基于CAN總線的車載故障診斷系統(tǒng)設(shè)計研究

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 接成為一個網(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)將會為汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來一個巨大的飛躍，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。 本文對汽車通過對 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，傳感器有上百個，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)歷了以下幾個階段： 電子管時代： 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)帶來了跨時代的變革。 集成電路時代： 20世紀(jì) 90 年代，汽車電子 進(jìn)入了其發(fā)展的第三階段，這是對汽車工業(yè)的發(fā)展最有價值、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，同時也提高了汽車的舒適性。 網(wǎng)絡(luò)化綜合技術(shù)時代：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)、計算機(jī)技術(shù)、綜合控制技術(shù)、智能呢個傳感器技術(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同時與要一些相同的傳感器信號，這樣就要就同一傳感器信號必須同時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，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)在汽車性價比的不斷提高上。汽車網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)是通 信技術(shù)、計算機(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 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)將會汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來一個巨大的飛躍，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，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監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，不斷檢測系統(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)必須改變原始的檢測方法，以新的檢測診斷技術(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，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、信號處 理、模式識別、計算機(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，也是基于 上述各類基于 消息對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，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)計應(yīng)用，車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(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機(jī)和開關(guān)量器件，對實(shí)時性要求低而數(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力、傳動等系統(tǒng)分開，有 利于保證動力、傳動系統(tǒng)通信的實(shí)時性。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。 動力、傳動等系統(tǒng)（包括發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)等）的受控對象直接關(guān)系汽車的行駛狀態(tài)，對通信實(shí)時性有較高的要求。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，各個節(jié)點(diǎn)可以在同一時刻根據(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)時性。 故障診斷系統(tǒng)時將車用診斷系統(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 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)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一 ,被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計 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、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)以及動力系統(tǒng)，美國的汽車制造商也已經(jīng)決定在其動力系統(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 的低速容錯收發(fā)器。而 4 對于 規(guī)定則可滿足 統(tǒng)中對于時間觸發(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 節(jié)點(diǎn)。 在乘用車上， 線除了能夠應(yīng)用于構(gòu)建連接動力系統(tǒng)和車身電予系統(tǒng)的多路網(wǎng)絡(luò)外，另一個應(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局部 便連接不同 的顯示和控制單元。 作為汽車動力系統(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 裝備上百個基于控制單元的微控制器，它們中 的 大 部 分 將 會 通 過 口 連 接 在 汽 車 網(wǎng) 絡(luò) 上 。 