奥迪a8新型数据总线1(ssp286)

2 8 6 Service. 2 8 6 新型数据总线系统 LIN, MOST, BluetoothTM 自学手册 286 只许内部使用 Alle Rechte sowie technische Änderungen vorbehalten Copyright* 2002 AUDI AG, Ingolstadt Abteilung I/VK-35 D-85045 Ingolstadt Fax 0841/89-36367 000.2811.06.00 Technischer Stand 05/02 Printed in Germany 人们要求的功能越来越多，对车的操纵舒适性要求也越来越高， 其结果就是车上采用的电子部件越来越多。 我们在1994年介绍第一代Audi A8车时知道：15个控制单元就可 控制该车的所有功能。而2003年型的Audi A8车使用的控制单元 数目就增长了四倍。 由于使用的电子部件越来越多，各个控制单元之间的数据 传递就要求采用新的传送通道。 因此九十年代中期在Audi车上引入了CAN数据总线这一重 要概念。 但是CAN数据总线系统有个缺点，在infotainment方面尤其 明显，那就是传输速率有限。 解决的办法只能是采用能满足各种需要的传输系统，服务及 诊断也会从中受益。 网络 化程 度 控制单 元数量 3 目录 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 LIN-总线 - 单线式数据总线 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 数据传递 . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 信息 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 自诊断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 MOST-总线 - 光纤数据总线 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 控制单元的布局. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 光波导体. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 光纤数据总线中的信号衰减. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 27 MOST总线的环形结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 MOST总线的系统状态 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 信息框架 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 MOST总线的功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 自诊断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 BluetoothTM - 无线式数据总线 引言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 功能. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 自诊断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 自诊断数据总线. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 重要! 说明! 新! 本自学手册是讲述结构和功能的。 自学手册不是维修手册。 给出的数据是为了好懂且仅对应于制作本自学手册时的软件 状态。 保养与维修请参见维修手册。 页次 4 引言 拓扑图 自适应式 巡航控制 自诊断接口 变速器 电子装置 发动机 电子装置 车顶电子装置 停车辅助 挡风玻璃 加热 空调系统 鼓风机 由于控制单元数量多且数据交换量大，就需要对 现有的网络传输技术进行革新。 在已有的CAN总线的基础上又增加了下述总线： – LIN-总线 (单线式总线) – MOST-总线(光纤总线) – 无线BluetoothTM-总线 滑动 车顶 ABS/ESP 5 导航系统 放大器 电视调谐器 卡片阅读器 数据总线诊断接口J533 (网关) 前部信息 控制单元 Telematik 电话听筒 驱动CAN 组合CAN 自适应巡航控制CAN 自诊断CAN 舒适CAN LIN-总线 MOST光纤总线 SSP286_001 BluetoothTM 6 LOCAL INTERCONNECT NETWORK 引言 LIN是Local Interconnect Network的缩写。 Local Interconnect（局域互联）示所有的 控制单元都装在一个有限的空间内（如车顶）， 所以它也被称为“局域子系统”。 车上各个LIN总线系统之间的数据交换是由控制 单元通过CAN数据总线实现的。 LIN总线系统是单线式总线，底色是紫色，有标志 色。该线的横截面面积为0.35mm2，无须屏蔽。 LIN-总线 该系统可让一个LIN主控制单元与最多16个LIN 从控制单元进行数据交换。 