2.2.2 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)線最長可以達到40m。在主節(jié)點內(nèi)配置1kΩ電阻端接12V供電,從節(jié)點內(nèi)配置30kΩ電阻端接12V供電。各節(jié)點通過電池正極端接電阻向總線供電,每個節(jié)點都可以通過內(nèi)部發(fā)送器拉低總線電壓。

圖2.1 LIN總線控制系統(tǒng)

2.2.1 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,是對控制器區(qū)域網(wǎng)絡(CAN)等其它汽車多路網(wǎng)絡的一種補充,適用于對網(wǎng)絡的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的應用。LIN總線是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式,采用單主控制器/多從設備的模式,是UART中的一種特殊情況。

2.1.4 總線協(xié)議層次結(jié)構

(1)物理層
  • 在物理層中定義實際信號的傳輸方法,包括位的編碼和解碼、位的定時和同步等內(nèi)容,作用是定義不同節(jié)點之間根據(jù)電氣屬性如何進行位的實際傳輸;
  • 在物理連接上, CAN 總線結(jié)構提供兩個引腳 –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節(jié)點配置統(tǒng)一的參數(shù)。
(2)傳輸層
  • 傳輸層是 CAN 總線協(xié)議的核心。傳輸層負責把接收到的報文提供給對象層,以及接收來自對象層的報文。傳輸層負責位的定時及同步、報文分幀、仲裁、應答、錯誤檢測和標定、故障界定。
(3)對象層
  • 在對象層中可以為遠程數(shù)據(jù)請求以及數(shù)據(jù)傳輸提供服務,確定由實際要使用的傳輸層接收哪一個報文,并且為恢復管理和過載通知提供手段.

2.1.3 總線工作的特點

  • 特權階級:不論計算機還是真是社會中,都有特權階級的存在,CAN總線上的節(jié)點會被劃分為不同優(yōu)先級,為滿足的是不同的實時要求,采用的是非破壞性位仲裁總線結(jié)構機制,當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡上傳送信息時,優(yōu)先級低的節(jié)點會主動的停止數(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)點都可以向總線發(fā)送報文。如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送報文,就會引起總線訪問碰撞。通過使用標識符的逐位仲裁可以解決這個碰撞。仲裁的機制確保了報文和時間均不損失。當具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時發(fā)送時,數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。在仲裁期間,每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同,則這個單元可以繼續(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,那么這個單元就失去了仲裁,必須退出發(fā)送狀態(tài)。
  • 報文(Message)總線上的數(shù)據(jù)以不同報文格式發(fā)送,但長度受到限制。當總線空閑時,任何一個網(wǎng)絡上的節(jié)點都可以發(fā)送報文。
  • 信息路由(Information Routing)在CAN中,節(jié)點不使用任何關于系統(tǒng)配置的報文,比如站地址,由接收節(jié)點根據(jù)報文本身特征判斷是否接收這幀信息。因此系統(tǒng)擴展時,不用對應用層以及任何節(jié)點的軟件和硬件作改變,可以直接在CAN中增加節(jié)點。
  • 標識符(Identifier) 要傳送的報文有特征標識符(是數(shù)據(jù)幀和遠程幀的一個域),它給出的不是目標節(jié)點地址,而是這個報文本身的特征。信息以廣播方式在網(wǎng)絡上發(fā)送,所有節(jié)點都可以接收到。節(jié)點通過標識符判定是否接收這幀信息。
  • 數(shù)據(jù)一致性應確保報文在CAN里同時被所有節(jié)點接收或同時不接收,這是配合錯誤處理和再同步功能實現(xiàn)的。
  • 位傳輸速率不同的CAN系統(tǒng)速度不同,但在一個給定的系統(tǒng)里,位傳輸速率是唯一的,并且是固定的。
  • 優(yōu)先權 :由發(fā)送數(shù)據(jù)的報文中的標識符決定報文占用總線的優(yōu)先權。標識符越小,優(yōu)先權越高。
  • 遠程數(shù)據(jù)請求(Remote Data Request) 通過發(fā)送遠程幀,需要數(shù)據(jù)的節(jié)點請求另一節(jié)點發(fā)送相應的數(shù)據(jù)。回應節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)幀與請求數(shù)據(jù)的遠程幀由相同的標識符命名。
  • 總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態(tài),“顯性”對應邏輯“0”,“隱性”對應邏輯“1”?!帮@性”狀態(tài)和“隱性”狀態(tài)與為“顯性”狀態(tài),所以兩個節(jié)點同時分別發(fā)送“0”和“1”時,總線上呈現(xiàn)“0”。CAN總線采用二進制不歸零(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)的具體實現(xiàn)方式。
  • 故障界定(Confinement) CAN節(jié)點能區(qū)分瞬時擾動引起的故障和永久性故障。故障節(jié)點會被關閉。
  • 應答接收節(jié)點對正確接收的報文給出應答,對不一致報文進行標記。
  • CAN通訊距離最大是10公里(設速率為5Kbps),或最大通信速率為1Mbps(設通信距離為40米)。
  • CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達110個。通信介質(zhì)可在雙絞線,同軸電纜,光纖中選擇。
  • 報文是短幀結(jié)構,短的傳送時間使其受干擾概率低,CAN有很好的校驗機制,這些都保證了。
CAN通信的可靠性:

