淺談新型奧迪轎車中LIN—BUS總線技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：由于現(xiàn)代社會對汽車安全性、舒適性、排放標(biāo)準(zhǔn)等各方面性能的要求不斷提高，在汽車設(shè)計(jì)中大量應(yīng)用電子控制技術(shù)是滿足這些性能要求的最佳方案，為了滿足汽車內(nèi)部信息快速傳輸及信號共享的要求，有必要使用多路傳輸方式的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目前，除了博世公司開發(fā)的CAN-BUS總線協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已被全球汽車廠商普遍接受外，LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)作為輔助的低速總線系統(tǒng)也在大量的新型轎車上得到了應(yīng)用。德國奧迪公司熱衷于采用LIN-BUS數(shù)據(jù)總線，搭配CAN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)在其新車型上進(jìn)行應(yīng)用，文章對此進(jìn)行了簡單闡述。

關(guān)鍵詞：CAN；總線；協(xié)議；LIN；通信

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）12-0021-02

現(xiàn)代汽車隨著安全性、舒適性以及環(huán)保法規(guī)的要求越來越高，汽車上應(yīng)用的電子部件及相關(guān)設(shè)備的數(shù)量也越來越多，這就對汽車總線系統(tǒng)提出了更高的要求。目前CAN-BUS總線協(xié)議及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)因其優(yōu)良的性能已被全球汽車廠商普遍接受，與此同時LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)憑借其結(jié)構(gòu)簡單，在系統(tǒng)、設(shè)備靈活搭配應(yīng)用，成本低廉，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，也很快成為了現(xiàn)代汽車新型低速串行總線的標(biāo)準(zhǔn)。LIN-BUS數(shù)據(jù)總線搭配CAN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)在汽車上進(jìn)行應(yīng)用，其主要在面對對頻寬要求較低、功能簡單、實(shí)時性要求低的應(yīng)用范圍，如：車身電子組件控制等方面。車輛通過應(yīng)用LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，可有效的減少汽車上網(wǎng)絡(luò)線束的用量、降低成本、提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信號的傳輸效率及信號的穩(wěn)定性。其現(xiàn)已在大眾奧迪轎車中得到了普遍應(yīng)用。

LIN-BUS是（Local Interconnect Network）的英文縮寫，Local Interconnect（中文譯為局域互聯(lián)）其表示所有的控制單元都裝在一個有限的空間內(nèi)（如車門），所以大眾及奧迪公司也將它稱為“局域子系統(tǒng)”。LIN-BUS總線系統(tǒng)作為一種低端串行總線系統(tǒng)，大量應(yīng)用于汽車局域網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中。車上各個LIN-BUS總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是由主控單元通過CAN-BUS總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，LIN-BUS總線系統(tǒng)只是作為一種輔助總線的形式出現(xiàn)。在對于信號的傳輸速率要求低以及功能性較弱的場合，比如雨刮電機(jī)模塊J400與車載電網(wǎng)控制單元J519之間的數(shù)據(jù)通信，通過應(yīng)用LIN-BUS總線系統(tǒng)可以極大地降低成本，并可達(dá)到功能要求。

1 LIN-BUS總線系統(tǒng)的特點(diǎn)

①同類產(chǎn)品中，其傳輸速率相對較高。理論上其最高傳輸速率為20 kb/s，但在大眾及奧迪系列轎車中其最大傳輸速率為19.2 kb/s。

②可滿足ISO9141國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)只需使用少量的信號線。

③LIN-BUS總線系統(tǒng)為單線制傳輸形式，其只有一條信號傳輸線，信號傳輸線的主色為紫色加一種識別色，識別色在大眾奧迪系列轎車中多為白色。該線的線芯橫截面面積為0.35 mm2，無屏蔽層。

④采用國際上普遍使用的UART通用異步傳輸技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)用成本低，系統(tǒng)硬件要求低。

⑤從控制器硬件要求低，LIN-BUS總線系統(tǒng)信息傳輸時其信息同步不需陶瓷振蕩器及晶體振蕩器就能實(shí)現(xiàn)。

⑥LIN-BUS總線系統(tǒng)采用單主從控制模式，可為單個主控制單元對應(yīng)單個從控制單元形式或者單個主控制單元對應(yīng)多個從控制單元形式，信息傳輸時不需要總線仲裁機(jī)制。

⑦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，一個LIN-BUS總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量理論上為16個，在實(shí)際應(yīng)用時一般小于12個，過多節(jié)點(diǎn)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻抗過低，其標(biāo)識符共有64個。在需要添加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，不需要改變LIN-BUS總線系統(tǒng)從節(jié)點(diǎn)的軟/硬件部分，直接添加即可。

⑧借助于CAN舒適總線通過主控制單元進(jìn)行LIN總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，自診斷通過主控制單元的地址碼。

