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汽车LIN总线控制系统故障诊断

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摘要:

现代汽车正在研究以最低成本满足汽车内部各个系统对数据传输的个性化要求,除了在汽车上采用CAN总线以及光学总线外,还引入了子总线系统。文章通过对CAN总线的原理、特点、组成、功用、数据传输的分析,阐述了如何正确地排除LIN总线故障。

关键词:

现代汽车;LIN总线技术;控制单元;数据传输;故障诊断

LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间,目前在汽车上的应用领域主要有防盗系统、自适应大灯、疝气前照灯、驾驶员侧开关组件、外后视镜、中控门锁、电动车窗、空调系统的鼓风机、加热器控制等。对于汽车LIN总线控制系统的维修,应根据LIN总线控制系统的控制单元及数据传输等分析来排除故障。

1LIN总线的特点及传输原理

LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间,传输数据是单线,数据线最长可以达到40m。在主节点内配置1kΩ电阻端接12V供电,从节点内配置30kΩ电阻端接12V供电。各节点通过电池正极端接电阻向总线供电,每个节点都可以通过内部发送器拉低总线电压。

2LIN总线系统的控制单元

LIN总线系统主要由LIN主控制单元、LIN从属控制单元、单根导线三部分组成。

2.1LIN主控制单元

2.1.1LIN主控制单元的功能。LIN主控制单元连接在CAN数据总线上,监控数据传输过程和数据传输速率,发送信息标题,决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次,在LIN数据总线系统的LIN控制单元与CAN总线直接起“翻译”作用,能够进行LIN主控制单元及与之相连的LIN从属控制单元的自诊断。

2.1.2LIN主控制单元的信息结构。LIN主控制单元控制总线导线上的每条信息的开始处都通过LIN总线主控单元发送一个信息标题,它由一个同步相位构成,后面部分是标识符字节,可以传输2、4、8个字节的数据。标识符用于确定主控单元是否会将数据传输给从属控制单元。信息段包含发送到从属控制单元的信息。校验区可为数据传输提供良好的安全性。校验区由主控制单元通过数据字节构成,位于信息结束部分。LIN总线主控制单元以循环形式传输当前信息。

2.2LIN从属控制单元在LIN数据总线系统内,LIN从属控制单元的通信受到LIN主控制单元的完全控制,只有在LIN主控制单元发出命令的情况下,LIN从属控制单元才能通过LIN总线进行数据传输。单个的控制单元、传感器、执元件都相当于LIN从属控制单元,传感器是信号输入装置,传感器内集成有一个电控装置,它对测量值进行分析,分析后的数值是作为数字信号通过LIN总线进行传输的。有的传感器或者是执行元件只是用LIN主控制单元插口上的一个针脚,就可以实现信息传输,也就是单线传输。LIN执行元件都是智能型的电子或机电部件,它们通过LIN主控制单元的LIN数字信号接收任务。LIN主控制单元通过集成的传感器来获取执行元件的实际的工作状态,然后就把规定状态和实际状态进行对比,并发出相应的控制指令。LIN主控制单元发出控制指令后之后,传感器和执行元件才能够做出反应。LIN从属控制单元等待主控制单元的指令,根据需要与主控制单元进行通信。如果要结束休眠模式,LIN从属控制单元可自行发送唤醒信号。LIN总控制单元安装在LIN总线系统设备上。

3LIN总线的数据传输

LIN数据传输主要考虑传输的速率、信号电平、传输的安全性、信息的波形、信息的标题、信息的内容、信息的速率及防盗功能。

3.1传输速率LIN总线的数据传输速率为1~20kb/s。

3.2信号电平若无信息发送到LIN数据总线上或发送到LIN数据总线上的是一个隐性电平,则数据总线导线上的电压就是电平电压。想要将显性电平传到LIN数据总线上,需将发送控制单元内的收发报机数据总线接地。

3.3传输安全性LIN总线在传递隐性电平和显性电平时,通过预先设定公差值来确保数据传输的稳定性。如在干扰辐射的情况下仍能收到有效的信号,那么实际接收的允许电压要再稍高一些。

