIN总线组成，如图4-7所示。

图4-6 迈腾B8底盘CAN总线结构图

图4-7 迈腾B8舒适系统总线结构图

（1）舒适CAN总线

舒适CAN总线由车辆遥控钥匙激活，为了简化和统一CAN总线系统，迈腾B8将原来连接各控制系统的舒适CAN总线结构改为和驱动CAN总线传输速率及连接方法一样的结构，如图4-7所示。CAN-H和CAN-L之间有120Ω终端电阻，一个位于数据诊断接口J533内部，一个位于车载电网管理控制单元J519内部，如图4-8所示。

迈腾B8舒适CAN总线是一个比较主要的控制器区域网络（图4-9）。它的主要连接对象包括：

1）4个车门中控锁。

2）4个车门玻璃升降器电动机。

3）行李舱锁。

4）车外后视镜。

5）车内顶灯。

6）驾驶人和前排乘员座椅调整记忆及加热。

7）在具备遥控功能的情况下，还包括对遥控信号的接收处理和其他防盗系统的控制。

图4-8 迈腾B8舒适系统电路原理图

图4-9 迈腾B8舒适CAN总线结构图

从控制功能的角度来看，车身（舒适）系统的很多动作都存在某些相互关联性，只有对所有这些关联性作出非常周密的考虑，才能真正让乘员感到舒适和满意，如图4-10所示。

（2）舒适LIN总线

图4-10 迈腾B8舒适CAN总线信号特点图

LIN表示所有的控制单元都装在一个有限的空间内（如车门），所以它也被称为“局域子系统”，如图4-11所示。

图4-11 迈腾B8舒适LIN总线结构图

车上各个LIN总线之间的数据交换是由控制单元通过CAN数据总线实现的。LIN总线是单线式总线，底色是紫色，有标志色。该线的横截面积为0.35mm²，无需屏蔽。本节以空调鼓风机控制为例介绍LIN总线，如图4-12所示，见表4-13。

LIN总线可以让一个LIN主控制单元与最多16个LIN从控制单元进行数据交换。只有当LIN主控制单元发送出标题后，传感器和执行元件才会做出反应。

图4-12 迈腾B8空调鼓风机控制

表4-13 迈腾B8空调鼓风机控制

1）迈腾B8LIN数据总线传递如图4-13所示。

图4-13 迈腾B8LIN数据总线传递

数据传递速率为1～20Kbit/s，在LIN控制单元的软件内已经设定完毕，该速率最大能达到舒适CAN数据传递速率的五分之一。

2）信号特点见表4-14。

由于控制单元内的接收/发送单元有不同的型号，所以表现出的显性电平不同。

表4-14 信号特点

3）信息标题。

信息标题由LIN主控制单元按周期发送。信息标题分为四部分：

①同步暂停区。

同步暂停区的长度至少为13位（二进制），它以显电平发送。这13位的长度是必需的，这样才能准确地通知所有的LIN从控制单元有关信息的起始点的情况。其他的信息是以最长为9位（二进制）显位来一个接一个传递的。

②同步分界区。

同步分界区至少为1位（二进制）长，且为隐性。

③同步区。

同步区由0101010101这个二进制位序构成，所有的LIN从控制单元通过这个二进制位序来与LIN主控制单元进行匹配。所有控制单元同步对于保证正确的数据交换是非常必要的。如果失去了同步性，那么接收到的信息中的某一数位值就会发生错误，该错误会导致数据传递错误。

④识别区。

识别区的长度为8位（二进制），如图4-14所示。它的前6位是回应信息识别码和数据区的个数。回应数据区的个数是0～8。

以上后两位是校验位，用于检测数据传递是否有错误。当出现识别码传递错误时，校验可防止与错误的信息适配。

4）信息内容（回应）如图4-15、图4-16所示。

图4-14 迈腾B8LIN总线信息标题

图4-15 迈腾B8LIN总线信息查询

对于主控制单元带有数据请求的信息，LIN主控制单元会提供回应。根据识别码的情况，相应的LIN从控制单元会使用这些数据去执行各种功能。

LIN主控制单元的软件内已经设定了一个顺序，LIN主控制单元就按这个顺序将信息标题发送至LIN总线上（如是主信息，发送的是回应）。常用的信息会多次传递。LIN主控制单元的环境条件可能会改变信息的顺序。