⑨信號傳輸?shù)陌踩愿?。LIN-BUS總線系統(tǒng)在進(jìn)行信號傳輸時，將信號分為顯性電壓部分和隱性電壓部分。顯性電壓部分和隱性電壓部分的收發(fā)時，設(shè)計(jì)人員為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，預(yù)先設(shè)定了公差值。另外，信號的工作電壓較高，這樣能夠保證在強(qiáng)電磁干擾（EMC）的環(huán)境下，仍能夠保證信號的接收。為了保證顯性電壓信號在LIN-BUS總線系統(tǒng)上的傳輸，信號發(fā)送一方控制單元（多為主控單元）內(nèi)的信號收發(fā)器將數(shù)據(jù)總線導(dǎo)線接地，所以其為接地信號。如果無信息發(fā)送到LIN-BUS總線系統(tǒng)上或者發(fā)送到LIN-BUS總線系統(tǒng)上的是一個隱性電壓信號，則信息在LIN-BUS總線系統(tǒng)導(dǎo)線上的傳輸?shù)碾妷壕褪切铍姵仉妷海礊?2 V高電壓）。但是，信息在LIN-BUS總線系統(tǒng)導(dǎo)線上的傳輸?shù)碾妷翰⒉皇遣灰粯拥?，這是因?yàn)榭刂茊卧獌?nèi)信號收發(fā)器的型號不同所致。

2 LIN-BUS總線系統(tǒng)的原理

LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)為單信號線雙向通信傳輸形式，其信號電壓工作范圍一般為0～18 V，顯性電壓部分接近于0 V，隱性電壓部分為蓄電池電壓，但為了保證LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)部件承受電壓為40 V。

LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的執(zhí)行元件均為智能化的電機(jī)部件或電子部件（模塊），此類模塊通過接收LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)主控制單元中的LIN數(shù)字信號來接受指令。于此同時LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的主控制單元通過其自身安裝的傳感器來檢測執(zhí)行元件的實(shí)際工作狀態(tài)，然后就可以將規(guī)定狀態(tài)和實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行對比了，主控制單元從而起到監(jiān)控的作用。

在LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)，單個的傳感器/執(zhí)行元件（如雨量光照強(qiáng)度傳感器傳感器及H8車內(nèi)防盜報警喇叭）或者模塊（如雨刮系統(tǒng)的雨刮電機(jī)模塊）均可以作為LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的從控制單元。傳感器內(nèi)集成有一個電子裝置，該裝置對測量值進(jìn)行分析。數(shù)值是作為數(shù)字信號通過LIN-BUS數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳遞的。

部分傳感器和執(zhí)行元件只有當(dāng)LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的主控制單元發(fā)送出標(biāo)題信號后，才執(zhí)行操作。傳感器和執(zhí)行元件一般只使用LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)主控制單元插口上的一個針腳。

在LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)，一個從控制單元可以給其它從控制單元發(fā)送數(shù)據(jù)信息，并且不受主控制單元的影響。從控制單元發(fā)送的數(shù)據(jù)信號一經(jīng)發(fā)送到總線上，任何從控制單元均可以接收。

LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)其通信協(xié)議及其相應(yīng)的軟硬件開發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN-BUS總線系統(tǒng)協(xié)會制定成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。制定LIN-BUS總線系統(tǒng)規(guī)范協(xié)議的目的是根據(jù)ISO/OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層實(shí)現(xiàn)任意兩個或多個LIN-BUS總線系統(tǒng)設(shè)備的互相兼容。通過將LIN-BUS總線系統(tǒng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，能夠使各汽車品牌制造商極大地降低研發(fā)及制造成本，并且可以推動LIN-BUS總線系統(tǒng)的技術(shù)更新速度。LIN-BUS總線系統(tǒng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)歷了若干個版本，如：LIN1.2、LIN1.3、LIN2.0。

3 LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)在新型奧迪轎車中的應(yīng)

用實(shí)例

如圖1所示，LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)采用主從控制器原理，圖中主控單元為LIN控制器空調(diào)操作顯示單元（Master），從控單元為LIN執(zhí)行器1（Slave）前風(fēng)窗加熱器及LIN執(zhí)行器2（Slave）新鮮空氣鼓風(fēng)機(jī)。圖中LIN控制器空調(diào)操作顯示單元（Master）根據(jù)空調(diào)面板開關(guān)輸入的空調(diào)風(fēng)速信號，發(fā)出相應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速指令（圖中為轉(zhuǎn)速值200 l/m），指令信號通過LIN數(shù)據(jù)總線傳遞給LIN執(zhí)行器2（Slave）新鮮空氣鼓風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)執(zhí)行指令將轉(zhuǎn)速提升至200 l/m。

3.1 LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中主控制器的作用

①控制總線和協(xié)議。

②控制哪些信息在哪個時間通過總線被發(fā)送。

③把LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和CAN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)連接起來，主控制單元在LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的LIN控制單元與CAN總線之間起\"翻譯\"作用，它作為LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中唯一與CAN-BUS數(shù)據(jù)總線相連的控制單元存在。

④承擔(dān)完整的故障處理及診斷。

⑤監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞的速率以及數(shù)據(jù)傳遞是否正常。

3.2 LIN-BUS數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中從控制器的作用

①接收或傳送與主控制器的查詢或指定有關(guān)的數(shù)據(jù)。

②LIN總線里的通訊只能借助主控制器來實(shí)現(xiàn)。

LIN總線技術(shù)成本低廉、性能穩(wěn)定，現(xiàn)已在國際市場上該領(lǐng)域占有了大部分市場份額。不僅奧迪轎車，奔馳、寶馬、大眾、豐田、通用、標(biāo)致等品牌均在自己的車型中大量應(yīng)用了LIN總線，今后，LIN總線的應(yīng)用必將更加輝煌。

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