基于ASE的汽車多路復(fù)用系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計

蔣芳 吳喜驪

摘要： ASE是美國汽車服務(wù)領(lǐng)域的一套職業(yè)技能認證體系，以其系統(tǒng)的職業(yè)分類、科學(xué)的認證標準和嚴謹?shù)目己诉^程，在汽車維修行業(yè)樹立了良好的聲譽和地位。文章系統(tǒng)研究了ASE關(guān)于汽車多路復(fù)用系統(tǒng)維修的知識要求和技能要求，并以此為依據(jù)，歸納汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的通信協(xié)議、總線網(wǎng)絡(luò)和診斷技術(shù)，設(shè)計汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容。通過研究，為我國汽車維修專業(yè)課程教學(xué)提供國際化的教育理念和先進經(jīng)驗。

Abstract： ASE is a professional skill certification system in the field of automotive services in the United States. With its systematic job classification， scientific certification standards and rigorous assessment process， ASE has established a high position and reputation in the automotive maintenance industry. This paper systematically studies the knowledge and skill requirements of ASE on the maintenance of automotive multiplexing system， summarizes the communication protocol， bus network and diagnosis technology of automotive multiplexing system， and designs the teaching content of automotive multiplexing system. Through research， it provides international educational ideas and advanced experience for the teaching of automotive maintenance courses in China.

關(guān)鍵詞： ASE;汽車維修;多路復(fù)用系統(tǒng);教學(xué)設(shè)計

Key words： ASE;automotive service;multiplexing system;teaching design

中圖分類號：F407.471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0254-03

1 ?美國ASE汽車維修職業(yè)認證

ASE是英文Automotive Service Excellence的縮寫，含義是“卓越汽車服務(wù)”。ASE創(chuàng)建于1972年，是美國汽車服務(wù)行業(yè)的一家非贏利性組織，使命是通過汽車服務(wù)技師考試和認證，提高美國汽車維修和服務(wù)的質(zhì)量，正確評價技師的知識和能力。

ASE將汽車服務(wù)分為12個職業(yè)，每個職業(yè)又分為多個認證項目。以汽車維修為例，細分為8個認證項目：A1-發(fā)動機維修;A2-自動變速器及其驅(qū)動橋維修;A3-手動傳動系統(tǒng)維修;A4-懸架和轉(zhuǎn)向維修;A5-制動系統(tǒng)維修;A6-電氣與電子系統(tǒng)維修;A7-空調(diào)系統(tǒng)維修;A8-發(fā)動機性能維修。每個認證項目都有各自的認證標準，并列出了非常具體的考核要求。

由于ASE認證的科學(xué)、嚴謹，在美國汽車服務(wù)行業(yè)獲得了良好的聲譽和地位。通過ASE認證的技師非常受雇主的歡迎;汽車車主愿意選擇通過ASE認證的技師維修汽車;ASE認證的技師允許佩帶藍白兩色的肩章，意為“優(yōu)秀藍印”，是專業(yè)技術(shù)的象征。本文借鑒ASE關(guān)于電氣與電子系統(tǒng)維修的認證標準，系統(tǒng)介紹了汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的考核要求，為我國汽車修理工職業(yè)技能鑒定提供參考，為汽車維修職業(yè)教育的教學(xué)設(shè)計提供借鑒。

2 ?ASE關(guān)于汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的認證要求

ASE關(guān)于汽車多路復(fù)用系統(tǒng)認證的知識要求包括：

①解釋多路復(fù)用系統(tǒng)的原理。②解釋多路復(fù)用通信協(xié)議的概念。③描述多路復(fù)用通信協(xié)議的類別。④解釋A類多路復(fù)用系統(tǒng)的工作原理。⑤解釋B類多路復(fù)用系統(tǒng)的工作原理。⑥描述控制器局域網(wǎng)（CAN）總線的工作原理。⑦描述其它輔助的數(shù)據(jù)總線的用途。⑧描述本地互聯(lián)網(wǎng)（LIN）總線原理。⑨描述利用光纖技術(shù)的媒體定向傳輸（MOST）總線原理。⑩描述利用藍牙技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理。

