汽車車載網(wǎng)絡技術-課件-模塊6-網(wǎng)關與診斷總線技術分析

汽車車載網(wǎng)絡技術主講教師：陳

哲

模塊六

網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

知識目標1.了解網(wǎng)關的作用和工作原理；2.掌握網(wǎng)關的安裝位置及其針腳功能。

技能目標1.熟悉診斷總線的信息傳輸過程及使用方法；2.熟練掌握診斷檢測設備與車輛OBD接口的連接方法。

素養(yǎng)目標1.培養(yǎng)學生樂與思考、敢于實踐、做事認真的工作作風；2.培養(yǎng)學生謙虛嚴謹、刻苦鉆研、積極進取的工作學習態(tài)度；3.培養(yǎng)學生勞模精神、勞模精神、工匠精神和創(chuàng)新意識。

思政目標通過思政學習，培養(yǎng)學生在汽車技術領域不畏困苦、敢于實踐、勇于創(chuàng)新的精神。網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術網(wǎng)關與診斷總線技術分析一、網(wǎng)關一、網(wǎng)關（一）網(wǎng)關的作用和工作原理1.網(wǎng)關的定義網(wǎng)關是在采用不同體系結(jié)構(gòu)或協(xié)議的網(wǎng)絡之間進行互聯(lián)時，用于提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡兼容功能的設備，如圖6-1所示。圖6-1網(wǎng)關汽車車載網(wǎng)絡技術網(wǎng)關又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關在傳輸層上以實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)，是最復雜的網(wǎng)絡互聯(lián)設備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡互聯(lián)。網(wǎng)關既可以用于廣域網(wǎng)互聯(lián)，也可以用于局域網(wǎng)互聯(lián)。網(wǎng)關是一種充當轉(zhuǎn)換重任的設備。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達信息不同，網(wǎng)關對收到的信息要重新打包，以適應目標系統(tǒng)的需求。同時，網(wǎng)關也可以提供過濾和安全功能。大多數(shù)網(wǎng)關運行在OSI7層協(xié)議的頂層-應用層。我們知道，從一個房間走到另一個房間，需要經(jīng)過一扇門。同理，從一個網(wǎng)絡向另一個網(wǎng)絡發(fā)送信息，也需要經(jīng)過一道“關口”，這道關口就是網(wǎng)關。顧名思義，網(wǎng)關就是一個網(wǎng)絡連接到另一個網(wǎng)絡的“關口”。網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術2.網(wǎng)關的作用

網(wǎng)關的作用主要體現(xiàn)在以下6個方面：（1）網(wǎng)關可以把局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成可以識別的OBDⅡ診斷數(shù)據(jù)語言，方便診斷。（2）網(wǎng)關可以實現(xiàn)低速網(wǎng)絡和高速網(wǎng)絡的信息共享。（3）與計算機系統(tǒng)中的網(wǎng)關作用一樣，負責接收和發(fā)送信息。（4）激活和監(jiān)控局域網(wǎng)絡的工作狀態(tài)。（5）實現(xiàn)車載網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的同步性。（6）對各種數(shù)據(jù)總線發(fā)送過來的數(shù)據(jù)報文（信息標識符）進行翻譯，如圖6-2所示。圖6-2對數(shù)據(jù)報文進行翻譯網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術簡而言之，網(wǎng)關就是用于連接不同類型的總線系統(tǒng)的設備。如圖6-3所示，通過網(wǎng)關可連接具有不同邏輯和物理性能的總線系統(tǒng)。因此，盡管各個總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率不同，網(wǎng)關仍能保證數(shù)據(jù)交換的正常進行。也就是說，不同傳輸速率的數(shù)據(jù)總線通過網(wǎng)關得以協(xié)同工作，如圖6-4所示。圖6-3通過網(wǎng)關連接不同的總線系統(tǒng)1-線形總線系統(tǒng)（如車身總線）；2-網(wǎng)關；3-環(huán)形總線系統(tǒng)（如MOST）網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術在圖6-4中，傳輸速率為100kbit/s的K-CAN（車身CAN總線）相當于自行車的速度傳輸速率為500kbit/s的PT-CAN（動力傳動系統(tǒng)CAN總線）相當于載貨汽車的速度，傳輸速率為10Mbit/s的安全氣囊系統(tǒng)總線（Byteflight）相當于普通乘用車的速度，傳輸速率為22.5Mbit/s的影音娛樂系統(tǒng)總線（MOST）相當于超級跑車的速度。盡管各個總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)流量都不盡相同，且差異巨大，但在安全和網(wǎng)關模塊（SGM）的統(tǒng)籌安排和指揮調(diào)度下能平穩(wěn)運行、協(xié)同工作。圖6-4不同傳輸速率的數(shù)據(jù)總線通過網(wǎng)關協(xié)同工作網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術如圖6-5所示，不同總線系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)到達網(wǎng)關后，網(wǎng)關要對其進行進一步的處理。在網(wǎng)關中過濾各個信息的速度、數(shù)據(jù)量和緊急程度，并在必要時進行緩沖存儲。同時，還要進行故障的監(jiān)控和診斷工作。圖6-5網(wǎng)關對信息總線的處理網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

