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汽車發(fā)動機(jī)工作原理是通過燃燒氣缸內(nèi)的燃料,產(chǎn)生動能,驅(qū)動發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)的運(yùn)動,由此帶動連在活塞上的連桿和與連桿相連的曲柄,圍繞曲軸中心作往復(fù)的圓周運(yùn)動,而輸出動力的。
發(fā)動機(jī)是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)兩大機(jī)構(gòu),以及冷卻、潤滑、點(diǎn)火、燃料供給、啟動系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。

圖1.1 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖
主要部件有氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作汽缸,汽缸內(nèi)表面為圓柱形。在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接,連桿的另一端則與曲軸相連,曲軸由氣缸體上的軸承支承,可在軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動,構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)?;钊谄變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動時(shí),連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)。反之,曲軸轉(zhuǎn)動時(shí),連桿軸頸在曲軸箱內(nèi)作圓周運(yùn)動,并通過連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)上下移動。曲軸每轉(zhuǎn)一周,活塞上、下各運(yùn)行一次,汽缸的容積在不斷的由小變大,再由大變小,如此循環(huán)不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進(jìn)氣門和排氣門。通過進(jìn)、排氣門的開閉實(shí)現(xiàn)向汽缸內(nèi)充氣和向汽缸外排氣。進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸驅(qū)動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅(qū)動。
汽車傳感器把汽車運(yùn)行中各種工況信息,如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等,轉(zhuǎn)化成電訊號輸給計(jì)算機(jī),以便發(fā)動機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。車用傳感器很多,判斷傳感器出現(xiàn)的故障時(shí),不應(yīng)只考慮傳感器本身,而應(yīng)考慮出現(xiàn)故障的整個(gè)電路。因此,在查找故障時(shí),除了檢查傳感器之外,還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關(guān)電路。

圖1.2 發(fā)動機(jī)氣缸活塞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)
學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)構(gòu)造,掌握發(fā)動機(jī)的一些基本術(shù)語是必要的。因此接下來將對常用的一些基本術(shù)語進(jìn)行總結(jié)。

圖1.4 發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)
- 上止點(diǎn):活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動時(shí),當(dāng)活塞向上運(yùn)動到最上面,這一位置稱為上止點(diǎn)。
- 下止點(diǎn):活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動時(shí),當(dāng)活塞向下運(yùn)動到最下面,這一位置稱為下止點(diǎn)。
- 活塞行程:活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動到另一止點(diǎn)的距離,即上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程。
- 燃燒室容積:活塞位于上止點(diǎn)時(shí),其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為燃燒室容積。
- 氣缸工作容積:活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過的容積,稱為氣缸工作容積。
- 氣缸總?cè)莘e:氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和。
- 發(fā)動機(jī)排量:多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和,稱為發(fā)動機(jī)排量。
- 壓縮比:氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。
對于汽油機(jī)來講,壓縮比越高,對燃油的要求越高。對柴油機(jī)來講壓縮比越高就意味著活塞和連桿承受更大的作用力,就需要增大零件的質(zhì)量,從而增大發(fā)動機(jī)的體積。所以發(fā)動機(jī)的壓縮比在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)選擇合適的數(shù)值。