根 據(jù)場研究公司公布的一份對微控制器和汽車網(wǎng)絡(luò)的研究表明，大多數(shù)乘用車都選用基于 網(wǎng)絡(luò)，目前在美國市場上， 1850 的網(wǎng)絡(luò)。 2005 年， 據(jù)整個汽車網(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格優(yōu)勢，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)識符的優(yōu)先級發(fā)送消息的方式，最高優(yōu)先級的消息在發(fā)送時不受干擾。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，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，它必須確定可能的時間點(diǎn)。 解決這個問題的一種途徑是采用基于 線的時間觸發(fā)協(xié)議通信是通過一種以時間為主導(dǎo)的參考消息周期性發(fā)送來完成的。同時，它在系統(tǒng)范圍內(nèi)引入了一個高精度的 全局網(wǎng)絡(luò)時間，基于這個時間，不同的消息在一個基本循環(huán)內(nèi)都可以分配到各自的時間窗。同典型的預(yù)定系統(tǒng)相比， 就是在一定的仲裁時間窗內(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)，顯示了各個子網(wǎng)的連接情況?；诓煌哪康?，各子網(wǎng)的要求也不盡相同，如高速 于動力系統(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，最大傳輸距離為 40 m。 對一般實(shí)時控制現(xiàn)場來說足夠使用。 線具有較強(qiáng)的錯誤檢測能力，通過監(jiān)視、循環(huán)冗余校驗(yàn)、位填充和報文格式檢查，使得未檢測出的出錯概率小于 通過故障界定， 點(diǎn)還有自動識別永久性故障和短暫干擾的能 16 力。在處于連續(xù)干擾時， 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)容通過一個標(biāo)識符 (標(biāo)記，在整個網(wǎng)絡(luò)中，該標(biāo)識符是唯一的。網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)收到信息后，每一節(jié)點(diǎn)都對這個標(biāo)識符進(jìn)行檢測，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)時性。 標(biāo)識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)自動停止發(fā)送?？偩€空閑后，這些節(jié)點(diǎn)將自動重新發(fā)送信息。 2非破壞性的基于線路競爭的仲裁機(jī)制。 用帶有沖突檢測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。總線空閑時，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，任何節(jié)點(diǎn)都可以開始發(fā)送幀。如果兩個和兩個以上的節(jié)點(diǎn)同時開始發(fā)送幀，由此引起的總線訪問沖突是利用基于線路競爭的仲裁對標(biāo)識符進(jìn)行判別來解決的。仲裁機(jī)制可以保證既不會丟失信息，也不會浪費(fèi)時間。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)請求。通過送出一個遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另外一個節(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)識符被指定為和相應(yīng)遠(yuǎn)程幀的標(biāo)識符相同。 5配置靈活。往 絡(luò)中增添節(jié)點(diǎn)時，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數(shù) 據(jù)在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)具有一致性。使一個幀既可以同時被所有節(jié)點(diǎn)接收，也可以同時不被任何節(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有檢錯和出錯通報功能。在 ·位檢測； · 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 (或錯誤激活狀態(tài)下 )接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)都能對出現(xiàn)了錯誤的幀作出標(biāo)記，并進(jìn)行出錯通報。這些幀會立即被放棄，此后，遵循系統(tǒng)所采取的恢復(fù)計時機(jī)制，它們將被適時重發(fā)。從檢測出錯誤開始、到可以著手發(fā)送下一個幀為止的這段時間稱為恢復(fù)時間，此后如果 再未出錯的話，恢復(fù)時間一股占 1723 個位時間（在總線遭受嚴(yán)重干擾的場合，最多占 29 個位時間）。 所有接收器都會校驗(yàn)所接收幀的一致性，然后對具有一致性的幀做出應(yīng)答、對不具有一致性的幀做出標(biāo)記。 仲裁失敗或在發(fā)送過程中被錯誤干擾了的幀將會在下次總線空閑期間被自動重發(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)的臨時故障和永久性故障并能自動斷開故障節(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 激活、錯誤 處于錯誤 且可以在檢測到錯誤時送出活動錯誤標(biāo)志?；顒渝e誤標(biāo)志由連續(xù)的 6 個顯性位構(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 處于錯誤 參與總線通信活動，但在檢測到錯誤時送出的是認(rèn)可錯誤標(biāo)志。認(rèn)可錯誤標(biāo)志由連續(xù)的6 個隱性位構(gòu)成。發(fā)送完畢后，處于錯誤一認(rèn)可狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)在起動下一次發(fā)送之前還要另 外再等一定的時間。 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合比如智能傳感器和制動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 信號總線和一個無固定時間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時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 。 