⑴ LIN总线简介
需要一个简单实用的LIN总线介绍吗?
在这个LIN总线的简介中,您将了解到LIN(Local Interconnect Network,本地连接网络)协议的基本知识,包括LIN总线和CAN总线的对比、LIN总线的应用案例、LIN是如何运行的以及LIN中的6种帧类型
请注意,这是一篇偏实用的简介,所以里面还会介绍到LIN总线数据记录的基础知识。
LIN总线是CAN总线的补充,它的可靠性以及性能较低,但成本也是比较低的。下面我们将简单介绍下LIN总线的特点以及其和CAN总线之间的异同。
•更低的成本(如果对速度或者容错性的要求较低)
•常用在车辆的窗户、雨刮器、空调等
•LIN集群中只有一个主节点和最多有16个从节点
•只有一根信号线(需要配合地线),波特率为1-20 kbit/s,线缆最长能达40米
•由时间触发的调度表能保证报文间延迟的时间
•可变的数据长度(2、4、8字节)
•LIN总线支持错误检查、校验和配置
•工作电压为12V
•物理层是基于ISO 9141(K线)
•支持睡眠模式和唤醒
•现在的新车上都还有10个以上的LIN节点
•LIN 总线的成本更低(线束更少、不需要购买许可以及节点更便宜)
•CAN 总线使用双绞屏蔽线-5V,LIN 总线使用单线-12V
•LIN 总线中的主节点通常也是一个 CAN、LIN 的网关
•LIN 总线报文发送的顺序是确定的,不是事件驱动的,即没有总线仲裁
•LIN 总线中主节点只能有一个,而 CAN 总线没有主从的概念
•CAN 总线会使用 11 或 29 位的标识符,LIN 总线中的标识符是 6 位的
•CAN 总线的波特率能达 1Mbit/s 而 LIN 总线的波特率最大也就 20 kbit/s
下面我们简要的回顾下LIN总线规范的历史吧~
•1999年:LIN 1.0由LIN联盟(宝马、大众、奥迪、沃尔沃、梅赛德斯奔驰、瑞典的火山汽车以及摩托罗拉)发布
•2000年:LIN协议被更新了(LIN 1.1和LIN1.2)
•2002年:发布了LIN1.3,主要是修改了物理层
•2003年:发布了LIN 2.0,可以说是全新一代,也被广泛使用
•2006年:发布了LIN 2.1
•2010年:发布了LIN 2.2A,是现在广泛采用的版本
•2010-12年:基于LIN 2.0,SAE将LIN标准化为SAE J2602
•2016年: CAN in Automation(CiA)也将LIN标准化了(ISO 17987:2016)
LIN总线正在为当代车辆提供低成本的功能扩展中,起到越来越重要的作用。
因此,在过去十年中,LIN总线已迅速得到了普及,到2020年,汽车中的节点数量预计将超过7个亿,而2010年约为2个亿。
但是,随着LIN总线的普及,对其网络安全的要求也越来越高。LIN总线也面临着CAN总线相似的风险,并且由于LIN总线应用在座椅、方向盘等设备上,所以LIN总线还需尽量控制这些风险。
未来, CAN FD 、FlexRay以及汽车以太网在汽车网络上的应用会越来越多。虽然这些体系在未来汽车中扮演的角色尚未确定,但大部分人认为LIN总线仍会是未来满足现代汽车功能不断增长需求中至关重要低成本的解决方案。
如今,LIN总线已经成为现代车辆上约定俗成的标准,下面是一些LIN总线在汽车上的应用:
•方向盘附近:巡航控制、雨刮开关、温度控制、收音机等
•舒适度模块:温度、天窗、光线、湿度的传感器等
•动力总成:位置、转速、压力传感器等
•发动机:小型电动机、冷却风扇的电动机等
•空调:电动机、控制面板(通常很复杂)等
