汽車LIN總線控制系統(tǒng)故障診斷探究

摘要：現(xiàn)代汽車正在研究以最低成本滿足汽車內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫€(gè)性化要求，除了在汽車上采用CAN總線以及光學(xué)總線外，還引入了子總線系統(tǒng)。文章通過對(duì)CAN總線的原理、特點(diǎn)、組成、功用、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆治?，闡述了如何正確地排除LIN總線故障。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代汽車；LIN總線技術(shù)；控制單元；數(shù)據(jù)傳輸；故障診斷 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U463 文章編號(hào)：1009-2374（2016）08-0072-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.038

LIN總線所控制的控制單元一般都分布在距離較近的空間，目前在汽車上的應(yīng)用領(lǐng)域主要有防盜系統(tǒng)、自適應(yīng)大燈、疝氣前照燈、駕駛員側(cè)開關(guān)組件、外后視鏡、中控門鎖、電動(dòng)車窗、空調(diào)系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)、加熱器控制等。對(duì)于汽車LIN總線控制系統(tǒng)的維修，應(yīng)根據(jù)LIN總線控制系統(tǒng)的控制單元及數(shù)據(jù)傳輸?shù)确治鰜砼懦收稀?/p>

1 LIN總線的特點(diǎn)及傳輸原理

LIN總線所控制的控制單元一般都分布在距離較近的空間，傳輸數(shù)據(jù)是單線，數(shù)據(jù)線最長(zhǎng)可以達(dá)到40m。在主節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置1kΩ電阻端接12V供電，從節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置30kΩ電阻端接12V供電。各節(jié)點(diǎn)通過電池正極端接電阻向總線供電，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過內(nèi)部發(fā)送器拉低總線電壓。

2 LIN總線系統(tǒng)的控制單元

LIN總線系統(tǒng)主要由LIN主控制單元、LIN從屬控制單元、單根導(dǎo)線三部分組成。

2.1 LIN主控制單元

2.1.1 LIN主控制單元的功能。LIN主控制單元連接在CAN數(shù)據(jù)總線上，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸過程和數(shù)據(jù)傳輸速率，發(fā)送信息標(biāo)題，決定何時(shí)將哪些信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上多少次，在LIN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的LIN控制單元與CAN總線直接起“翻譯”作用，能夠進(jìn)行LIN主控制單元及與之相連的LIN從屬控制單元的自診斷。

2.1.2 LIN主控制單元的信息結(jié)構(gòu)。LIN主控制單元控制總線導(dǎo)線上的每條信息的開始處都通過LIN總線主控單元發(fā)送一個(gè)信息標(biāo)題，它由一個(gè)同步相位構(gòu)成，后面部分是標(biāo)識(shí)符字節(jié)，可以傳輸2、4、8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。標(biāo)識(shí)符用于確定主控單元是否會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給從屬控制單元。信息段包含發(fā)送到從屬控制單元的信息。校驗(yàn)區(qū)可為數(shù)據(jù)傳輸提供良好的安全性。校驗(yàn)區(qū)由主控制單元通過數(shù)據(jù)字節(jié)構(gòu)成，位于信息結(jié)束部分。LIN總線主控制單元以循環(huán)形式傳輸當(dāng)前信息。

2.2 LIN從屬控制單元

在LIN數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)，LIN從屬控制單元的通信受到LIN主控制單元的完全控制，只有在LIN主控制單元發(fā)出命令的情況下，LIN從屬控制單元才能通過LIN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

單個(gè)的控制單元、傳感器、執(zhí)元件都相當(dāng)于LIN從屬控制單元，傳感器是信號(hào)輸入裝置，傳感器內(nèi)集成有一個(gè)電控裝置，它對(duì)測(cè)量值進(jìn)行分析，分析后的數(shù)值是作為數(shù)字信號(hào)通過LIN總線進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｓ械膫鞲衅骰蛘呤菆?zhí)行元件只是用LIN主控制單元插口上的一個(gè)針腳，就可以實(shí)現(xiàn)信息傳輸，也就是單線傳輸。

LIN執(zhí)行元件都是智能型的電子或機(jī)電部件，它們通過LIN主控制單元的LIN數(shù)字信號(hào)接收任務(wù)。LIN主控制單元通過集成的傳感器來獲取執(zhí)行元件的實(shí)際的工作狀態(tài)，然后就把規(guī)定狀態(tài)和實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。LIN主控制單元發(fā)出控制指令后之后，傳感器和執(zhí)行元件才能夠做出反應(yīng)。