SSP286_014 第一个LIN主控制单元 （用于空调） 第一个LIN从控制单元 （用于挡风玻璃加热） 第三个LIN从控制单元 （用于右侧辅助加热器） 第四个LIN从控制单元 （用于右侧辅助加热器） 第二个LIN从控制单元 （新鲜空气鼓风机） 第二个LIN主控制单元 （用于前部车顶模块） ?-车顶模块 第一个LIN从控制单元 （用于太阳车顶电机） ?-空调 （局域互联网） 7 LIN-主控制单元 该控制单元连接在CAN数据总线上，它执行 LIN的主功能。 作用 – 监控数据传递和数据传递的的速率，发送 信息标题（见12页）。 – 该控制单元的软件内已经设定了一个周期， 这个周期用于决定何时将哪些信息发送到 LIN数据总线上多少次。 – 该控制单元在LIN数据总线系统的LIN控制单元 与CAN总线之间起"翻译"作用，它是LIN总线系 统中唯一与CAN数据总线相连的控制单元。 – 通过LIN主控制单元进行与之相连的LIN从控制 单元的自诊断。 SSP286_017 自诊断接口 数据总线自诊断接口 （网关） LIN主控制单元 LIN从控制单元2 LIN从控制单元1 CAN自诊断 8 M t° M t° LIN执行元件都是智能型的电子或机电部件，这些 部件通过LIN主控制单元的LIN数字信号接受任务。 LIN主控制单元通过集成的传感器来获知执行元件 的实际状态，然后就可以进行规定状态和实际状态 的对比了。 在LIN数据总线系统内，单个的控制单元（如 新鲜空气鼓风机的）或传感器及执行元件（如 水平传感器及防盗警报蜂鸣器）都可看作LIN 从控制单元。 传感器内集成有一个电子装置，该装置对测量 值进行分析。 数值是作为数字信号通过LIN总线传递的。 有些传感器和执行元件只使用LIN主控制单元 插口上的一个针脚。 LIN-总线 只有当LIN主控制单元发送出标题后，传感器 和执行元件才会作出反应。 LIN-从控制单元 传感器 执行元件 LIN-主控制单元 SSP286_070 LIN-从控制单元 9 2V/Div.= 0,5ms/Div. T 数据传递 数据传递速率为1-20 Kbit/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。 信号 隐性电平 如果无信息发送到LIN数据总线上或者发送到LIN 数据总线上的是一个隐性比特，那么数据总线导 线上的的电压就是蓄电池电压。 显性电平 为了将显性比特传到LIN数据总线上，发送控制 单元内的收发报机将数据总线导线接地。 由于控制单元内的收发报机有不同的型号， 所以表现出的显性电平是不一样的。 SSP286_061 最大 20 Kbit/s SSP286_071 隐性电平 显性电平 10 2V/Div.= 0,5ms T 2V/Div.= 0,5ms ms/Div. T ms/Div. 传递安全性 在隐性电平和显性电平的收发时，通过预先 设定公差值来保证数据传输的稳定性。 LIN-总线 为了能在有干扰辐射的情况下仍能收到有效 的信号，接收的允许电压值要稍高一些。 SSP286_016 U蓄电池 U隐性最低 U显性最低 31号接线柱 80 % 20 % SSP286_022 60 % 40 % Spannungsbereich Empfangen 发送的电压范围 U蓄电池 U隐性最低 U显性最低 31号接线柱 11 2V/Div.= 0,5ms/Div. T 带有主控制单元命令的信息 LIN主控制单元通过标题内的标志符来要求LIN从 控制单元使用包含在回应内的数据。 该回应由LIN主控制单元来发送。 信息 信息标题(见12页) 发送器:LIN主控制单元 信息内容(见13页) 发送器:LIN主控制单元或LIN从控制单元 SSP286_072 带有从控制单元回应的信息 LIN主控制单元要求LIN从控制单元发送的 信息标题内包含这样一些信息，如开关状 态或测量值。 该回应由LIN从控制单元来发送。 12 T 0,2ms/Div.2V/Div.= 同步区（“synch field")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。 （同步） 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，那么接受到的信息中的 某一数位值就会发生错误，该错误会导致数 据传递错误。 识别区的长度为8位（二进制的），头6位是 是回应信息识别码和数据区（见14页）的个 数。 回应数据区的个数在0-8之间。 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。 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： – 同步暂停区 – 同步分界区 – 同步区 – 识别区 同步暂停区 („synch break“) 的长度为 至少为13位（二进制的），它以显电平 发送。 这13位的长度是必须的，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。 其它的信息是以最长为9位（二进制的） 显位来一个接一个传递的。 焍 同步分界区 („synch delimiter° )至少 为一位（二进制的）长，且为隐性。 LIN-总线 信息标题 SSP286_073 同步暂停区 同步区 同步分界区 识别区 后两位是校验位，用于检查数据传递是否有 13 信息内容（回应） 对于带有从控制单元回应的信息，LIN从控制单元 会根据识别码给这个回应提供信息。 示例： LIN主控制单元 空调控制和显示单元 查询鼓风机转速 新鲜空气鼓风机 告知实际转速 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。 LIN主控制单元 空调控制和显示单元 LIN从控制单元2： 新鲜空气鼓风机 将转速提高到 200rpm LIN从控制单元1： 挡风玻璃加热 LIN从控制单元1： 挡风玻璃加热 SSP286_062 SSP286_026 转速?