•车门:后视镜、窗户、座椅控制装置、锁等
•座椅:位置马达、压力传感器等
•其他:雨刮、雨量传感器、前大灯、空调进气等
此外,LIN总线出现在了其他行业中
•家电:洗衣机、冰箱、炉灶等
•工业自动化:制造设备、金属加工等
一个LIN集群的节点通常都是在一块的,每个集群中都有一个作为主干CAN总线网关的主节点。
在汽车主驾驶侧,您可以打开副驾驶侧的窗户。当你按下按键后,LIN集群会通过CAN总线向另一个LIN集群发送报文,那这就会触发第二个LIN集群操作窗户使窗户打开。
LIN总线的工作核心相对简单:
主节点循环询问每个从节点(发送一些请求报文),从节点会在主节点询问后发送数据(向主节点或从节点)。
但是,随着其他各种规范的更新,LIN规范中也添加了其他新功能,这样它也变得复杂起来。
下面,我们会介绍一些基础知识:LIN的报文以及6种报文类型
简单来说,LIN总线的信号报文由 报文头 和 数据响应 组成。
通常,LIN的主节点会将报文头发送到LIN总线上,这将会触发一个从节点,它会将最多8个字节的数据填到数据响应中。
整个LIN报文的结构如下图所示。
间隔场: SBF(Sync Break Field,同步间隔场)又叫间隔场,间隔信号至少由13个显性位组成,间隔界定符至少由1个隐性位组成(实际上通常是18+2位)。间隔场表示一帧报文的起始(类似于CAN总线中的SoF,帧起始),由主节点发出。
同步场: 8位的同步场常配置为0x55(二进制为:01010101),这是为了让LIN节点识别上升或者下降沿之间的时间,以确保所有从节点使用与主节点相同的波特率发送和接收数据。
标识符场: 前6位放标识符,后2位放奇偶校验符。该标识符场用于发送每个LIN报文的标识符,以及哪些节点需要对报文头进行相应。从节点会判断标识符的有效性(基于奇偶校验位),并且进行以下操作:
1. 忽略后续数据的发送
2. 侦听另一个节点传输的数据
3. 将数据填入对应报文头的数据响应中
通常,每次轮询一个从节点,这就意味着不会有报文冲突,因此也无需仲裁。
请注意,这6位的标识符允许使用的64个ID中(即从0到63,0x3f),ID 60-61用于诊断(下面会介绍),而ID 62-63则是保留的。
数据场: 当LIN的从节点被询问时,它可以通过发送2、4或8字节的数据进行相应。从LIN 2.0开始,数据长度就取决于ID决定(ID 0-31:2个字节,32-47:4个字节,48-63:8个字节)
校验和场: 像CAN总线中一样,校验和场可以确保LIN报文的有效性。经典校验(也称8位经典校验)是指对仅对数据场进行校验(LIN 1.3),而增强校验会校验标识符场(PID)以及数据场的内容(LIN 2.0及以上)
由于低成本LIN节点的性能通常很差,因此通常会发送延迟。为了减少这种情况的发生,可以选择添加字节间隙,如下图所示。另外,在报文头和数据响应之间,可以存在响应间隔,允许从节点有足够的时间对主节点的报文头进行识别、处理和响应,比较高级节点的间隔可能为0。
CANedge可以让您轻松地将LIN总线的数据记录到8-32 GB的SD卡中。仅需将它连接到您的LIN应用程序便可以开始记录,并可以通过免费的软件或者API来处理这些数据。
虽然存在很多LIN报文帧类型,但是在一般应用中,通常都是由“无条件帧”来完成的。
需要注意的是,下面介绍的每一种帧类型都遵循同样的LIN报文帧结构,仅仅只是在时序或数据字节上有所区别。
下面,我们会简要介绍LIN报文帧的类型。
无条件帧: 主节点发送报文头,向特定的从节点处请求信息的默认通讯形式。相应的从节点会做出相应的反应