LIN從屬控制單元等待主控制單元的指令，根據(jù)需要與主控制單元進(jìn)行通信。如果要結(jié)束休眠模式，LIN從屬控制單元可自行發(fā)送喚醒信號(hào)。LIN總控制單元安裝在LIN總線系統(tǒng)設(shè)備上。

3 LIN總線的數(shù)據(jù)傳輸

LIN數(shù)據(jù)傳輸主要考慮傳輸?shù)乃俾?、信?hào)電平、傳輸?shù)陌踩?、信息的波形、信息的?biāo)題、信息的內(nèi)容、信息的速率及防盜功能。

3.1 傳輸速率

LIN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率為1～20kb/s。

3.2 信號(hào)電平

若無信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上或發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上的是一個(gè)隱性電平，則數(shù)據(jù)總線導(dǎo)線上的電壓就是電平電壓。想要將顯性電平傳到LIN數(shù)據(jù)總線上，需將發(fā)送控制單元內(nèi)的收發(fā)報(bào)機(jī)數(shù)據(jù)總線接地。

3.3 傳輸安全性

LIN總線在傳遞隱性電平和顯性電平時(shí)，通過預(yù)先設(shè)定公差值來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。如在干擾輻射的情況下仍能收到有效的信號(hào)，那么實(shí)際接收的允許電壓要再稍高一些。

3.4 信息波形

信息波形包括帶有從屬控制單元回應(yīng)的信息和帶有主控制單元命令的信息。

3.4.1 帶有從屬控制單元回應(yīng)的信息。LIN主控制單元要求LIN從屬控制單元發(fā)送的信息標(biāo)題內(nèi)含有如開關(guān)狀態(tài)或測(cè)量值的信息回應(yīng)，該回應(yīng)由LIN從屬控制單元來發(fā)送。

3.4.2 帶有主控制單元命令的信息。LIN主控制單元通過信息標(biāo)題內(nèi)的標(biāo)志符來要求LIN從屬控制單元發(fā)送帶有回應(yīng)內(nèi)容的數(shù)據(jù)，該回應(yīng)由LIN主控制單元來發(fā)送。

3.5 信息標(biāo)題

信息標(biāo)題由LIN主控制單元按周期發(fā)送。信息標(biāo)題分為同步暫停區(qū)、同步分界區(qū)、同步區(qū)和識(shí)別區(qū)四個(gè)

部分。

3.5.1 同步暫停區(qū)。同步暫停區(qū)的長(zhǎng)度至少是13位，它是以顯性電平發(fā)送。

3.5.2 同步分界區(qū)。同步分界區(qū)至少是一位長(zhǎng)，并且是隱性電平。

3.5.3 同步區(qū)。同步區(qū)由0101010101二進(jìn)制位序構(gòu)成，所有的LIN從屬控制單元通過這個(gè)位序來與LIN主控制單元進(jìn)行信息匹配。

3.5.4 識(shí)別區(qū)。識(shí)別區(qū)長(zhǎng)度是8位，前面六位是回應(yīng)信息識(shí)別碼和數(shù)據(jù)區(qū)的個(gè)數(shù)，回應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)的個(gè)數(shù)在0～8之間，后面兩位是校驗(yàn)位，用以檢查數(shù)據(jù)傳輸是否有錯(cuò)。

3.6 信息內(nèi)容

帶有主控制單元的查詢信息，LIN從屬控制單元會(huì)根據(jù)識(shí)別碼給這個(gè)查詢指令提供相應(yīng)的回應(yīng)信息，主控制單元帶有動(dòng)作指令的信息，LIN從屬控制單元會(huì)提供回應(yīng)，根據(jù)識(shí)別碼的情況，相應(yīng)的LIN從屬控制單元會(huì)運(yùn)用這些數(shù)據(jù)去執(zhí)行各種功能，執(zhí)行主控制單元的指令。這個(gè)指令由1～8個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成，每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)是10個(gè)二進(jìn)制位，其中有一位是顯性的起始位，包含有信息的字節(jié)，另一個(gè)是隱性停止位。起始位和停止位是用于再同步，這樣能夠有效地避免傳輸錯(cuò)誤。

