大众轿车CAN-BUS系统及总线装置

项目目标知识目标能力目标素质目标●掌握大众汽车CAN网络系统的组成；●驱动CAN、舒适CAN、网关和诊断总线的结构和功能；●掌握驱动CAN总线各总线模块的组成及工作原理；●掌握舒适CAN网络总线各总线模块的组成及工作原理；●培养自己的分析问题和解决实际问题的综合能力。●培养自己勤于动脑、动手、善于分析与总结的习惯；●培养自己的团队合作精神和交流合作能力。大众轿车CAN-BUS系统及总线装置项目任务大众轿车CAN系统与网关1驱动系统CAN-BUS及总线设备2舒适系统CAN-BUS及总线设备3引言一般比较高档的汽车都装有几十个微机控制器、上百个传感器和执行装置，不但线束极为复杂，而且一直存在的集中控制和分散控制的矛盾。为此，德国博世BOSCH公司开发了一种设计先进的解决方案—CAN现场总线（ControllerAreaNetwork)，并已取得国际标准化组织(ISO11898）认证，同时，国际上一些大的半导体厂商也积极开发出支持CAN总线的专用芯片，促进了CAN总线技术在轿车中的广泛应用。通过CAN总线，传感器、控制器和执行器由串行数据线连接起来，其通信协议相当于ISO/OSI参考模型中的数据链路层，网络可根据协议探测和纠正数据传输过程中因电磁干扰而产生的数据错误。CAN网络的配制比较容易，允许任何节点之间直接进行通信，而无需将所有数据全部汇总到主计算机后再行处理。由于CAN的突出优势，目前CAN总线为现代汽车网络广泛采用。学习任务一大众轿车CAN总线系统与网关1大众CAN网络系统的组成大众SAGITAR全车CAN总线节点序号控制单元节点（控制模块）名称子网络名称1J533网关网关诊断网络2J210发动机控制驱动CAN3J217自动变速器控制4J104ABS控制5J431大灯照程控制6J500转向助力控制7J234安全气囊控制8J527转向柱开关驱动CAN舒适CAN9J221防盗报警Lin网络10J519中央电器控制舒适CAN11J393舒适中央控制12J255自动空调控制13J136座椅控制14J446倒车警报控制15J386车门控制116J387车门控制217J388车门控制318J389车门控制419J400雨刷控制Lin网络20G397雨滴、光强智能传感器21J503导航系统控制信息娱乐CAN22J525数字式组合音响控制23J603CD转化控制24J285组合仪表控制仪表CAN25J334仪表控制2大众CAN网络网关网关的作用：由于车控网络功能日益强大，需要大量的数据信息在不同的数据总线之进行有效的传递；网关可以将不同的总线连接在一起，同时使相互传递成为可能。网关类型：(1)集成在组合仪表或汽车电气控制单元内部的网关。(2)单独的网关大众SAGITAR采用的网关为单独网关J533J533网关的作用：（1）网关作用诊断网关作用，在不改变数据的情况下，将驱动总线、舒适总线、信息娱乐总线以及仪表总线的诊断信息传递到自诊断接口。数据网关作用，使连接在不同的数据总线上的控制单元之间交换数据。所有控制单元在网关上必须注册，才能够进行正常的通讯。（2）睡眠和唤醒模式的监控当舒适和信息娱乐总线处于空闲状态时，控制单元发送出睡眠命令，当网关监控到所有总线都有睡眠的要求时，进入睡眠模式。如果动力总线仍处于信息传递过程中，舒适和娱乐信息总线是不允许进而睡眠状态，当舒适总线处于信息传递的过程中，娱乐和信息总线也不肯进入睡眠模式。当某一个信息激活相应的总线后，控制单元会激活其它的总线系统。