事件触发帧: 主节点轮询多个从节点。一个从节点的某个无条件帧有信号被更新时,才会响应,这可以增强LIN总线的响应能力,其PID会放在第一个数字字节中。如果有多个从节点同时响应时,就会发生冲突,主节点会将其默认为无条件帧
零星帧(偶发帧): 仅当主节点知道特定的从节点更新了数据后才主节点发送,主节点这时也是从节点,它自己将数据响应接在报文头后,并向从节点提供动态的信息
诊断帧 :从LIN 2.0开始,ID 60、(0x3c)ID 61(0x3d)就用于读取主节点或从节点的诊断信息。诊断帧包含8个字节数据。ID 60是主请求帧,ID 61是从响应帧
用户定义帧: ID 62(0x3e)是用户定义帧,即可以包含任何类型的信息
保留帧: ID 63(0x3f)是保留帧,且不能用在适用于LIN 2.0的网络中
下面我们将介绍两个LIN总线的高级应用
为了更快速的构建LIN网络,市面上的LIN节点一般都会带有节点的.ncf文件,这个文件会详细说明节点的功能。
然后,OEM会将这些节点的.ncf文件整合成一个集合文件,这个集合文件就是.ldf文件。最后,主节点会根据.ldf文件中的调度表等进行设置和管理LIN 集群。
请注意,可以使用前面讲到的诊断帧来重新配置LIN总线的节点。这种配置可以在生产期间完成,也可以在每次网络启动完成。比如,您可以通过这种方式来更改节点的ID。
如果您熟悉CANopen,那您可能会发现有点像用于预配置CANopen节点的设备配置文件以及SDO(Service Data Objects)在更新配置时的作用。
LIN总线的关键优势不仅是可以节省成本,还可以节省能耗。
LIN的主节点可以通过发送第一个字节为0的诊断帧(ID 60)来让所有的从节点进入休眠模式。另外,如果总线超过4秒也没有活动,从节点就会自动进入休眠模式。
从节点的唤醒可以是通过主节点或从节点发动唤醒请求。这需要将总线置为250-5000μs的显性,紧接着暂停150-250ms。如果主节点没有发送报文头,那这操作最多只能重复3次。如需要发送第4次唤醒请求,那则需要先等待1.5秒。通常,节点会在1到2此的脉冲后唤醒。
车辆CAN或LIN总线开发
可以同时记录CAN或LIN总线数据的记录仪对于OEM车辆开发来说十分重要,可以用于优化和诊断
现场设计原型设备数据远程处理
可以通过物联网(IoT)CAN、LIN兼容的数据记录仪大规模收集来自汽车设计原型设备的CAN或LIN总线数据来加快研发的速度
预测性维护
云端可以通过物联网(IoT)CAN或LIN记录仪监视工业机械,并可以基于预测模型来预测以及避免故障的发送
偶发的LIN错误诊断
LIN的记录仪可以充当工业机械的“黑匣子”的功能,为纠纷或者偶发错误的诊断提供依据
在实际中记录LIN数据需要注意的事项
下面我们为您列出了在记录LIN总线数据时需要注意的事项
LIN记录仪以及LIN接口
想要记录LIN总线数据,您需要LIN总线数据记录仪和一个接口。带有SD卡的LIN总线数据记录仪的优势在于您可以脱机地记录数据,比如在车辆实际使用的期间。另外,加上一个接口便能更好的服务于车辆功能动态测试。
对于可以脱机的LIN记录仪,它的优势在于其可以即插即用、紧凑且成本比较低,所以整个车队的大规模应用也不会负担太大。
支持CAN或是LIN
通常,您需要将LIN总线数据与CAN总线数据结合起来,来全面了解运行中的车辆:
驾驶行为与LIN总线的各种功能使用情况是如何关联的?
LIN主节点与CAN总线间的交互是否会出现问题?
LIN相关问题是否与某些基于CAN的事件相关?