(1)具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點;

(2)采用雙線串行通信方式,檢錯能力強,可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

(3)具有優(yōu)先權和仲裁功能,多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上,形成多主機局部網(wǎng)絡;

(4)可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

(5)可靠的錯誤處理和檢錯機制;

(6)發(fā)送的信息遭到破壞后,可自動重發(fā);

(7)節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;

(8)報文不包含源地址或目標地址,僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。

2.1.2 CAN工作原理

(1)以廣播的形式發(fā)送報文.當CAN總線上的某個節(jié)點需要給其他節(jié)點發(fā)送消息時,會以廣播的形式發(fā)送給總線上所有的節(jié)點,因為總線上的節(jié)點不適用地址來進行配置CAN系統(tǒng),而是根據(jù)報文的開頭的11位標識符決定是否要接受其他節(jié)點發(fā)來的報文;

(2)每個節(jié)點都有自己的處理器和CAN總線接口控制器;

(3)當一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個節(jié)點時,自身節(jié)點的處理器需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標識符傳給自身的總線控制接口,處于準備狀態(tài);當獲取到總線的使用權后,將數(shù)據(jù)和標識符組裝成報文,將報文以一定格式發(fā)出,此時其他的節(jié)點處于接收狀態(tài).至于其他節(jié)點是否接收,由其他節(jié)點決定,是都會對某些報文進行過濾;

(4)當新增的節(jié)點僅僅是純粹的數(shù)據(jù)接收設備時,只需要該設備直接從總線上接收數(shù)據(jù)即可。

2.1.1 CAN總線簡介

(1)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時控制;

(2)應用范圍十分廣泛,從高速網(wǎng)絡到低價位的多路接線都可以使用CAN;

(3)主要運用于汽車電子航天等行業(yè),使用CAN連接發(fā)動機的控制單元等汽車部件;

(4)具有可靠,實時以及靈活的特性。

1.5.12 可變氣門正時

可變正時氣門VVT(Variable Valve Timing)可變氣門正時系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過配備的控制及執(zhí)行系統(tǒng),對發(fā)動機凸輪的相位進行調(diào)節(jié),從而使得氣門開啟、關閉的時間隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化,以提高充氣效率,增加發(fā)動機功率。

(1)工作原理

該系統(tǒng)由ECU協(xié)調(diào)控制,發(fā)動機各部位的傳感器實時向ECU報告運轉(zhuǎn)情況。由于在ECU中儲存有氣門最佳正時參數(shù),所以ECU會隨時對正時機構進行調(diào)整,從而改變氣門的開啟和關閉時間,或提前、或滯后、或保持不變,下面這段視頻則清楚的展示了VVT機構的工作原理。簡單的說,VVT系統(tǒng)就是通過在凸輪軸的傳動端加裝一套液力機構,從而實現(xiàn)凸輪軸在一定范圍內(nèi)的角度調(diào)節(jié),也就相當于對氣門的開啟和關閉時刻進行了調(diào)整。?