学习任务二驱动系统CAN总线系统大众驱动CAN总线组成如图3-4所示，驱动CAN共有7个节点，包括：转向柱开关节点，控制单元J527（转向柱开关控制单元）发动机节点，控制单元J220（发动机控制单元）自动变速器节点，控制单元J217（自动变速器控制单元）ABS节点，控制单元J104（ABS控制单元）转向助力节点，控制单元J500（助力转向控制单元）安全气囊节点，控制单元J234（安全气囊控制单元）大灯（氙气灯）照程节点，控制单元J431（大灯照程控制单元）1转向柱开关节点转向柱开关节点的位置转向柱开关节点工作原理CAN网络信息共享执行装置控制原理CAN网络信息共享大众SAGITAR全车电源的形成CAN网络信息共享大众SAGITAR巡航开关信号CAN网络信息共享大众SAGITAR轿车转向柱开关节点电路图其余信号均通过CAN实现共享执行装置控制原理点火开关锁止电磁铁N376电路2发动机节点2发动机节点1个控制单元J220（发动机控制单元）。22个传感器，分别是：空气流量计G70进气歧管压力传感器G71进气温度传感器G42发动机转速传感器G28霍尔传感器G40节气门位置传感器G187、G188（经节流阀体控制单元J338输出信号）油门踏板位置传感器G79，G185制动灯开关FGRA制动踏板开关F47燃油压力传感器G2472发动机节点22个传感器，分别是：爆震传感器G61,G66冷却液温度传感器G62散热器出口温度传感器G83ARG电位计G212主氧传感器G39副氧传感器G130排气温度传感器G235传感器G295废气再循环阀位置传感器G21217个执行装置，分别是：2发动机节点17个执行装置，分别是：4个喷油嘴N30、N31、N32、N33点火线圈N152节气门驱动器G186（经节流阀体控制单元J338控制）EGR废气再循环阀N18活性碳罐电磁阀N80双通道进气歧管变切换阀N156电动燃油泵G6二次空气喷射泵继电器J299氧传感器加热器Z19,Z28,Z29,Z30发动机故障指示灯K132排气警告灯K83本节点与动力CAN总线和K线相连，并通过网关与其它CAN总线连接。2发动机节点（2）发动机节点的特点由于发动机控制的高实时性，要求在一个实时周期几十μs内，完成二十多个传感器信号的采集、各种复杂决策以及对十几个执行器的控制，现有的CAN总线不能完成控制要求，不能采用CAN总线方式进行传感器的数据传输，因此发动机控制系统的传感器和执行器均放在同一节点中直接相连，传感器与发动机控制单元之间采用模拟信号传输数据。2发动机节点（3）节点工作原理1）CAN网络信息共享J220控制单元接受所有发动机节点的22个传感器信号，并将信号转化为CAN信息发送到CAN总线上，供所有CAN总线上的节点共享。2）K线故障诊断原理由于发动机节点的重要性，需要发动机控制单元直接与K线相连，当CAN总线故障，不能利用诊断CAN总线进行故障诊断时，利用K线对发动机节点进行故障诊断。2发动机节点22个传感器，分别是：爆震传感器G61,G66冷却液温度传感器G62散热器出口温度传感器G83ARG电位计G212主氧传感器G39副氧传感器G130排气温度传感器G235传感器G295废气再循环阀位置传感器G2123）发动机控制原理2发动机节点3）发动机控制原理Simos3.3发动机控制原理也是发动机节点工作原理，Simos3.3发动机采用先进的发动机控制原理：Simos3.3发动机主要控制功能是发动机的扭矩控制，如图3-13所示，通过对发动机控制系统的喷油嘴、点火线圈、电控节气门和涡轮增压装置（涡轮增压发动机)等执行器装置的综合控制，实现对发动机扭矩的智能控制。发动机扭矩的期望值（指定扭矩）要考虑多种因素：主要因素：驾驶员意愿、排放控制、燃油消耗、安全内部因素：起动程序、怠速调节、lambda控制、发动机最高限速外部因素：驾驶员意愿、巡航控制、AG4需求、ABS/ESP需要、安全/舒适需要、自动空调。2发动机节点Simos3.3发动机其它控制功能有：爆震控制及自适应怠速转速调节及自适应怠速稳定lambda调节及自适应排放控制（二次空气供给/废气再循环/催化器）油箱通风控制可变进气行程控制可变配气相位发动机失火识别这些控制功能的控制原理本书不一一叙述，可以参考相关书籍和资料。3自动变速器节点3自动变速器节点（2）自动变速器节点特点自动变速器节点组成的原则是按照同一现场（区域）组成节点原则，在自动变速器（现场）上的传感器与执行器与自动变速器控制单元J217就近相连，构成自动变速器总线节点。