想要将两种数据结合,您需要一个即可记录CAN,又可记录LIN的记录仪。另外,支持CAN FD也会越来越重要,因为预计CAN FD会越来越多的应用到车上。
WiFi
如果需要从大型车辆测试车队中通过物理连接的方式来提取LIN总线上的数据,这会非常麻烦。那如果您拥有一个 支持WiFi的CAN或LIN的记录仪 ,那么这都会变得再简单不过了。
您只需配置好一个WiFi热点,当车辆在这个WiFi覆盖范围内时,数据会从SD卡中自动上传。您还可以在车上添加蜂窝热点,来近实时地进行数据的传输。
⑵ 汽车电控系统是什么
汽车电控系统是指车辆上的传感器与车上的机械系统配合使用(通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合),并利用电缆或无线电波互相传输讯息,即所谓的“机电整合”。
汽车电子控制系统在硬件结构上一般由3部分组成:传感器、电子控制单元(ECU)和执行机构。
汽车在运行时,各传感器不断检测汽车运行的工况信息,并将这些信息实时地通过输入接口传送给ECU。
ECU接收到这些信息时,根据内部预先编写好的控制程序,进行相应的决策和处理,并通过其输出接口输出控制信号给相应的执行器,执行器接受到控制信号后,执行相应的动作,实现某种预定的功能。
(2)宝马雨刮lin组件是什么扩展阅读
EUC一般由输入接口电路、微处理器和输出接口电路组成。输入接口电路主要是完成外部传感器与微处理器之间的信息传递。
汽车上用的微处理器主要是8位单片机或16位单片机,现在一些轿车上开始使用32位单片机。单片机是指将CPU、RAM/ROM、I/O接口、定时/计数器等元件集成在一块芯片上所形成的芯片级计算机。
单片机具有小型化、功能强、可靠性高、价格低、性能价格比高和功耗低等一系列优点,因而在汽车的实时控制中得到了广泛的应用。输出接口电路将ECU与执行元件联系起来。
它将ECU作出的决策指令转变为控制信号来驱动执行元件进行工作,它起着控制信号的生成与放大等功能。常见的输出执行元件通常是一些继电器、电磁线圈或显示器等。
参考资料来源:网络-汽车电子控制系统
⑶ 如何系统的学习汽车电控系统
目前在一些中高级轿车上,不但发动机上应用ECU,在其他许多地方都可发现ECU的踪影!例如防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ECU!随着轿车电子化自动化的提高,ECU将会日益增多,线路会日益复杂!为了简化电路和降低成本,汽车上多个ECU之间的信息传递就要采用一种称为多路复用通信网络技术,将整车的ECU形成一个网络系统,也就是CAN数据总线!编辑本段用途!主要用于以下方面: ! 1. 发动机控制,点火,气门正时调节,节气门调节,启动电机调节,启动离合调节,喷油调节等 ! 2. 无极变速器控制,皮带位置调节,转速调节 ! 3. 自动变速箱控制,继电器或电磁换向阀控制 ! 4. 主动悬架,空气弹簧刚性和阻尼孔大小纳枝调节 ! 5. 驱动力以及防滑控制,包含: !ABS防抱死制动系统 !EBD电子制动力分配 !EBA紧急制动辅助装置 !ESP电控行驶平稳系统 !TCS循迹控制系统 !MSR发动机阻力矩控制 !EDS电子差速锁 !OBD车载自动诊断系统 !DSC动态稳定控制系统 ! 6. 车体控制BCM,包含车窗升降(包含力传感-用于安全),洞胡敏天窗折叠、滑动,座椅升降调制,雨刮,除霜器等! ! 7. 空调,采暖,通风控制,包含压缩机、冷凝器、蒸发器风扇,膨胀阀等控制 ! 8. 电子开关和照明,包含大灯、尾灯、显示背光,加减速,电台,CD等 ! 9. ACC电子主动巡航控制 ! 10.安全气囊自诊断和点爆控制 ! 11.主动式安全带自诊断和点爆控制,回拉式安全带点爆控制 ! 12.EPS转向控制,惠普S转向控制 ! 