(1)作用
汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油機(jī)、煤氣機(jī)中用電火花點(diǎn)燃混合氣的裝置。它的功用是按氣缸點(diǎn)火次序定時(shí)地向火花塞提供足夠能量的高壓電,使火花塞電極間產(chǎn)生火花,從而點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)被壓縮的可燃混合氣。
點(diǎn)火系統(tǒng)通常由電源、點(diǎn)火線圈、分電器(包括斷電器)和火花塞等組成。其中電源、斷電器和點(diǎn)火線圈的初級線圈構(gòu)成低壓電路部分;點(diǎn)火線圈的次級線圈、分電器和火花塞構(gòu)成高壓電路部分。

圖1.43 點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1
點(diǎn)火線圈由初、次級線圈和鐵芯組成。初級線圈的導(dǎo)線粗而匝數(shù)少,次級線圈導(dǎo)線細(xì)而匝數(shù)多,相當(dāng)于一個(gè)升壓變壓器。斷電器有機(jī)械式和晶體管式兩種,機(jī)械式的應(yīng)用較普遍。當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),凸輪軸驅(qū)動分電器中凸輪旋轉(zhuǎn),控制斷電器觸點(diǎn)啟閉。當(dāng)斷電器將低壓電路閉合時(shí),初級線圈中即產(chǎn)生低壓電流,在點(diǎn)火線圈內(nèi)形成磁場。當(dāng)電流達(dá)到一定值時(shí),斷電器將低壓電路斷開,磁通消失,在次級線圈中感應(yīng)出10~24千伏的電動勢,通過分電器依次傳到相應(yīng)氣缸的火花塞電極上,即產(chǎn)生電火花。當(dāng)觸點(diǎn)斷開時(shí),初級線圈會感應(yīng)出自感電動勢,使觸點(diǎn)間產(chǎn)生電弧而引起燒蝕,并減緩磁通消失速度,降低次級線圈感應(yīng)的電動勢。為了消除自感電動勢,與觸點(diǎn)并聯(lián)有一只0.15~0.30微法的電容器。
(2)工作原理
發(fā)動機(jī)工作時(shí), ECU 根據(jù)接收到的各傳感器信號,按存儲器中存儲的有關(guān)程序和數(shù)據(jù),確定出最佳點(diǎn)火提前角和通電時(shí)間(電子點(diǎn)火系統(tǒng)與機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)完全不同,它有一個(gè)點(diǎn)火用電子控制裝置,內(nèi)部有發(fā)動機(jī)在各種工況下所需的點(diǎn)火控制曲線圖(MAP圖)。通過一系列傳感器如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、進(jìn)氣管真空度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器等來判斷發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài),在MAP圖上找出發(fā)動機(jī)在此工作狀態(tài)下所需的點(diǎn)火提前角,按此要求進(jìn)行點(diǎn)火。然后根據(jù)爆震傳感器信號對上述點(diǎn)火要求進(jìn)行修正,使發(fā)動機(jī)工作在最佳點(diǎn)火時(shí)刻。),并以此向點(diǎn)火器發(fā)出指令。點(diǎn)火器根據(jù)指令,控制點(diǎn)火線圈初級電路的導(dǎo)通和截止。當(dāng)電路導(dǎo)通時(shí),有電流從點(diǎn)火線圈中的初級電路通過,點(diǎn)火線圈將點(diǎn)火能量以磁場的形式儲存起來。當(dāng)初級電路被切斷時(shí),次級線圈中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢,經(jīng)分電器或直接送至工作氣缸的火花塞。
?在電控點(diǎn)火系統(tǒng)中,用凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生 G 信號和曲軸位置傳感器產(chǎn)生的 Ne 信號作為主控制信號,以 G 信號為基準(zhǔn),按 1°曲軸轉(zhuǎn)角分頻,用既定的曲軸角度產(chǎn)生點(diǎn)火控制信號( IGT?信號)。
- G 信號:指活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)位置的判別信號,它是根據(jù)凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號。 發(fā)動機(jī)工作時(shí),ECU 根據(jù) G 信號可準(zhǔn)確地計(jì)算出曲軸每轉(zhuǎn) 1°所用的時(shí)間,并根據(jù)其他傳感器輸入信號, ECU 按其內(nèi)存的控制模型確定點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火線圈的通電時(shí)間。
- Ne 信號:指發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)角信號,它是根據(jù)曲軸位置傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號。在電控點(diǎn)火系統(tǒng)中, Ne 信號主要是用來計(jì)量點(diǎn)火提前角和通電時(shí)間。
- IGT信號:是 ECU 向點(diǎn)火器中功率晶體管發(fā)出的通斷控制信號。
- IGF信號:是完成點(diǎn)火后,點(diǎn)火器向 ECU 輸送的點(diǎn)火確認(rèn)號。

圖1.44 點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2
- 分電器是受曲軸傳動的循環(huán)開關(guān),它將高壓按次序供給各缸火花塞;
- 火花塞是高絕緣高溫陶瓷做成的高壓跳火裝置;