= 150rpm 转速 = 200rpm 设定鼓风机转速 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。 示例： LIN从控制单元2： 14 2V/Div.= 2ms/Div. T 2V/Div.= T 0,5ms/Div. 为了减少LIN主控制单元部件的种类，主控制单元 将全装备车控制单元的信息标题发送到LIN总线上。 如果没有安装专用设备控制单元，那么在示波器 但这并不影响系统的功能。 这个回应有1-8个数据区构成，每个数据区是 10个二进制位，其中一位是显性起始位，一个 是包含信息的字节，和一个隐性停止位。 起始位和停止位是用于再同步从而避免传递错 误的。 LIN-总线 信息的顺序 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。 环境条件示例: – 点火开关接通/关闭 – 自诊断已激活/未激活 – 停车灯接通/关闭 回应 隐性 主信息 显性 无回应的信息标题 从信息 (可从不同的显性电平识别出） SSP286_074 SSP286_075 屏幕会出现没有回应的信息标题。 15 这样就不会通过LIN总线而打开车门了。 这种布置就使得在车外安装LIN从控制单元（如 在前保险杠内的车库门开启控制单元）成为可能。 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。 由于LIN主控制单元对所有信息进行全面监控， 所以无法对车外的LIN导线进行控制。 LIN从控制单元只能回应。 SSP286_065 车门锁 车门控制单元 未明白笔记本电脑数据 控制 笔记本电脑 车库门开启控制单元 防盗系统 供电控制单元2 16 LIN-总线 自诊断 对LIN数据总线系统进行自诊断需使用LIN主 控制单元的地址码。 自诊断数据经LIN总线由LIN从控制单元传至 LIN主控制单元。 在LIN从控制单元上可以完成所有的自诊断 功能。 故障位置 故障内容 故障原因 LIN-从控制单元妕, 例如鼓风机调节器 无信号/ 无法通讯 在LIN主控制单元内已规定好的时间间隔 内LIN从控制单元数据传递有故障。 - 导线断路或 短路 - LIN从控制单元 供电有故障 - LIN从控制单元或LIN主控制单元 型号错误 - LIN从控制单元损坏 LIN-从控制单元妕, 例如鼓风机调节器 不可靠信号 校验出错。 传递的信息不完整 - LIN导线受到 电磁干扰。 - LIN导线的电容和电阻 值改变了。 (例如插头壳体潮湿 或脏污)。 - 软件故障 (备件型号错误) 17 Media Oriented Systems Transport R 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数据总线是不同 的。 在AUDI车上，该技术用于Infotainment系统的数 据传递。 Infotainment系统能提供很多信息及娱乐多媒体 服务（informations- and Entertainment)。 （见下图） 引言 在AUDI A8'03车上,除了大家已经很熟悉的 CAN总线系统外,还首次使用了光纤数据总线 系统。 这种数据总线系统就称为MOST总线（MOST是 Media Oriented Systems Transport的缩写。 许多汽车制造厂、零部件供应商及软件开发商 共同结成了这样一个联合体，以利于采取这样 一种统一的快速数据传递系统 SSP286_008 DVD - 视频 TV-接收 袖珍CD/CD-音频 Internet E-Mail 电话 Telematik DAB - 数字收音机 MOST-总线 CD-/DVD-导航 中央显示和 操纵 18 MOST-总线 多媒体的传输速率 导航系统 电话(GSM) 视频 (MPEG) 还原的视频 (MPEG) 音频源1（立体声） 例如通过右后耳机 音频源2（立体声） 例如通过左后耳机 音频源3（环绕立体声） 例如通过数字音响系统 未使用 2,2 Mbit/s 4,4 Mbit/s 1,54 Mbit/s1,54 Mbit/s 0,43 Mbit/s 5,94 Mbit/s SSP286_010 4,4 Mbit/s 1,54 Mbit/s 这种光纤数据传输对于实现Infotainment系统 的所有功能具有重要意义，因为以前所使用的 CAN数据总线系统的传输速度是不够快的，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率达数Mbit/s。 仅仅是带有立体声的数字式电视信号，就需要约 6 Mbit/s的传输速度。 MOST总线的传输速率可达21.2 Mbit/s 。 19 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。 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。 以前的视频和音频信号都只能作为模拟信号 传送的，这就使得线束的用量很大。 CAN总线系统的最大传输速率为1 Mbit/s，因 此CAN总线只能用来传递控制信号。 SSP286_002 TV-调谐器 TV-调谐器 音响系统 显示屏 操纵单元 SSP286_003 声音 CAN 视频 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。 这些特点就决定了其传输速率很高且抗干扰性也 很强。 20 – 内部供电装置 由电气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。 