保證信號傳輸?shù)难舆t時間 。 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 絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目小于 12 個共有 64 個標(biāo)志符 。 通訊規(guī)則 一個 絡(luò)由一個主節(jié)點(diǎn)一個或多個從節(jié)點(diǎn)組成所有節(jié)點(diǎn)都有一個從通訊任務(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)還有一個主發(fā)送任務(wù) 。 一個 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)送一個起始報文 ， 該起始報文由同步斷點(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 個數(shù)據(jù)字節(jié)和一個校驗(yàn)碼所組成起始報文和應(yīng)答部分構(gòu)成一個完整的報文幀 。 文幀 的組成： 由報文標(biāo)志符指示該報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)到一個或多個從節(jié)點(diǎn) ， 由一個從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)或其他的從節(jié)點(diǎn) ， 通訊信號可以在從節(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)報文幀的時序由主控制器控制 。 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)中通常將模擬信號量用數(shù)字信號量所替換 ， 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)總線是各個電控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、信息實(shí)現(xiàn)了實(shí)時的交換、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，故障信息將會傳遞、作用在多個電控系統(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，在相關(guān)控制單元存儲器里必然存有相關(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，比如一個傳感器或某個故障碼信息，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)動機(jī)進(jìn)行。發(fā)動機(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節(jié)點(diǎn)都配備有一個發(fā)送錯誤接收器及一個接收錯誤接收器，前者記錄發(fā)送幀期間發(fā)生的錯誤數(shù)目，后者則記錄接收幀期間發(fā)生的錯誤數(shù)目。 如果幀被正確發(fā)送或接收，計數(shù)就減少。發(fā)生錯誤引起的計數(shù)增加量要比沒發(fā)生錯誤引起的計數(shù)減少量多。計數(shù)增量與減量之比取決于總線上可承受的出錯幀與正確幀之比。在任何時刻，錯誤計數(shù)的情況都反映在此以前干擾出現(xiàn)的相對頻繁程度。 通過預(yù)定計數(shù)值，可以調(diào)整節(jié)點(diǎn)針對錯誤的行為?？梢哉{(diào)整的范圍是從禁發(fā)出錯標(biāo)志以取消送出幀的操作，直到斷開經(jīng)常發(fā)送出錯幀的節(jié)點(diǎn)。 故障界定規(guī)則 1對故障界定而言，一個節(jié)點(diǎn)根據(jù)錯誤計數(shù)結(jié)果的不同，可以處于下列三種狀態(tài)之一：錯誤激活、錯誤認(rèn)可或離線。錯誤計數(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 )。 ·接收器檢測到一個錯誤時，如果該錯誤不是發(fā)送活動錯誤標(biāo)志或超載標(biāo) 26 志期間的位錯誤，接收錯誤計數(shù)器將加 1。 ·接收器在送出出錯標(biāo)志后檢測到第一個顯性位時，接收錯誤計數(shù)器將加8。 ·發(fā)送器送出一個出錯標(biāo)志時，發(fā)送錯誤計數(shù)器將加 8。 例外 1：如果處于錯誤認(rèn)可狀態(tài)的發(fā)送器，因?yàn)闆]有檢測到一個顯性應(yīng)答而認(rèn)為出現(xiàn)了一次應(yīng)答錯誤，并且在 發(fā)送其認(rèn)可錯誤標(biāo)志時沒檢測到顯性位。 例外 2：如果發(fā)送器發(fā)現(xiàn)仲裁期間發(fā)生填充錯誤而送出了一個出錯標(biāo)志，它應(yīng)該為隱性且送出的也確實(shí)是隱性，但監(jiān)察時卻呈顯性。 在例外 1和例外 2這兩種情況下，發(fā)送錯誤計數(shù)器保持不變。 ·如果發(fā)送器在發(fā)送活動錯誤標(biāo)志或超載標(biāo)志期間檢測到一個位錯誤，發(fā)送錯誤計數(shù)器將加 8。 ·如果接收器在發(fā)送活動錯誤標(biāo)志或超載標(biāo)志期間檢測到一個位錯誤，接收錯誤計數(shù)器將加 8。 ·任何節(jié)點(diǎn)在送出一個活動錯誤標(biāo)志、認(rèn)可錯誤標(biāo)志或超載標(biāo)志之后，至多允許連 續(xù)出現(xiàn) 7 個顯性位。在檢測到一連串顯性位中的第 14 個 (出現(xiàn)一個活動錯誤標(biāo)志或超載標(biāo)志的情況下 )或檢測到認(rèn)可錯誤標(biāo)志隨后的一連串顯性位中的第 8 個之后，且再出現(xiàn)一連串 8個顯性位之后，每個發(fā)送器的發(fā)送錯誤計數(shù)器加 8，同時每個接收器的接收錯誤計數(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)束都沒檢測出錯誤 )之后，發(fā)送錯誤計數(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，并且順利送出應(yīng)答位 ) 27 之后，如果接收錯誤計數(shù)結(jié)果原來在 1 127 之間，計數(shù)器減 1；如果計數(shù)結(jié)果原來是 0，它依然為 0；如果計數(shù)結(jié)果原來大于 127，則將計數(shù)器設(shè)為 119127 之間的某個值。 