- 點(diǎn)火線圈是一個(gè)有鐵芯的自藕變壓器,他把脈沖電流升至為萬伏的高壓脈沖;
- 點(diǎn)火控制器是電子子開觸發(fā)電路,它將直流電流轉(zhuǎn)為電流脈沖。
(1)CAN總線簡介
- 是一種串行通信協(xié)議,能有效的支持具有很高安全等級的分布實(shí)時(shí)控制;
- 應(yīng)用范圍十分廣泛,從高速網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都可以使用CAN;
- 主要運(yùn)用于汽車電子航天等行業(yè),使用CAN連接發(fā)動機(jī)的控制單元等汽車部件;
- 具有可靠,實(shí)時(shí)以及靈活的特性。
(2)CAN工作原理
- 以廣播的形式發(fā)送報(bào)文.當(dāng)CAN總線上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要給其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息時(shí),會以廣播的形式發(fā)送給總線上所有的節(jié)點(diǎn),因?yàn)榭偩€上的節(jié)點(diǎn)不適用地址來進(jìn)行配置CAN系統(tǒng),而是根據(jù)報(bào)文的開頭的11位標(biāo)識符決定是否要接受其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的報(bào)文;
- 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的處理器和CAN總線接口控制器;
- 當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),自身節(jié)點(diǎn)的處理器需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識符傳給自身的總線控制接口,處于準(zhǔn)備狀態(tài);當(dāng)獲取到總線的使用權(quán)后,將數(shù)據(jù)和標(biāo)識符組裝成報(bào)文,將報(bào)文以一定格式發(fā)出,此時(shí)其他的節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài).至于其他節(jié)點(diǎn)是否接收,由其他節(jié)點(diǎn)決定,是都會對某些報(bào)文進(jìn)行過濾;
- 當(dāng)新增的節(jié)點(diǎn)僅僅是純粹的數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí),只需要該設(shè)備直接從總線上接收數(shù)據(jù)即可。
(3)總線工作的特點(diǎn)
- 特權(quán)階級:不論計(jì)算機(jī)還是真是社會中,都有特權(quán)階級的存在,CAN總線上的節(jié)點(diǎn)會被劃分為不同優(yōu)先級,為滿足的是不同的實(shí)時(shí)要求,采用的是非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制,當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí),優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)會主動的停止數(shù)據(jù)發(fā)送,優(yōu)先級高的就可以不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。仲裁(Arbitration) 只要總線空閑,任何節(jié)點(diǎn)都可以向總線發(fā)送報(bào)文。如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文,就會引起總線訪問碰撞。通過使用標(biāo)識符的逐位仲裁可以解決這個(gè)碰撞。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)發(fā)送時(shí),數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。在仲裁期間,每一個(gè)發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同,則這個(gè)單元可以繼續(xù)發(fā)送,如果發(fā)送的是“隱性”電平而監(jiān)視到的是“顯性”電平,那么這個(gè)單元就失去了仲裁,必須退出發(fā)送狀態(tài)。
- 報(bào)文(Message)總線上的數(shù)據(jù)以不同報(bào)文格式發(fā)送,但長度受到限制。當(dāng)總線空閑時(shí),任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送報(bào)文。
- 信息路由(Information Routing)在CAN中,節(jié)點(diǎn)不使用任何關(guān)于系統(tǒng)配置的報(bào)文,比如站地址,由接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),不用對應(yīng)用層以及任何節(jié)點(diǎn)的軟件和硬件作改變,可以直接在CAN中增加節(jié)點(diǎn)。
- 標(biāo)識符(Identifier) 要傳送的報(bào)文有特征標(biāo)識符(是數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的一個(gè)域),它給出的不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址,而是這個(gè)報(bào)文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送,所有節(jié)點(diǎn)都可以接收到。節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)識符判定是否接收這幀信息。