13.TPC胎压控制 ! 14.汽车仪表 ! 15.防盗报警 ! 16.车尾高度平衡系统 ! 17.智能传感器,即带ECU的传感器 ! 18.其他欢迎补充编辑本段组成!电控单元一般由CPU,扩展内做姿存,扩展IO口,CAN/LIN总线收发控制器,A/D D/A转换口(有时集成在CPU中),PWM脉宽调制,PID控制,电压控制,看门狗,散热片,和其他一些电子元器件组成,特定功能的ECU还带有诸如红外线收发器、传感器、DSP数字信号处理器,脉冲发生器,脉冲分配器,电机驱动单元,放大单元,强弱电隔离等元器件!整块电路板设计安装与一个铝质盒内,通过卡扣或者螺钉方便安装于车体钣金上! !ECU一般采用通用且功能集成,开发容易的CPU;软件一般用C语言来编写,并且提供了丰富的驱动程序库和函数库,有编程器,仿真器,仿真软件,还有用于calibration的软件! !博世,德尔福楷电装,大陆的VDO等都是汽车ECU行业的领导者!编辑本段具体功能!电控单元,是电控汽油喷射系统的核心控制元件!它实际上是一个微处理器!它的作用是接受各种传感器送来的信号,完成对这些信息的处理,并向各执行元件发出相应的指令,使发动机的性能、燃油消耗和废气排放都处于最佳的状态! !电控单元的具体功能有: !①喷油控制根据发动机进气量和转速,计算基本供油粒楷并根据压力和温度等信息进行修正,向喷油器发出喷油指令! !②排气净化控制根据排气管中氧传感器的信号,自动调整供油粒楷精确控制空燃比! !③点火控制根据发动机温度和负荷,计算最佳点火提早角! !④怠速控制根据水温、气温及各种附件的负荷,控制怠速转速! !⑤其他控制增压、冷起动、爆震、废气再循环、变缸工作转换、车速限制、自动变速控制、自动诊断等!编辑本段电控单元的作用!电控单元(ECU)是电控系统的核心安装在轿车右前轮罩后板处主要由微处理器程序储存器供电电源电路及各种接口电路组成! !当整车供电后ECU开始不断地定时检测备传感器及开关信号并以此为依据计算出发动机各工况下的最佳供油量、最佳点火正时、最理想的怠速等!经输出驱动电路完戚对喷油器、点火组件、怠速直流电动机和空调系统的控制! !ECU还不断地对电控系统中各零部件的功能进行随时检测!一旦发现故障立刻将故障源以代码 !的形式储存在ECU的指定单元中并且根据故障的类型决定系统是否进入“跛行”状态!与此同时令“发动机故障警报灯”点亮告诫驾驶员应尽快维修!编辑本段电控单元的测试!测试通常被认为是一项不会增值的工作!在理想的世界中确实如此,因为在理想的世界中,生产工艺从来都不会产生缺陷,系统设计永远没有瑕疵,软件永远正常运行,从来不会有客户退货,产品和原材料质量问题为零,由于不会出现任何故障,测试就显得毫无必要!但是世界并非完美,因此需通过测试来实现可测量的、可重复的和可跟踪的最低质量标准!质量确实有价值,尽管它的价值没法直接衡量! !测试的必要性还体现在其他方面!汽车制造商有自己的质量要求和标准(如QS-9000)以及长期跟踪和规章要求!汽车制造商通常都要求元件供应商在将其元件发往B&A(组装)工厂(元件在此处组装成整车)之前对元件进行测试!B&A工厂是劳动密集型工厂!由于供应商的元件故障造成汽车返工是不可接受的,它会造成极大的损失!供应商合同中通常都包含由于供应商的原因造成的元件缺陷相关的罚金条款! !ECU生产商需要证明其产品符合客户的规范,这需要通过DV(设计验证)测试来实现! 生产商还需证明其生产工艺可以正确生产出产品,这需要通过PV (生产验证)来实现!质量标准通常都要求对一定比例的ECU进行质量评估,以确保生产工艺没有缺陷!这种质量评估通过连续一致性(小型设计验证)测试进行!编辑本段其他ECU!ECU(发动机控制系统) !ECU就是发动机控制系统,Engine Control Unit,这是ECU的全称,ECU就是用来对发动机进行管理的!