2如果系統(tǒng)剛開始運(yùn)行期間只有一個節(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，就檢測到一個錯誤，于是重新發(fā)送幀。因此，它能轉(zhuǎn)入錯誤認(rèn)可模式，但不會成為離線模式。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)檢測到“應(yīng)答界定符 +幀結(jié)束 +間歇”，或者“錯誤或超載界定符 +間歇”等于 11個隱性位時，就完成了同步處理。 ·在暫時沒有其他節(jié)點(diǎn)處于正常工作狀態(tài)的情況下，等候一段時間，同時保證自己不會 轉(zhuǎn)入離線模式。 3錯誤激活和錯誤認(rèn)可。如果某個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯誤計數(shù)器或接收錯誤計數(shù)器超過 127(接收錯誤計數(shù)器只有 7位時，就會處于進(jìn)位狀態(tài) )，監(jiān)控器就請求 層讓該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯誤認(rèn)可狀態(tài)。 讓節(jié)點(diǎn)變?yōu)殄e誤認(rèn)可模式的出錯狀態(tài)促使該節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個活動錯誤標(biāo)志。 當(dāng)錯誤認(rèn)可狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯誤計數(shù)器及接收錯誤計數(shù)器均小于或等于 127 時，該節(jié)點(diǎn)就回到錯誤激活狀態(tài)。 4離線管理。如果某個節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯誤計數(shù)器超過了 255(發(fā)送錯誤計數(shù)器只有 8 位時，就會處于進(jìn)位狀態(tài) )，監(jiān)控器就請求物理層讓該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入離線狀態(tài)。 28 離線狀 態(tài)不能對總線有任何影響，它不發(fā)送任何幀，也不會發(fā)送應(yīng)答信號、出錯幀或超載幀。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。 在檢測出總線上出現(xiàn)了 128 次連續(xù)的 11 個隱性位后，允許將處于離線狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)的兩種錯誤計數(shù)器置 0，使其變成錯誤激活狀態(tài)。 線故障管理 在總線正常運(yùn)行期間，可能會發(fā)生一些總線故障，它們將會對總線運(yùn)行造成影響。這些故障及其引起的網(wǎng)絡(luò)動作在表 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 線故障測試 對總線故障 描述 網(wǎng)絡(luò)動作 規(guī)范性質(zhì) 某個節(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 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方式 2）對規(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合才用考慮該故障。在這種場合下，某個節(jié)點(diǎn)處的屏蔽連接失效會在屏蔽層與兩根信號線之間感應(yīng)出共模電壓。 4）編號 19 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 價格較貴，而且升級需付費(fèi) 。如圖 示。 對一般修理廠來說，肯定是選擇國產(chǎn)的較為適宜，因?yàn)閲馄放茖a(chǎn)車支持嚴(yán)重不足，能及時更新其實(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)的報文幀，診斷報文（ 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方面： 安全性：定義了一個使用在一系列數(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 高安全等級的分布實(shí)時控制。 應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價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， 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 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。對象層的作用范圍包括： 查找被發(fā)送的報文。 確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個報文。 為應(yīng)用層相關(guān)硬件提供接口。 在這里，定義對象處理較為靈活。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、錯誤檢測、出錯標(biāo)定、故障界定?？偩€上什么時候開始發(fā)送新報文及 什么時候開始接收報文，均在傳輸層里確定。位定時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、位定時和同步的實(shí)施標(biāo) 準(zhǔn)。 總線競爭的原則 本上沒有對物理層進(jìn)行定義，但基于 準(zhǔn)對物理層進(jìn)行了定義。設(shè)計一個 理層具有很大的選擇余地，但必須保證 出現(xiàn)總線競爭時，具有較高優(yōu)先權(quán)的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支持 沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有 一個或多個節(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，實(shí)際上受電氣特性的限制，最多只能接 100 多個節(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、錯誤檢測、錯誤信令、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)識符。基于0 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)程幀用于請求發(fā)送數(shù)據(jù)、錯誤幀用于標(biāo)識探測到的錯誤、超載幀