- 數(shù)據(jù)一致性應(yīng)確保報(bào)文在CAN里同時(shí)被所有節(jié)點(diǎn)接收或同時(shí)不接收,這是配合錯(cuò)誤處理和再同步功能實(shí)現(xiàn)的。
- 位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同,但在一個(gè)給定的系統(tǒng)里,位傳輸速率是唯一的,并且是固定的。
- 優(yōu)先權(quán) :由發(fā)送數(shù)據(jù)的報(bào)文中的標(biāo)識符決定報(bào)文占用總線的優(yōu)先權(quán)。標(biāo)識符越小,優(yōu)先權(quán)越高。
- 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀,需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)請求另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。回應(yīng)節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)幀與請求數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程幀由相同的標(biāo)識符命名。
- 總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個(gè)狀態(tài),“顯性”對應(yīng)邏輯“0”,“隱性”對應(yīng)邏輯“1”?!帮@性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)與為“顯性”狀態(tài),所以兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)分別發(fā)送“0”和“1”時(shí),總線上呈現(xiàn)“0”。CAN總線采用二進(jìn)制不歸零(NRZ)編碼方式,所以總線上不是“0”,就是“1”。但是CAN協(xié)議并沒有具體定義這兩種狀態(tài)的具體實(shí)現(xiàn)方式。
- 故障界定(Confinement) CAN節(jié)點(diǎn)能區(qū)分瞬時(shí)擾動引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點(diǎn)會被關(guān)閉。
- 應(yīng)答接收節(jié)點(diǎn)對正確接收的報(bào)文給出應(yīng)答,對不一致報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記。
- CAN通訊距離最大是10公里(設(shè)速率為5Kbps),或最大通信速率為1Mbps(設(shè)通信距離為40米)。
- CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。通信介質(zhì)可在雙絞線,同軸電纜,光纖中選擇。
- 報(bào)文是短幀結(jié)構(gòu),短的傳送時(shí)間使其受干擾概率低,CAN有很好的校驗(yàn)機(jī)制,這些都保證了。
CAN通信的可靠性:
- 具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);
- 采用雙線串行通信方式,檢錯(cuò)能力強(qiáng),可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;
- 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能,多個(gè)控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上,形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);
- 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;
- 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;
- 發(fā)送的信息遭到破壞后,可自動重發(fā);
- 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能;
- 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址,僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。
(4)總線協(xié)議層次結(jié)構(gòu)
① 物理層
- 在物理層中定義實(shí)際信號的傳輸方法,包括位的編碼和解碼、位的定時(shí)和同步等內(nèi)容,作用是定義不同節(jié)點(diǎn)之間根據(jù)電氣屬性如何進(jìn)行位的實(shí)際傳輸;
- 在物理連接上, CAN 總線結(jié)構(gòu)提供兩個(gè)引腳 –CANH 和 CANL ,總線通過 CANH 和 CANL 之間的差分電壓完成信號的位傳輸;在不同系統(tǒng)中, CAN 總線的位速率不同;在系統(tǒng)中, CAN 總線的位速率是唯一的,并且是固定的,這需要對總線中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置統(tǒng)一的參數(shù)。
② 傳輸層
- 傳輸層是 CAN 總線協(xié)議的核心。傳輸層負(fù)責(zé)把接收到的報(bào)文提供給對象層,以及接收來自對象層的報(bào)文。傳輸層負(fù)責(zé)位的定時(shí)及同步、報(bào)文分幀、仲裁、應(yīng)答、錯(cuò)誤檢測和標(biāo)定、故障界定。
③ 對象層
- 在對象層中可以為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務(wù),確定由實(shí)際要使用的傳輸層接收哪一個(gè)報(bào)文,并且為恢復(fù)管理和過載通知提供手段.