这个小东西每辆车上都会有,并且不管你开是的奔驰、宝马或者飞度、QQ它都是发动机上的重要部件!这东西没有好坏之分,不影响整个车的性能和报价!但如果要改装的话特别是对于有涡轮的车来说,改装ECU便可提升50%左右的性能!对于如何改装ECU会在以后的文章里为大家详解! !在1967年之前,汽油机的供给系统是由化油器来供油的,这与今天的电喷发动机原理完全不同,化油器利用节气门前后的压力差吸油,不仅没法精准地控制燃油补给粒楷更制约了汽车动力性和环境 保护性能的提升! !电喷系统的工作特性在于“定量、定时”喷射燃油,发动机需要多少燃油,在什么时刻喷入,这与发动机的转速、空气流量等有着直接的关系,此外还牵涉到水温、机油压力等各种各样的参数,这么多参数如何进行处理,并向喷射系统发出喷油指令呢?这就需要发动机控制单元的介入了,ECU应运而生! !简易地说,ECU就像一台家用电脑,都是由处理器CPU、输入/输出接口I/O、模数转换器A/D、储存单元ROM+RAM组成!只是ECU的CPU没法像我们的电脑一样达到高速处理,一台车用ECU主频仅需数10KHz足矣,现在来说即使是再高性能的ECU也没法达到家用电脑的处理速度!输入/输出接口I/O等同于电脑的显示器、鼠标键盘,用来与处理器进行“沟通”,当然,这只是机器和机器之间的沟通,普通车主很少有和ECU沟通的机会;模数转换器A/D是ECU工作的先决条件,将接收到的传感信号转化成数据,这样才能在ECU中进行运算!那么,ECU是如何工作的呢?简易地说就是一个指挥过程:“思考”、“指挥”,最终“确定”! !“侦察”交给Sensor(传感器)来完成,传感器负责对整个发动机进行“侦察”,在一台发动机上,大大小小的传感器有数十个之多!节气门开度传感器、曲轴转速传感器、氧传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、水温传感器、爆震传感器是一台轿车发动机中最基本的传感器!传感器无处不在,他们负责采集相关的信息,并以电信号的形式传入ECU中,通过模数转换器A/D变为数字信号后,ECU经过运算,判断出此时发动机的工作状态,这就是ECU的“思考”过程! !而“思考”过程依照什么为标准呢?电脑固然不会有思维,这需要的是ROM存放的程序!这相当于一个软件,当数据传入ECU时,ROM程序的故有数据与采集而来的信号进行对比运算,由此ECU得出调整方法!这一套程序是ECU的灵魂所在,这一程序的编写是建立在大量的实验数据的基础上的,往往需要经过台架实验、道路试验才能建立起来! !当然,ECU也不是一成不变的,RAM能够记录汽车行驶的数据,通常很多ECU都会有“学习”能力,ECU能从RAM记录的数据中不断地学习驾驶者的驾驶风格,从而更加人性化!当然,一旦出现故障,也可以从RAM上读取到信息,从而为维修做出支持! !完成“思考”之后,ECU下一步需要做的就是“指挥”!受到ECU控制的是喷油器,负责调整喷油量和喷油时刻,同时汽油泵负责向其供油;点火控制器与点火线圈如何进行点火等等都受到ECU的控制!而在此之后,ECU需要再次接收数据以确定一个闭环控制的结束! !以上便是ECU的工作原理,虽然现在的ECU不能像电脑那样的强大!但有一种说法,未来的ECU将会是强大的电脑系统,将整合发动机、自动变速箱、ABS系统、车载娱乐影音系统、四轮驱动扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等等所有需要管理的部件,我们可以享受汽车影音系统,可以玩电脑游戏,可以接受GPS信号!最酷的是你可以为自己的发动机植入舒马赫式的驾驶方式,也可以选择莱科宁式!更让人兴奋的是,据说微软已经开始进行可行式分析了,让我们翘首以待吧