舒适LIN总线用于在主控制模块和提供支持功能的其他智能装置之间交换信息。此类配置对驱动CAN总线或舒适CAN总线的容量或速度没有要求，因此相对比较简单。要传输的数据符号（1和0）在通信总线上由不同的电压电平表示。当LIN总线静止且未被驱动时，该信号处于接近电池电压的高压状态，这代表逻辑“1”。当传输逻辑“0”时，信号电压被拉低至搭铁（0V）。

图4-16 迈腾B8LIN总线信息查询

4.信息娱乐总线

（1）信息娱乐CAN总线结构如图4-17所示。

图4-17 迈腾B8信息娱乐CAN总线结构图

信息娱乐CAN总线涉及以下系统：

1）信息娱乐：

①多媒体界面。

②前部信息系统显示和操纵控制单元J523。

③显示器J685。

④多媒体操纵单元E380。

⑤多功能转向盘和仪表板上的显示屏。

2）数字式Bose环绕音响系统。

3）收音机模块、语音对话系统。

4）导航系统。

5）电话。

信息娱乐CAN总线与舒适CAN总线基本一致，主要用于以上系统和部件。有时需要在其他CAN总线和LIN总线、MOST总线之间进行通信。这将通过数据总线诊断接口J533用作网关模块来完成。

（2）信息娱乐MOST总线

从“Media Oriented Systems Transport”这个名字就可看出，它是一种用于多媒体数据传送的网络系统。这也就是说该系统将符合地址的信息传送到某一接收器上，这点与CAN总线是不同的，MOST总线的传输速率可达21.2Mbit/s。

1）MOST总线传输速率如图4-18所示。

图4-18 迈腾B8信息娱乐MOST总线传输速率

这种光纤数据传输对于实现信息娱乐系统的所有功能具有重要意义，因为以前所使用的CAN总线系统的传输速度不够快，因而无法满足相应的数据量的传送。视频和音频所要求的数据传输速度达数兆bit/s。仅仅是带有立体声的数字式电视信号，就需要约6Mbit/s的传输速度。(www.xing528.com)

在MOST总线中，相关部件之间的数据交换是以数字方式来进行的。与无线电波相比，光波的波长更短，因此它不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。

通过光波进行数据传递有导线少且重量轻的优点，另外传输速度也快得多，且抗干扰性也很强。

2）MOST总线控制单元结构如图4-19所示。

①光导纤维的传输过程如图4-20所示。

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。

光导纤维由几层构成。纤芯是光导纤维的核心部分，由有机玻璃制成，是光导线。纤芯内的光根据全反射原理几乎无损失地传导。透光的涂层是由氟聚合物制成，它包在纤芯周围，对全反射起关键作用。黑色包层由尼龙制成，它用来防止外部光照射。彩色包层起到识别、保护及隔温作用。

光导纤维将一部分光波沿直线传送。绝大部分光波是按全反射原理在纤芯表面以之字形曲线传送，如图4-21、图4-22所示。

图4-19 MOST总线控制单元结构

图4-20 光导纤维传输过程

光波通过全反射在纤芯的涂层界面上反射，从而可以弯曲传送。当一束光以小角度照射到折射率高的材料与折射率低的材料之间的界面时，那么光束就会被完全反射，这就叫全反射。光导纤维中的纤芯是折射率高的材料，涂层是折射率低的材料，所以全反射发生在纤芯的内部。这个效应取决于从内部照射到界面的光波角度，如果该角度过陡，那么光波就会离开纤芯，从而造成较大损失，如图4-23所示。