(1)LIN總線介紹
LIN總線是針對汽車分布式電子系統(tǒng)而定義的一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò),是對控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)等其它汽車多路網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充,適用于對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、性能或容錯(cuò)功能沒有過高要求的應(yīng)用。LIN總線是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式,采用單主控制器/多從設(shè)備的模式,是UART中的一種特殊情況。
(2)LIN總線工作原理
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。

圖2.1 LIN總線控制系統(tǒng)
(3)主控制單元
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。
(4)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)識符字節(jié),可以傳輸2、4、8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。標(biāo)識符用于確定主控單元是否會將數(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。
(5) 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,傳感器是信號輸入裝置,傳感器內(nèi)集成有一個(gè)電控裝置,它對測量值進(jìn)行分析,分析后的數(shù)值是作為數(shù)字信號通過LIN總線進(jìn)行傳輸?shù)?。有的傳感器或者是?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。LIN總控制單元安裝在LIN總線系統(tǒng)設(shè)備上。
(1)SENT與CAN和LIN的區(qū)別
SENT (Single Edge Nibble Transmission) 是由SAE推出的一種汽車傳感器與ECU通信的新標(biāo)準(zhǔn)(SAE J2716),協(xié)議簡單且具有很多優(yōu)勢,SENT接口是Analog input 的替代品。SENT不能替代CAN或是LIN,因?yàn)镾ENT是連續(xù)單向傳輸?shù)? CAN和LIN都需是雙向傳輸。

圖2.2 SENT 傳輸示意圖
(2)SENT總線的硬件連接
SENT總線常用于傳感器信號,其基本引腳連接如下:

圖2.3 SENT總線的硬件連接和邏輯電平
其高低信號的電平要求:0~0.5V為邏輯電平0,4.1~5V為邏輯電平1。
(3)SENT總線的協(xié)議
SENT總線協(xié)議的數(shù)據(jù)使用半個(gè)字節(jié)Nibble,即4bit來進(jìn)行編碼定義的,一個(gè)半字節(jié)Nibble是通過2個(gè)下降沿之間的時(shí)間差來定義的。如下是一個(gè)Nibble的電壓邏輯信號:

圖2.4 SENT總線協(xié)議
時(shí)間精度以1個(gè)節(jié)拍Tick來定義(一般1個(gè)Tick的時(shí)間是3~10us),每一個(gè)Nibble從一個(gè)下降沿開始,并且之后再邏輯0狀態(tài)至少維持4Ticks,之后下一個(gè)下降沿距離第一個(gè)下降沿的時(shí)間差作為Nibble值的編碼依據(jù)。需要注意的是,后一個(gè)下降沿距離第一個(gè)下降沿至少相隔12Ticks,至多27Ticks,且相隔Tick數(shù)減去12即為最終的Nibble值,如此Nibble值最小為0,最大為15(27Tick-12Tick),二進(jìn)制表示時(shí)即為4bit。
(1)簡介
FlexRay車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為同類產(chǎn)品的基準(zhǔn),將在未來很多年內(nèi),引導(dǎo)整個(gè)汽車電子產(chǎn)品控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。FlexRay是繼CAN 和LIN之后的最新研發(fā)成果,可以有效管理多重安全和舒適功能。
FlexRay是戴姆勒克萊斯勒公司的注冊商標(biāo)。FlexRay聯(lián)盟 (FlexRay Consortium)推進(jìn)了FlexRay的標(biāo)準(zhǔn)化,使之成為了新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。FlexRay關(guān)注的是當(dāng)今汽車行業(yè)的一些核心需求,包括更快的數(shù)據(jù)速率,更靈活的數(shù)據(jù)通信,更全面的拓?fù)溥x擇和容錯(cuò)運(yùn)算。