圖1.42 配氣相位圖

1.5.11 可變速冷卻風扇

(1)作用

汽車冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去,保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。

(2)工作原理
  • 水箱溫度傳感器(實際上是一個溫控閥,不是水溫表溫度傳感器)探測到水箱溫度超過閥值(一般為95度),則風扇繼電器吸合;
  • 風扇電路通過扇繼電器導通,風扇電機啟動。
  • 當水箱溫度傳感器探測到水箱溫度低于閥值,則風扇繼電器分離,風扇電機停止工作。
  • 影響風扇工作的因素是水箱溫度,與發(fā)動機水溫沒有直接關系。

1.5.10 Throttle Servomotor(節(jié)氣門伺服電機)

(1)作用

電子節(jié)氣門控制系統(tǒng),可以使節(jié)氣門開度得到精確控制。

圖1.40 電子節(jié)氣門分解圖

2)工作原理

在工作時,駕駛員操縱油門踏板,油門踏板位置傳感器產(chǎn)生相應的電壓信號輸入節(jié)氣門ECU,控制單元首先對輸入的信號進行濾波,以消除環(huán)境噪聲的影響,然后根據(jù)當前的工作模式、踏板移動量和變化率解析駕駛員意圖,計算出對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的基本需求,得到相應節(jié)氣門轉(zhuǎn)角的基本期望值。經(jīng)過CAN總線和整車控制單元進行通信,獲取其他工況信息以及各種傳感器信號,如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、擋位、節(jié)氣門位置、空調(diào)能耗等,由此計算出整車所需要的全部轉(zhuǎn)矩,通過對節(jié)氣門轉(zhuǎn)角期望值進行補償,得到節(jié)氣門的最佳開度,并把相應的電壓信號發(fā)送到驅(qū)動電路模塊,驅(qū)動電動機使節(jié)氣門達到最佳的開度位置,節(jié)氣門位置傳感器則把節(jié)氣門的開度信號反饋給節(jié)氣門控制單元,形成閉環(huán)的位置控制。

圖1.41 電子節(jié)氣門工作原理圖

1.5.9 流量控制閥

(1)作用

流量控制閥是在一定壓力差下,依靠改變節(jié)流口液阻的大小來控制節(jié)流口的流量,從而調(diào)節(jié)執(zhí)行元件(液壓缸或液壓馬達)運動速度的閥類??刂聘邏罕昧髁窟_到控制高壓壓力的目標,提高油泵效率。

(2)工作原理

數(shù)顯流量控制閥主要由自動閥芯、手動閥芯和顯示器三大部分組成。其中,自動閥芯主要用于維持流量恒定,即在管網(wǎng)壓力變化時,自動閥芯就會在壓力的作用下自動開大或關小閥口來維持設定流量數(shù)值不變;手動閥芯主要用于調(diào)節(jié)流量,即根據(jù)顯示值來設定所需的流量值;顯示部分主要用于處理并顯示最終計算結(jié)果,其又可分為流量閥機芯、傳感器發(fā)訊器和電子計算器顯示器部分。

流量控制閥的工作過程大致是醬紫的,被測水流流經(jīng)閥門,水流沖擊流量機芯內(nèi)的葉輪,葉輪旋轉(zhuǎn)與傳感發(fā)訊器感應,使傳感器發(fā)出與流量成正比的電訊號,流量電訊號通過導線送入電子計算器,經(jīng)過計算器計算、微處理器處理后,其流量值顯示出來。