3.4信息波形信息波形包括带有从属控制单元回应的信息和带有主控制单元命令的信息。

3.4.1带有从属控制单元回应的信息。LIN主控制单元要求LIN从属控制单元发送的信息标题内含有如开关状态或测量值的信息回应,该回应由LIN从属控制单元来发送。

3.4.2带有主控制单元命令的信息。LIN主控制单元通过信息标题内的标志符来要求LIN从属控制单元发送带有回应内容的数据,该回应由LIN主控制单元来发送。

3.5信息标题信息标题由LIN主控制单元按周期发送。信息标题分为同步暂停区、同步分界区、同步区和识别区四个部分。

3.5.1同步暂停区。同步暂停区的长度至少是13位,它是以显性电平发送。

3.5.2同步分界区。同步分界区至少是一位长,并且是隐性电平。

3.5.3同步区。同步区由0101010101二进制位序构成,所有的LIN从属控制单元通过这个位序来与LIN主控制单元进行信息匹配。

3.5.4识别区。识别区长度是8位,前面六位是回应信息识别码和数据区的个数,回应数据区的个数在0~8之间,后面两位是校验位,用以检查数据传输是否有错。

3.6信息内容带有主控制单元的查询信息,LIN从属控制单元会根据识别码给这个查询指令提供相应的回应信息,主控制单元带有动作指令的信息,LIN从属控制单元会提供回应,根据识别码的情况,相应的LIN从属控制单元会运用这些数据去执行各种功能,执行主控制单元的指令。这个指令由1~8个数据构成,每个数据区是10个二进制位,其中有一位是显性的起始位,包含有信息的字节,另一个是隐性停止位。起始位和停止位是用于再同步,这样能够有效地避免传输错误。

3.7信息的顺序LIN主控制单元的软件内预先设定了一个顺序,LIN主控制单元按这个顺序将信息标题发送到LIN总线上。LIN主控制单元在特定的条件下可能会改变信息的顺序。常用的信息会多次传输,设计的过程中要尽可能减少LIN主控制单元部件的种类,主控制单元将给全车的所有从控制单元的信息标题发送到LIN总线上。如果车上没有安装可以接收某一信息标题的控制单元的信息,那么在示波器屏幕会出现没有回应的信息标题,这是因为没有安装造成的,而不是故障,这并不影响系统的功能。

3.8防盗功能LIN总线还具有一定的防盗功能。只有当LIN主控制单元发送出带有相应识别码的信息标题后,数据才会传至LIN总线上。由于LIN主控制单元对所有信息进行全面监控,所以无法在车外使用从属控制单元通过LIN导线对LIN总线实施控制,因而LIN总线具有一定的防盗功能。

4LIN总线的故障诊断

LIN总线系统的故障诊断与传统的故障诊断有很大的区别,线路表面是否有明显的断路可以通过人工诊断,主要通过自诊断及专用的检测仪进行检测,最终通过人工经验和自诊断结果来排除故障。

4.1利用故障检测仪VAS5051进行故障诊断当LIN总线系统出现故障时,可以利用故障检测仪VAS5051对LIN总线进行故障诊断。在LIN从属控制单元上可以完成所有的自诊断功能。

4.2LIN总线的故障分析对于电路故障主要有两大方面:短路和断路。

4.2.1LIN总线短路故障。无论是LIN总线对电源正极短路,还是对电源负极短路,LIN总线都会关闭,无法正常工作。

4.2.2LIN总线断路故障。LIN总线发生断路故障时,其功能丧失情况视发生断路故障的具体位置而定。当LIN总线位置在总线路上断路时,其下游所有从属控制单元均不能正常工作;当LIN总线在位置分支线路处断路时,该分支电路的从属控制单元将不能正常工作。根据LIN总线发生故障时其功能的丧失情况,结合LIN总线控制关系并参阅电路图,就可以判断出发生断路故障的大致位置。

4.3故障实例分析鼓风机调节器的LIN从属控制单元无信号或出现不可靠信号。

4.3.1鼓风机调节器的LIN从属控制单元无信号可能的故障原因及处理办法。(1)导线断路或者短路、换线或重新连接;(2)LIN从属控制单元供电有故障,保证供电电源及传输正常;(3)LIN从属控制单元或LIN主控制单元型号错误,换成正确型号;(4)LIN从属控制单元损坏、更换。

4.3.2鼓风机调节器的LIN从属控制单元出现不可靠信号的原因及处理办法。(1)LIN导线受到电磁干扰,把干扰排除;(2)LIN导线电容和电阻值改变了,可能是因为插头壳体潮湿或者脏污,需要清理脏污严重的更换;(3)软件故障,型号匹配错误的直接更换。

5结语

文章通过对LIN总线特点、组成及输入传输的分析,提出了LIN总线的故障诊断排除的工具及方法,使我们能够解决越来越多的带有LIN总线技术的总线故障。

参考文献

[1]周旭,沈沉,庞成立.汽车总线技术[M].北京:北京理工大学出版社,2014.

[2]徐景波.汽车总线技术[M].北京:中国人民大学出版社,2011.

[3]朱建峰,李国忠.常见车系CAN-BUS原理与检修[M].北京:机械工业出版社,2006.

[4]凌永成,王岩松.汽车网络技术[M].北京:清华大学出版社,2012.

作者:李俊玲 单位:沈阳汽车工业学院

汽车LIN总线控制系统故障诊断责任编辑:杨雪    阅读:人次