因此,F(xiàn)lexRay可以為下一代的車內(nèi)控制系統(tǒng)提供所需的速度和可靠性。CAN網(wǎng)絡(luò)最高性能極限為1Mbps。LIN和K-LINE分枝網(wǎng)絡(luò)最高性能極限為20Kbit/s。而FlexRay兩個(gè)信道上的數(shù)據(jù)速率最大可達(dá)到10Mbps,總數(shù)據(jù)速率可達(dá)到20Mbit/秒,因此,應(yīng)用在車載網(wǎng)絡(luò),F(xiàn)lexRay 的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能是CAN的20倍之多。
FlexRay還能夠提供很多CAN網(wǎng)絡(luò)所不具有的可靠性特點(diǎn)。尤其是FlexRay具備的冗余通信能力可實(shí)現(xiàn)通過硬件完全復(fù)制網(wǎng)絡(luò)配置,并進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)測。FlexRay同時(shí)提供靈活的配置,可支持各種拓?fù)?,如總線、星型和混合拓?fù)?。設(shè)計(jì)人員可以通過結(jié)合兩種或兩種以上的該類型拓?fù)鋪砼渲梅植际较到y(tǒng)。
另外,F(xiàn)lexRay可以進(jìn)行同步(實(shí)時(shí))和異步的數(shù)據(jù)傳輸,來滿足車輛中各種系統(tǒng)的需求。譬如說,分布式控制系統(tǒng)通常要求同步數(shù)據(jù)傳輸。
為了滿足不同的通信需求,F(xiàn)lexRay在每個(gè)通信周期內(nèi)都提供靜態(tài)和動態(tài)通信段。靜態(tài)通信段可以提供有界延遲,而動態(tài)通信段則有助于滿足在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的不同帶寬需求。FlexRay 幀的固定長度靜態(tài)段用固定時(shí)間觸發(fā)(fixed-time-trigger)的方法來傳輸信息,而動態(tài)段則使用靈活時(shí)間觸發(fā)的方法來傳輸信息。
FlexRay不僅可以像CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)這樣的單信道系統(tǒng)一般運(yùn)行,而且還可以作為一個(gè)雙信道系統(tǒng)運(yùn)行。雙信道系統(tǒng)可以通過冗余網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)——這也是高可靠系統(tǒng)的一項(xiàng)重要性能。
(2)FlexRay 節(jié)點(diǎn)運(yùn)算
每個(gè)FlexRay節(jié)點(diǎn)都包括一個(gè)控制器和一個(gè)驅(qū)動器部件??刂破鞑考ㄒ粋€(gè)主機(jī)處理器和一個(gè)通信控制器。驅(qū)動器部件通常包括總線驅(qū)動器和總線監(jiān)控器(可選擇)。總線驅(qū)動器將通信控制器與總線相連接,總線監(jiān)控器監(jiān)視接入總線的連接。主機(jī)通知總線監(jiān)控器通信控制器分配了那些時(shí)槽。接下來,總線監(jiān)控器只允許通信控制器在這些時(shí)槽中傳輸數(shù)據(jù),并激活總線驅(qū)動器。若總線監(jiān)控器發(fā)現(xiàn)時(shí)間時(shí)序有間隔,則斷開通信信道的連接。
(3)FlexRay 的應(yīng)用
FlexRay 面向的是眾多的車內(nèi)線控操作(X-by-Wire)。FlexRay 導(dǎo)線控制應(yīng)用的例子包括:
- 線控操作轉(zhuǎn)向-典型的是使用電子控制單元。
- 防抱死制動系統(tǒng)(ABS)-包括車輛穩(wěn)定控制(VSC)和車輛穩(wěn)定助手(VSA)。
(4)FlexRay的節(jié)點(diǎn)有幾個(gè)基本的運(yùn)行狀態(tài)
- 配置狀態(tài)(默認(rèn)配置/配置)-用于各種初始化設(shè)置,包括通信周期和數(shù)據(jù)速率。
- 就緒狀態(tài)-用于進(jìn)行內(nèi)部的通信設(shè)置。
- 喚醒狀態(tài)-用于喚醒沒有在通信的節(jié)點(diǎn)。在該狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)向另一節(jié)點(diǎn)發(fā)送喚醒信號,喚醒并激活總線驅(qū)動器、通信控制器、和總線監(jiān)控器。
- 啟動狀態(tài)-用于啟動時(shí)鐘同步,并為通信做準(zhǔn)備。
- 正常狀態(tài)(主動/被動)-可以進(jìn)行通信的狀態(tài)。
- 中斷狀態(tài)-表明通信中斷。