自动变速器控制系统的大部分传感器和执行器均放在同一节点（自动变速器节点）中，部分传感器和开关信息通过CAN网络发送给J217。3自动变速器节点7个执行器，分别为：4个换挡电磁阀N90、N283、N282和N92品质电磁阀N88锁止电磁阀N89变速杆锁止电磁铁N110本节点与动力CAN总线和K线相连，并通过网关与其它CAN总线连接。（3）节点工作原理3自动变速器节点1）CAN网络信息共享J217控制单元接受自动变速器节点的7个传感器信号，将信号转化为CAN信息发送到CAN总线上，供CAN总线所有节点共享。F125自动变速器电控多功能开关信号直接送中央电器控制单元J519，提高传送时间。自动变速器控制单元J217在CAN总线上获得刹车灯信息(经J519发送)，巡航开关信息（经J527发送），P档位置开关F319信息（为组合开关F125中的一个开关经J527发送），节气门位置等发动机节点的传感器信息（经发动机控制单元J220发送）。CAN网络中，其它对自动变速器控制所需的传感器信息和控制信息，均可经CAN总线，供自动变速器控制单元J217共享。2）K线故障诊断原理由于自动变速器节点的重要性，需要自动变速器节点直接与K总线相连，当CAN总线故障，不能利用诊断CAN总线进行故障诊断时，利用K线对自动变速器节点进行故障诊断。3自动变速器节点3）自动变速器控制原理自动变速器控制单元J217接受变速器节点内7个传感器信号并从CAN总线上获得其它信息，根据这些信号和信息进行换挡时间、锁定变矩器以及压力控制等，自动变速器主要控制功能如下：J217控制4个换挡电磁阀N90、N283、N282、N92实现1到6挡变换；J217控制N93在挡位变换过程中，对离合器和制动器进行压力控制；J217控制N88打开可选高档4-6，改善5档升六档质量；J217控制N89调节锁止离合器压力；J217控制N88/N89同时打开B2供油及锁止离合器。详细的自动变速器控制原理可以参考相关书籍和资料。4ABS节点4ABS节点（1）ABS节点的组成为大众SAGITAR轿车ABS节点，共有：1个控制单元J104。7个传感器和开关，分别为：ESP按钮轮速传感器G44制动压力传感器G201传感器组合G200、G202、G251制动油压传感器2个执行器，分别为：ABS液压单元N55ABS回油泵本节点与动力CAN总线相连，并通过网关与其它CAN总线连接。大众SAGITARABS节点工作原理4ABS节点（2）ABS节点特点ABS节点总线设备的组成按照同一现场原则，在ABS总成现场的传感器、控制单元（节点）、执行器构成ABS总线节点，ABS控制系统的其它传感器和开关等信息均通过CAN总线获得。（3）节点工作原理1）传感器信息共享J104控制单元接受本节点7个传感器的信号，将信号转化为CAN信息发送到CAN总线上，CAN总线上所有节点共享。ABS控制单元J104在CAN总线上获得车速传感器信息（经自动变速器控制单元J217发送）以及其它对ABS控制所需的传感器信息和控制信息。4ABS节点2）ABS控制原理ABS控制单元J104接受变速器节点内各个传感器信号并从CAN总线上获得其它信息，根据这些信号和信息进行制动压力控制和回油泵控制，ABS主要控制原理如下：利用车轮转速传感器，可以对0km/h以上车速进行探测，采用模糊控制法进行最佳滑移率控制（控制ABS液压单元N55），实现制动时的方向性和方向稳定性以及尽量缩短制动距离。利用传感器组合，包括横向加速度传感器G200、横摆率传感器G202、如果有四轮驱动的话，还包括纵向加速度传感器G251确定路面情况调整控制原理。利用方向盘转角传感器获得所有方向的角度运算及输出（在转向柱开关节点J527中进行）确定制动时的方向性和方向稳定性，从而修正制动原理。方向盘转角传感器不仅计算转角值，而且还计算转向速度，用以给电子助力转向系统提供信息通过