MOST总线控制单元部件 – 光导纤维-光导插头 光信号通过该开关进入控制单元，或产生的 光信号通过该开关传往下一个总线用户。 – 电气插头 该插头用于供电、环断裂自诊断以及输入/ 输出信号。 MOST-总线 微控制器 MOST-收发机 光电二极管发光二极管 收发单元-光导发射器(FOT) 光导纤维 光导插头 内部供电装置 电气插头 专用部件 SSP286_011 自诊断 控制单元的结构 21 – 标准微控制器(CPU) 标准微控制器(CPU)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。 – 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。 – 收发单元-光导发射器(FOT) 该装置由一个光电二极管和一个发光二极管 构成。 到达的光信号由光电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。 产生出的光波波长为650 nm ，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。 – MOST-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）。 其它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 发至下一个控制单元。 400 nm 650 nm SSP286_004 紫外线 红外线 SSP286_063 22 0 V 光电二极管反向与一个电阻串联。 如果由于照射光强度增大，流过光电二极管的电流 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。 R 0 A 0 V 0 A 0 V R 光电二极管 它的作用是将光波转换成电压信号。 结构 光电二极管内有一个P-N结，光可以照射到 这个P-N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。 作用 如果光或红外线辐射照到P-N结上，就会产生 自由电子和空穴，从而形成一个穿越P-N结的 电流。 也就是说：作用到光电二极管上的光越强，流 过光电二极管的电流就越大。 这个过程称为光电效应。 MOST-总线 射入的光弱 SSP286_005 SSP286_048 SSP286_006 P型层 滑环 (正极) 光辐射 金属片 （负极） 电子 射入的光强 N型层 绝缘层 （P-N结） 23 K 光导纤维 (LWL) 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。 在开发光导纤维时需考虑下述内容： – 光波是直线传播的，且不可弯曲，但 光波在光导纤维内必须以弯曲的形式 传播。 – 发射器与接收器之间的距离可以达到 数米远- – 机械应力作用如振动、安装等不应损 坏光导纤维。 – 在车内温度剧烈变化时应能保证光导纤 维的功能。 因此为了传送光信号，光导纤维应该具有 下述特点： – 光波在光导纤维中传送时的衰减应小。 – 光波应能通过弯曲的光导纤维来传送。 – 光导纤维应是柔性的。 – 在-40℃--85℃的温度范围内，光导纤维 应能保证功能。 接收器 发射器 例如放大器 收发器 例如Telematik-控制单元 发射器 接收器 SSP286_020 衰减（见27页）。 24 光导纤维的结构 光导纤维由几层构成。 纤芯是光导纤维的核心部分，它是用有机玻 璃制成的，是光导线。纤芯内的光根据全反 射原理几乎无损失地传导，下面还要详细介 绍全反射。 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。 黑色包层是由尼龙制成，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。 MOST-总线 SSP286_030 SSP286_031 彩色包层 黑色包层 反射涂层 纤芯 ø 0,98 ø 1,0 ø 1,5 ø 2,3 25 光波在光导纤维中的传送 直的光导纤维 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。 弯的光波导线 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。 全反射 当一束光以小角度照射到折射率高的 一束光auf eine Grenzschicht zwischen ein 材料与折射率低的材料之间的界面 opt 时，那么光束就会被完全反射，这 就叫做全反射。 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 Ã么光波就会离开纤芯，从而造成较 â ¨ 大损失。 当光导纤维弯曲或弯折过度时就会 出现这种情况。 光导纤维的曲率半径不可小于 25 mm。 SSP286_032 SSP286_034 SSP286_033 全反射 半径 > 25 mm 半径 < 25 mm 26 MOST-总线 SSP286_035 插塞连接 光导纤维 光纤接触面 信号方向箭头 插头壳体 SSP286_081 端套 锁块 插头 为了能将光导纤维连接到控制单元上，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。 光通过纤芯的端面传送至控制单元的发射器/接 收器。 在生产光导纤维时，为了将光导纤维固定在插头壳 体内，使用了激光焊接的塑料端套或黄铜端套。 光纤端面 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 因此使用了一种专用的切削工具。 切削面上的污垢和刮痕会加大传送损失（衰减）。