3.網(wǎng)關的工作原理

可以用火車站轉(zhuǎn)換旅客的過程來說明網(wǎng)關的工作原理，如圖6-6所示。如圖6-7所示，站臺A到達一列特快列車（動力CAN總線，數(shù)據(jù)傳輸速率為500kbit/s），車上有數(shù)百名旅客。在站臺B上已經(jīng)有一列普快列車（舒適/信息CAN總線，數(shù)據(jù)傳輸速率為100kbit/）在等待，有一些乘客就換到這列普快列車上，有一些乘客要換乘特快列車繼續(xù)旅行。車站/站臺的這種換乘功能，即讓旅客換車，以便通過速度不同的交通工具到達各自目的地的功能，與動力CAN總線和舒適/信息CAN總線兩系統(tǒng)網(wǎng)絡的網(wǎng)關功能是相同的。網(wǎng)關的主要任務是使兩個數(shù)據(jù)傳輸速率不同的系統(tǒng)之間能正常進行信息交換。圖6-6網(wǎng)關的作用與火車站相似圖6-7旅客換乘火車與網(wǎng)關的數(shù)據(jù)交換過程對比網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

（二）網(wǎng)關的安裝位置及其電路在華晨寶馬車系中，中央網(wǎng)關模塊（ZGM）、安全和網(wǎng)關模塊（SGM）、多音頻系統(tǒng)控制器（M-ASK）、便捷進入及起動系統(tǒng)（CAS）、控制顯示（CD）、組合儀表、車身網(wǎng)關模塊（KGM）等控制單元具有網(wǎng)關功能。在一汽奧迪和大眾車系中，根據(jù)車型的不同，網(wǎng)關可能安裝在組合儀表內(nèi)、車上供電控制單元內(nèi)，或設有獨立的網(wǎng)關控制單元。由于通過CAN總線的所有信息都供網(wǎng)關使用，所以網(wǎng)關也用做診斷接口。網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術1.一汽奧迪A8的網(wǎng)關J533

一汽奧迪A8網(wǎng)關J533與CAN舒適、CAN驅(qū)動、CAN擴展、CAN顯示與操作、CAN診斷、FlexRay總線、MOST總線、LIN總線等連接。它安裝在行李箱內(nèi)右側(cè)的電控箱，如圖6-8所示，所連接的總線電路如圖6-9所示。其作用主要有：（1）控制單元聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關；（2）MOST總線環(huán)型斷裂診斷法主診斷控制單元；（3）蓄電池監(jiān)控裝置控制單元J367、發(fā)電機C、穩(wěn)壓器J532等元件使用LIN主控制單元。圖6-8網(wǎng)關J533安裝位置圖6-9網(wǎng)關J533實物和連接電路圖網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

2.一汽大眾速騰網(wǎng)關J533一汽大眾速騰汽車的網(wǎng)關J533負責將動力系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、組合儀表、診斷總線、LIN總線等連成網(wǎng)絡。速騰汽車的網(wǎng)關J533安裝在儀表板下方，加速踏板的上方，如圖6-10所示，其電路如圖6-11所示。需要指出的是，所有控制單元必須先在網(wǎng)關上注冊，經(jīng)網(wǎng)關認證通過之后，才能夠進行正常的通信。圖6-10網(wǎng)關安裝位置圖6-11網(wǎng)關的針腳功能說明網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術一、診斷總線