光导纤维的曲率半径不可小于25mm。

为了能使传输过程中的损失尽量小，光导纤维的端面应光滑、垂直、洁净。

因此在加工光导纤维时必须使用专用的切削工具。如果切削面上有污垢和刮痕，会加大传输损失（衰减），如图4-24所示。

图4-21 直的光波在光导纤维中的传送

图4-22 弯的光波在光导纤维中的传送

图4-23 光导纤维弯折过度

图4-24 光导纤维的端面

②光导插头结构如图4-25所示。

该插头用于供电、环断裂自诊断以及输入/输出信号。

为了能将光导纤维连接到控制单元上，专门使用了一种专用插头。插塞连接上有一个信号方向箭头，它表示输入方向（通向接收器）。插头壳体就是与控制单元的连接处。

③内部供电装置。由光导插头送入的电再由内部供电装置分送到各个部件。这样就可单独关闭控制单元内某一部件，从而降低了静态电流。

④收发单元-光导发射器（FOT），如图4-26所示。

图4-25 光导插头结构

图4-26 收发单元-光导发射器

该装置由一个光敏二极管和一个发光二极管（图4-27）构成。到达的光信号由光敏二极管转换成电压信号后传至MOST-收发机。发光二极管的作用是把MOST-收发机的电压信号再转换成光信号。产生的光波波长为650nm，是可见红光。数据经光波调制后传送。调制后的光经由光导纤维传到下一个控制单元。

图4-27 光敏二极管

光敏二极管的作用是将光波转换成电压信号。光敏二极管内有一个PN结，光可以照射到这个PN结上。由于P型层很厚，绝缘层只能刚刚够得到N型层。在P型层上有一个触点——正极。N型层与金属底板（负极）接触，如图4-28所示。

图4-28 光敏二极管工作过程简图

如果光或红外线辐射照到PN结上，就会产生自由电子和空穴，从而形成一个穿越PN结的电流。也就是说：作用到光敏二极管上的光越强，流过光敏二极管的电流就越大。这个过程称为光电效应。

光敏二极管反向与一个电阻串联。如果由于照射光强度增大，流过光敏二极管的电流增大，那么电阻上的压降也就增大了，于是光信号就被转换成电压信号了。

⑤MOST-收发机

MOST-收发机由发射机和接收机两个部件组成。发射机将要发送的信息作为电压信号传至光导发射器。

接收机接收来自光导发射器的电压信号并将所需的数据传至控制单元内的标准微控制器（CPU）。其他控制单元不需要的信息由收发机来传送，而不是将数据传到CPU上，这些信息原封不动地发至下一个控制单元。

⑥标准微控制器

标准微控制器是控制单元的核心元件，它的内部有一个微处理器，用于操纵控制单元的所有基本功能。

⑦专用部件

这些部件用于控制某些专用功能，例如CD播放机和收音机调谐器。

（3）信息帧

系统管理器以44.1kHz脉冲频率向环状总线上的下一个控制单元发送信息帧。

脉冲频率：

由于使用了固定的时间光栅，脉冲频率允许传递同步数据。同步数据传递这样一些信息，诸如声音和动态图像（视频），这些信息必须以相同的时间间隔来发送。44.1kHz这个固定的脉冲频率与数字式音频装置（如CD机、DVD机）的传递频率相同，这样就可以将这些装置连接到MOST总线上了。

一个信息帧的大小为64个字节，1个字节有8位，信息帧的结构如图4-29、表4-15所示。

图4-29 信息帧的结构

表4-15 信息帧的结构

MOST总线在数据区最多可将大小为60个字节的有效数据发送到控制单元。数据分为两种类型：

1）声音和视频作为同步数据，如图4-30所示。

图4-30 同步数据结构

2）图片、用于计算的信息及文字作为异步数据，如图4-31所示。

图4-31 异步数据结构

数据区的分配是可变的，数据区的同步数据在24～60个字节，同步数据的传递具有优先权。

异步数据根据发射器/接收器的地址（标识符）和可用异步总容量，以4个字节为一个数据包被记录并发送到接收器上。两个校验字节传递以下信息：

①发射器/接收器地址（标识符）。

②接收器的控制指令（如放大器声大/声小）。

一个信息组中的校验字节在控制单元内汇成一个校验信息帧。一个信息组中有16个信息帧。校验信息帧内包含有控制和诊断数据，这些数据由发射器传送到接收器，称之为根据地址进行的数据传递。

例如：

①发射器-前部信息控制单元。

②接收器-放大器。

③控制信号-声大/声小。

信息帧的状态区和奇偶校验区的定义和结构见表4-16。

表4-16 信息帧的状态区和奇偶校验区

（4）MOST总线的功能结构

MOST总线的功能结构如图4-32所示。

系统起动（唤醒）如图4-33所示。

如果MOST总线处于休眠模式，那么首先须通过唤醒过程将系统切换到备用模式。

该过程一直进行到系统管理器为止，系统管理器根据传来的伺服光来识别是否有系统起动的请求。

图4-32 MOST总线的功能结构

如果某个控制单元（系统管理器除外）唤醒了MOST总线，那么该控制单元就会向下一个控制单元发射一种专门调制的光（伺服光）。

图4-33 系统起动（唤醒）

然后系统管理器向下一个控制单元发送一种专门调制的光（主光）。这个主光由所有的控制单元继续传递，光导发射器接收到主光后，系统管理器就可识别出环形总线现在已经封闭了，可以开始发送信息帧了，如图4-34所示。