ASE關(guān)于汽車多路復(fù)用系統(tǒng)認證的技能要求包括：

①描述U-碼和B-碼的用途。

②診斷ISO9141-2總線故障，并進行維修。

③診斷ISO-K總線故障，并進行維修。

④診斷A類總線故障，并進行維修。

⑤診斷J1850總線故障，并進行維修。

⑥診斷控制器局域網(wǎng)總線故障，并進行維修。

3 ?汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的通信協(xié)議

協(xié)議是計算機用來在數(shù)據(jù)總線上進行通信的語言。不同的協(xié)議在波特率和傳送方法上各不相同。有些制造廠商使用了脈寬調(diào)制，而有些則使用了可變的脈寬。美國汽車工程師學(xué)會（SAE）根據(jù)通信速度（波特率）定義了不同種類的協(xié)議：A類，通用異步收發(fā)（UART）低速協(xié)議，波特率低于10Kb/s;B類，中速協(xié)議，波特率在10～125Kb/s之間;C類，高速協(xié)議，波特率在125～1000Kb/s之間。

3.1 ISO9141-2協(xié)議

ISO9141-2協(xié)議，波特率為10.4Kb/s，屬于B類系統(tǒng)，是用于車載計算機模塊和OBD-II故障診斷儀之間通訊的協(xié)議。該系統(tǒng)是一個雙線故障診斷總線，包括一根K線和一根L線。K線用于把數(shù)據(jù)從模塊傳輸?shù)焦收显\斷儀，L線用于把數(shù)據(jù)從故障診斷儀傳輸?shù)侥K。ISO-K總線是另外一種采用ISO9141-2協(xié)議的故障診斷總線，允許在單根接線上進行雙向通信。

3.2 ISO14230-4協(xié)議

ISO14230-4協(xié)議采用單根雙向數(shù)據(jù)傳輸線，在故障診斷儀和模塊之間進行通信。歐洲的汽車制造商多使用這種系統(tǒng)，用作故障診斷總線。通信系統(tǒng)要求有一個主模塊，收發(fā)信息的原理與UART系統(tǒng)相似，主模塊輪流詢問從模塊，然后等待響應(yīng)，進而控制消息的傳輸。無通信信號時，傳輸線上的電壓保持5V;通信時傳輸線上的電壓降低，形成具有固定脈寬的數(shù)據(jù)流。

3.3 J1850協(xié)議

J1850總線系統(tǒng)是OBD-II的B類標準，該總線有兩個不同的版本。第一個版本支持41.6Kb/s的傳輸速度，福特采用了該協(xié)議并稱之為SCP協(xié)議，使用雙絞線傳輸?shù)拿}寬調(diào)制（PWM）信號。第二個版本支持10.4Kb/s的傳輸速度，通用和克萊斯勒汽車公司應(yīng)用了這種協(xié)議，通用汽車稱之為二類系統(tǒng)，而克萊斯勒稱其為可編程通信接口（PCI），采用單線傳輸?shù)目勺兠}寬調(diào)制（VPWM）信號。

3.4 J2284協(xié)議

J2284總線協(xié)議屬于C類標準，又稱為控制器局域網(wǎng)（CAN）。CAN網(wǎng)絡(luò)能支持高達1Mb/s的傳輸速度，用于系統(tǒng)的實時控制。羅伯特·博世在20世紀80年代早期開發(fā)了CAN，目前在歐洲應(yīng)用十分廣泛。大部分汽車只把CAN總線用在模塊間的通信，與故障診斷儀的通信常采用ISO-K總線。美國SAE已經(jīng)要求把CAN C網(wǎng)絡(luò)作為故障診斷儀與PCM通信的協(xié)議。

4 ?汽車多路復(fù)用系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)

4.1 A類數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)

克萊斯勒沖突檢測（CCD），是典型的A類總線，具有接線少、驅(qū)動器少、傳感器載荷少、診斷功能強等特點。CCD系統(tǒng)利用雙絞線以數(shù)字形式傳輸數(shù)據(jù)，其中一根接線稱為總線（+），另一根稱為總線（-）。所有連接到CCD總線的模塊安裝有一塊專門的CCD芯片。通常車身控制模塊（BCM）是總線系統(tǒng)的主模塊，其它模塊是從模塊。主模塊負責(zé)給總線供電，在沒有數(shù)據(jù)傳輸時，總線（+）和總線（-）電路上的偏壓是2.50V。總線兩端各安裝一個120Ω的電阻器，稱為端接電阻，用于抑制感應(yīng)電壓。其中一個端接電阻在BCM內(nèi)部，而另一個位于動力系統(tǒng)控制模塊（PCM）內(nèi)部。