3.7 信息的順序

LIN主控制單元的軟件內(nèi)預(yù)先設(shè)定了一個(gè)順序，LIN主控制單元按這個(gè)順序?qū)⑿畔?biāo)題發(fā)送到LIN總線上。LIN主控制單元在特定的條件下可能會(huì)改變信息的順序。常用的信息會(huì)多次傳輸，設(shè)計(jì)的過程中要盡可能減少LIN主控制單元部件的種類，主控制單元將給全車的所有從控制單元的信息標(biāo)題發(fā)送到LIN總線上。如果車上沒有安裝可以接收某一信息標(biāo)題的控制單元的信息，那么在示波器屏幕會(huì)出現(xiàn)沒有回應(yīng)的信息標(biāo)題，這是因?yàn)闆]有安裝造成的，而不是故障，這并不影響系統(tǒng)的功能。

3.8 防盜功能

LIN總線還具有一定的防盜功能。只有當(dāng)LIN主控制單元發(fā)送出帶有相應(yīng)識(shí)別碼的信息標(biāo)題后，數(shù)據(jù)才會(huì)傳至LIN總線上。由于LIN主控制單元對(duì)所有信息進(jìn)行全面監(jiān)控，所以無法在車外使用從屬控制單元通過LIN導(dǎo)線對(duì)LIN總線實(shí)施控制，因而LIN總線具有一定的防盜功能。

4 LIN總線的故障診斷

LIN總線系統(tǒng)的故障診斷與傳統(tǒng)的故障診斷有很大的區(qū)別，線路表面是否有明顯的斷路可以通過人工診斷，主要通過自診斷及專用的檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，最終通過人工經(jīng)驗(yàn)和自診斷結(jié)果來排除故障。

4.1 利用故障檢測(cè)儀VAS5051進(jìn)行故障診斷

當(dāng)LIN總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以利用故障檢測(cè)儀VAS5051對(duì)LIN總線進(jìn)行故障診斷。在LIN從屬控制單元上可以完成所有的自診斷功能。

4.2 LIN總線的故障分析

對(duì)于電路故障主要有兩大方面：短路和斷路。

4.2.1 LIN總線短路故障。無論是LIN總線對(duì)電源正極短路，還是對(duì)電源負(fù)極短路，LIN總線都會(huì)關(guān)閉，無法正常工作。

4.2.2 LIN總線斷路故障。LIN總線發(fā)生斷路故障時(shí)，其功能喪失情況視發(fā)生斷路故障的具體位置而定。當(dāng)LIN總線位置在總線路上斷路時(shí)，其下游所有從屬控制單元均不能正常工作；當(dāng)LIN總線在位置分支線路處斷路時(shí)，該分支電路的從屬控制單元將不能正常工作。根據(jù)LIN總線發(fā)生故障時(shí)其功能的喪失情況，結(jié)合LIN總線控制關(guān)系并參閱電路圖，就可以判斷出發(fā)生斷路故障的大致位置。

4.3 故障實(shí)例分析

鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)器的LIN從屬控制單元無信號(hào)或出現(xiàn)不可靠信號(hào)。

4.3.1 鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)器的LIN從屬控制單元無信號(hào)可能的故障原因及處理辦法。（1）導(dǎo)線斷路或者短路、換線或重新連接；（2）LIN從屬控制單元供電有故障，保證供電電源及傳輸正常；（3）LIN從屬控制單元或LIN主控制單元型號(hào)錯(cuò)誤，換成正確型號(hào)；（4）LIN從屬控制單元損壞、更換。

4.3.2 鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)器的LIN從屬控制單元出現(xiàn)不可靠信號(hào)的原因及處理辦法。（1）LIN導(dǎo)線受到電磁干擾，把干擾排除；（2）LIN導(dǎo)線電容和電阻值改變了，可能是因?yàn)椴孱^殼體潮濕或者臟污，需要清理臟污嚴(yán)重的更換；（3）軟件故障，型號(hào)匹配錯(cuò)誤的直接更換。

5 結(jié)語

文章通過對(duì)LIN總線特點(diǎn)、組成及輸入傳輸?shù)姆治?，提出了LIN總線的故障診斷排除的工具及方法，使我們能夠解決越來越多的帶有LIN總線技術(shù)的總線故障。

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作者簡(jiǎn)介：李俊玲（1976-），女，吉林榆樹人，沈陽汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程系副教授，研究生，研究方向：交通運(yùn)輸、電機(jī)與電器。

（責(zé)任編輯：王 波）