环状总线上的下一个控制单元通过在休眠模式下工作的光敏二极管来接收这个伺服光并将此光继续下传。

首批信息帧要求MOST总线上的控制单元提供标识符。诊断管理器将报告上来的控制单元（实际配置）与一个所安装的控制单元存储表（规定配置）进行对比。

系统管理器根据标识符向环形总线上的所有控制单元发送实时顺序（实际配置），于是就可以进行根据地址的数据传递了。

如果实际配置与规定配置不相符，诊断管理器就会存储相应的故障。这时唤醒过程结束，可以开始传递数据。

迈腾B8MOST总线结构如图4-35所示。

图4-34 数据传递

图4-35 迈腾B8MOST总线结构

迈腾B8MOST总线系统除系统管理器外，还有一个诊断管理器。该管理器执行环形中断诊断，通过电子通信设备1控制单元J794将诊断数据传给J533-数据总线诊断接口，在通过诊断CAN将数据传输给诊断仪器。

5.扩展CAN总线

扩展CAN总线结构如图4-36所示。

扩展CAN总线基本上与舒适CAN总线一致，为了降低舒适总线上的数据压力，将车距调节控制单元J428、轮胎压力监控控制单元J502、弯道灯和前照灯照明距离调节控制单元J745、驾驶人辅助系统的前部摄像机R242、行驶换道辅助系统控制单元J769、行驶换道辅助系统控制单元2-J770、左侧日间行车灯和驻车示宽灯控制单元J860、右侧日间行车灯和驻车示宽灯控制单元J861、左前照灯MX1、右前照灯MX2、驾驶人辅助系统前部摄像机R242重新组成一个局域网。

总线之间的信息拥挤进行拆分可确保及时的信息传输和接收。有时需要在舒适CAN总线和驱动CAN总线之间进行通信。这将通过数据总线诊断接口J533用作网关模块来完成。

由于扩展CAN总线和舒适CAN总线的运行方式相同，所以它们各自的诊断也类似。

6.诊断CAN总线

诊断CAN总线结构如图4-37所示。

故障诊断仪通过数据总线诊断接口J533诊断CAN总线进行通信。如果车辆连接故障诊断仪，则故障诊断仪将尝试与每个可能选装在车辆上的装置进行通信。如果车辆上未安装某个选装件，则对于该选装装置，故障诊断仪将显示“（无通信）”或“（未连接）”。为了避免与特定装置不通信的错误诊断，参见各总线系统连接图示作为参考，查看它们与之通信的装置。

图4-36 扩展CAN总线结构

图4-37 诊断CAN总线结构

7.网关

数据总线诊断接口J533（网关）工作原理如图4-38所示。

图4-38 数据总线诊断接口J533（网关）工作原理

由于电压电平和电阻配置不同，所以在CAN总线、LIN总线、MOST总线之间无法进行耦合连接。

另外这几种数据总线的传输速率不同，这就决定了它们无法使用不同的信号，需要在这几个系统之间能完成一个转换。这个转换过程是通过所谓的网关来实现的，也就是迈腾B8数据总线诊断接口J533。

在站台A（站台，英语“网关”的意思）到达一列快车（驱动CAN总线，500Kbit/s），车上有数百名旅客。

在站台B已经有一辆火车（舒适CAN总线，500Kbit/s）在等待，有一些乘客就换到这辆火车上，有一些乘客要换乘快车继续旅行。

车站/站台的这种功能，即让旅客换车，以便通过速度不同的交通工具到达各自目的地的功能，与驱动CAN总线和舒适CAN总线两系统网络的网关功能相同。

网关的主要任务是使两个速度不同的系统之间能进行信息交换。

迈腾B8车辆网关安装在数据总线诊断接口J533内。由于通过CAN总线的所有信息都供网关使用，所以网关也用作诊断接口。以前是通过网关的K线来查询诊断信息，现在迈腾B8通过CAN总线诊断线来完成这个工作。