4.2 B類數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)

可編程通信接口（PCI）總線屬于B類數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)，是一種單線、雙向通信總線。PCI系統(tǒng)的模塊是并聯(lián)的，系統(tǒng)中的每個模塊為自己提供偏壓，并接有端接電阻。模塊向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，一個可變脈寬調(diào)制信號在0～7.75V之間切換，用來表示1和0比特位。典型的PCI總線信息包括數(shù)據(jù)頭（HEADER）、數(shù)據(jù)（DATA）字節(jié)、循環(huán)冗余碼校驗（CRC）字節(jié)、幀內(nèi)響應(yīng)（IFR）字節(jié)。

4.3 控制器局域網(wǎng)

根據(jù)傳輸速度不同，CAN總線系統(tǒng)分為CAN B和CAN C兩類。CAN B是中速系統(tǒng)，傳輸速度低于125Kb/s，用于座椅、車窗、收音機、儀表板等車身電器的控制。CAN C總線的速度高達500Kb/s，用于發(fā)動機管理、制動防抱死系統(tǒng)的實時控制。診斷用CAN C總線，專用于連接故障診斷儀。CAN總線電路由一對雙絞線組成，CAN（+）和CAN（-）。數(shù)據(jù)同時在兩條線上傳輸，傳輸?shù)男盘栂嗤?，但兩條線上的信號電壓正好相反。在所有CAN總線系統(tǒng)中，每個模塊都為自己提供偏壓，當某個模塊與總線開路，其它模塊組之間仍舊可以通信。高速CAN C總線只在點火開關(guān)打開時才工作，CAN B總線在點火開關(guān)關(guān)掉時仍保持激活狀態(tài)。在CAN B總線中，每個模塊都有自己的端接電阻。中控網(wǎng)關(guān)模塊（CGW）用于連接三個CAN總線網(wǎng)絡(luò)（CAN B， CAN C和診斷用CAN C）。與計算機網(wǎng)絡(luò)中的路由器相似，該模塊允許不同總線之間進行數(shù)據(jù)交換。CGW從一個總線讀取數(shù)據(jù)，然后把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其它總線。如果有幾個數(shù)據(jù)正在同時發(fā)送，這些數(shù)據(jù)會被存入一個緩沖區(qū)，并按優(yōu)先級依次發(fā)送。CGW也用于監(jiān)測CAN網(wǎng)絡(luò)是否有故障，當檢測到有故障時，儲存相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)故障碼（U碼）。CGW也是故障診斷儀連接到CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，二者之間通過診斷用CAN C總線連接。

4.4 其它輔助的數(shù)據(jù)總線

①本地互聯(lián)網(wǎng)總線。本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線是一種通用異步收發(fā)低速網(wǎng)絡(luò)，有一個主模塊、多個從模塊。LIN主模塊連接到CAN總線并控制數(shù)據(jù)的傳輸速率。主模塊在從模塊和CAN總線之間翻譯數(shù)據(jù)，對從模塊的診斷需通過主模塊進行。LIN總線的主模塊能支持多達15個從模塊，從模塊可以是控制模塊、傳感器或執(zhí)行器。

②媒體定向傳輸總線。媒體定向傳輸（MOST）總線是一個專為音頻和視頻數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。MOST總線通過光纖傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速度為25Mb/s。在MOST數(shù)據(jù)總線上的模塊利用LED、光電二極管和MOST收發(fā)器進行光信號通信，LED把來自MOST收發(fā)器的電壓信號轉(zhuǎn)換成光信號，送入光纜;光電二極管把光纜上的光信號變成電壓信號，然后送到MOST收發(fā)器。總線上的模塊通過光纖連成一個環(huán)型，數(shù)據(jù)只在一個方向發(fā)送，通常由主模塊開始，由主模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)被送到環(huán)中的下一個模塊，該模塊接受后繼續(xù)發(fā)送給下一個模塊，直到發(fā)送模塊接收到它自己的消息為止。

③無線網(wǎng)。無線網(wǎng)無須使用物理接線就能把模塊連接在一起傳輸信息。實現(xiàn)無線通信的技術(shù)有多種，藍牙技術(shù)最常見。藍牙技術(shù)利用一個標準化的無線傳輸協(xié)議將各個控制模塊相互連起來。在汽車上，筆記本電腦、移動電話都可以通過藍牙實現(xiàn)與外界的通訊。

5 ?汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的診斷技術(shù)

5.1 診斷基礎(chǔ)

總線系統(tǒng)故障包括電路的斷路、短路、高電阻和元件的失效。J1962 BOB是OBD-II的數(shù)據(jù)鏈路連接器（DLC）檢測工具，可用于任何具有OBD-II的汽車。BOB串聯(lián)在DLC和故障診斷儀之間，提供了DLC端子的所有測試點，用來檢測DLC電路的電壓和電阻。

分配給汽車通信網(wǎng)絡(luò)的診斷故障碼叫做U碼，與用于動力系統(tǒng)故障的P碼、車身系統(tǒng)故障的B碼遵循同一個SAE標準。前綴“U”表示故障是與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)。如果總線上的兩個模塊出現(xiàn)通訊故障，需要接受信號的模塊可能同時設(shè)置兩個故障碼，即一個U碼和一個B碼，U碼表示與第二個模塊的通信故障，B碼表示系統(tǒng)未能執(zhí)行某項功能。

在總線網(wǎng)絡(luò)中，模塊能檢測與一個或多個模塊的通信故障，有些模塊還能夠監(jiān)測總線電路上的電壓，當出現(xiàn)總線電壓過高、過低，總線短路或斷路等異常情況時，設(shè)置U碼，并顯示故障碼的狀態(tài)。

5.2 A類總線系統(tǒng)診斷

A類總線系統(tǒng)是一種低速總線，包含一個主模塊和若干個從模塊。主模塊給總線系統(tǒng)供偏壓。如果主模塊失效，則所有總線通信都會中斷。在CCD總線系統(tǒng)中，主模塊通常是BCM，總線由雙絞線CCD（+）和CCD（-）組成，并利用兩根接線之間的電壓差來傳輸數(shù)據(jù)。CCD總線故障會導(dǎo)致汽車電氣系統(tǒng)工作異常，利用故障診斷儀嘗試與汽車上所有的模塊進行通信，從而確定故障是總的總線失效還是部分總線失效。如果故障診斷儀能夠與汽車上的某個模塊進行通信，則把其作為部分總線失效進行診斷。如果任何模塊都不能與故障診斷儀進行通信，則按照總的總線失效進行診斷。如果初步測試表明是總的總線失效，可能的故障原因有：主模塊有故障;主模塊的電源或接地電路有故障;來自主模塊的總線電路斷路;總線電路對地短路;總線電路對電源短路;兩根總線接線短路。如果初步測試表明是部分總線失效，設(shè)法確定哪個模塊不能通信。如果存在多個模塊沒有通信，則查找汽車的接線圖，確定在受影響的模塊之間是否有公共的接點，例如，共有的連接器、共有的接線、共有的電源線、或者共有的接地。檢測這些公共的接點，核實其是否工作正常，并進行維修。

5.3 B類總線系統(tǒng)診斷

①ISO9141-2總線系統(tǒng)診斷。ISO9141-2是一種診斷用總線，它提供了在故障診斷儀和模塊之間的通信鏈路。診斷儀在K線上給模塊提供偏壓，同時模塊在L線上給診斷儀提供偏壓。如果該總線系統(tǒng)發(fā)生故障，則故障診斷儀和模塊間的通信會中斷。這種總線系統(tǒng)不用于汽車上模塊之間的通信，因此不會影響到汽車本身的運行。當故障診斷儀不能與PCM進行通信時，查閱維修手冊，確定汽車上的其他模塊是否也使用ISO9141-2總線進行診斷。如果在總線上有其他模塊，嘗試故障診斷儀與每個模塊進行連接，從而確定故障范圍。

②ISO-K總線系統(tǒng)診斷。ISO-K是一種診斷用總線，當采用ISO-K作為模塊和故障診斷儀之間通信連接時，DLC中的接線柱到每個模塊都有一根專用連接線。ISO-K只用于故障診斷儀與模塊之間的通信，不用于模塊間的通信。故障診斷儀為K線提供偏壓。故障診斷儀和模塊之間的通信出現(xiàn)故障時，將J1962 BOB連到DLC，不連接故障診斷儀，關(guān)閉點火開關(guān)，在K線上的電壓應(yīng)該為0V。如果此時電路上有電壓存在，則說明DLC和模塊之間、或者模塊的內(nèi)部有對電源短路現(xiàn)象。如果指示0V電壓，用歐姆表檢測K線是否有對地短路，若有，短路點可能位于DLC和模塊之間、或者模塊內(nèi)部的接線之中。連接故障診斷儀，點火開關(guān)關(guān)閉，使用示波器來觀察K線電壓，在示波器上應(yīng)看到12V電壓;把點火開關(guān)轉(zhuǎn)到運行檔，嘗試在故障診斷儀和模塊之間建立通信，示波器會隨著通信的建立而指示數(shù)字信號。

③J1850總線系統(tǒng)診斷?？巳R斯勒的可編程通信接口（PCI）是采用J1850協(xié)議的一種可變脈寬調(diào)制（VPWM）系統(tǒng)。進行PCI總線系統(tǒng)的故障診斷，應(yīng)首先確定該故障是總的總線失效，還是部分總線失效?？偟目偩€失效是指整個PCI總線都無法通信，通常表現(xiàn)為通信線路中有對電源短路或?qū)Φ囟搪番F(xiàn)象。部分總線失效是指PCI總線網(wǎng)絡(luò)中個別節(jié)點無法進行通信，表現(xiàn)為節(jié)點故障。

5.4 控制器局域網(wǎng)總線診斷

使用控制器局域網(wǎng)總線系統(tǒng)的汽車一般會有兩個或三個不同的CAN系統(tǒng)。進行CAN總線故障診斷的第一步是確定哪個總線網(wǎng)絡(luò)有故障。使用故障診斷儀訪問中控網(wǎng)關(guān)模塊CGW，如果故障診斷儀不能與中控網(wǎng)關(guān)模塊通信，說明診斷用CAN C電路有故障。在診斷CAN總線時，總線正常狀態(tài)如下：①在點火開關(guān)處于運行檔時，在CAN B（+）上的正常電壓讀數(shù)是在280～920mV之間。②在點火開關(guān)處于運行檔時，在CAN B（-）上的正常電壓讀數(shù)是在4.08～4.72V之間;③在點火開關(guān)斷開，總線睡眠時，在CAN B（+）上的正常電壓讀數(shù)為0V。④在點火開關(guān)斷開，總線睡眠時，在CAN B（-）上的正常電壓讀數(shù)為蓄電池電壓。

⑤在點火開關(guān)處于運行檔時，在CAN C（+）上的正常電壓讀數(shù)是大約2.60V。⑥在點火開關(guān)處于運行檔時，在CAN C（-）上的正常電壓讀數(shù)是大約2.40V。

CAN B的端接電阻是無法測量的，在蓄電池斷開時應(yīng)顯示為無窮大，否則表明有短路現(xiàn)象。CAN C總線的端接電阻是60Ω。診斷用CAN C總線的端接電阻是60Ω。

6 ?案例分析

一輛車存在間歇性不能起動故障，多次修理，但問題沒有解決。技術(shù)員嘗試復(fù)現(xiàn)故障，但此時發(fā)動機能起動并運行良好。技術(shù)員連接故障診斷儀并訪問PCM，讀取故障碼，無任何故障碼。在了解到該車裝備了CAN總線后，進入中控網(wǎng)關(guān)模塊，找到一個“與PCM通信中斷”的間歇性故障碼。根據(jù)故障間歇性出現(xiàn)的特點，檢查PCM上的連接器。發(fā)現(xiàn)CAN總線端子有明顯松動，進行維修后故障排除。間歇性不起動故障是由該車的安全系統(tǒng)不能與PCM進行通信所造成的，由于沒有得到安全系統(tǒng)的確認信號，PCM不讓發(fā)動機起動，屬于正常操作，因此不會設(shè)置任何故障碼。由于接頭連接松動時，其它模塊不能與PCM通信，所以記錄了“與PCM通信中斷”的間歇性故障碼。

7 ?結(jié)論

ASE以其系統(tǒng)的職業(yè)分類、科學(xué)的認證標準和嚴謹?shù)目己诉^程，在美國汽車維修行業(yè)樹立了崇高的地位和聲譽。通過研究ASE關(guān)于汽車多路復(fù)用系統(tǒng)維修的知識要求和技能要求，并以此為依據(jù)，歸納汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的通信協(xié)議、總線網(wǎng)絡(luò)和診斷技術(shù)，設(shè)計汽車多路復(fù)用系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容，對汽車維修專業(yè)的課程教學(xué)具有重大理論指導(dǎo)價值。

參考文獻：

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