（一）K診斷總線2000年以前，奧迪、大眾車系使用K診斷總線（簡稱K線）傳輸故障信息。K診斷總線用于汽車故障檢測儀與相應控制單元之間的信息交換，負責網(wǎng)關與故障診斷接口之間的通信。故障信息存儲在控制單元的存儲器中，將故障檢測儀連接到故障診斷接口上，也就實現(xiàn)了故障檢測儀與K診斷總線的連接。由此，就可以讀出相應的故障信息，并進行故障診斷。網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術（二）一汽大眾車系的診斷CAN總線1.“虛擬K線”——診斷CAN總線隨著汽車技術的不斷進步，汽車上的控制單元越來越多，診斷系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也越來越大，K診斷總線已經(jīng)無法滿足信息傳輸流量和傳輸速率的要求。2000年后，奧迪車系、大眾車系開始采用汽車診斷、測量和信息系統(tǒng)VAS5051或汽車診斷和服務信息系統(tǒng)VAS5052來進行自診斷，并通過診斷CAN總線完成診斷控制單元和車上其他控制單元之間的數(shù)據(jù)交換。早期使用的診斷總線（K線或L線）就不再使用了（與廢氣排放監(jiān)控相關的控制單元除外），由診斷CAN總線取而代之。診斷CAN總線也是未屏蔽的雙絞線，其截面面積為0.35mm2。CAN-Low導線是橙/褐色,CAN-High導線是橙/紫色。在全雙工模式時，數(shù)據(jù)傳輸速率為500kbit/s。也就是說，診斷CAN總線可以雙向同時傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

在圖6-12所示的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中，各個控制單元的診斷數(shù)據(jù)經(jīng)各自的數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)骄W(wǎng)關，再由網(wǎng)關利用診斷CAN總線傳輸?shù)焦收显\斷接口。通過診斷CAN總線和網(wǎng)關的快速數(shù)據(jù)傳輸，診斷控制單元就可在連接到車上后快速顯示出車上所裝元件及其故障狀態(tài)。隨著診斷CAN總線的推廣應用，已經(jīng)逐步淘汰控制單元內(nèi)部的故障存儲器（K線存儲器）。因為診斷CAN總線承擔著原來K線的任務，因此，為了“緬懷”K線，習慣上也將診斷CAN總線稱為“虛擬K線”。圖6-12診斷數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)關（J533）利用診斷CAN總線傳輸?shù)焦收显\斷接口網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

2.新型診斷接口診斷CAN總線取代K診斷總線（K線或L線）之后，對車上的故障診斷接口也進行了改進。新型診斷接口的針腳布置如圖6-13所示，各個針腳的用途見表6-1。由表6-1可見，新型診斷接口仍然保留了K線和L線的針腳，以確保系統(tǒng)的向下兼容功能。針腳號導線針腳號導線115號接線柱7K線2-3暫未使用8-13暫未使用4接地14診斷CAN總線（CAN-Low導線）5接地15L線6診斷CAN總線（CAN-High導線）1630號接線柱圖6-13新型診斷接口的針腳布置表6-1各針腳的用途網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

采用診斷CAN總線和新型診斷接口之后，除了需要對汽車故障診斷儀（如VAS5051）進行軟件升級之外，還需要使用新的診斷連接導線（用于連接新型診斷接口和汽車故障診斷儀）。這種與診斷CAN總線匹配的新的診斷連接導線有兩種規(guī)格，其代號分別為VAS5051/5A（長3m）和VAS5051/6A（長5m），如圖6-14所示。圖6-14與診斷CAN總線匹配的新的診斷連接導線網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

如圖6-15所示為汽車故障診斷儀VAS5051與故障診斷接口的連接示意圖，從圖中既可以看診斷連接導線的作用（用于連接新型診斷接口和汽車故障診斷儀），又可以看出故障信息的傳輸過程。就車診斷的步驟、條件及相關說明見表6-2。圖6-15汽車故障診斷儀VAS5051與故障診斷接口的連接示意圖序號診斷條件備注1開始點火開關打開是無法經(jīng)診斷CAN總線來喚醒控制單元點火開關關閉是，但不是在休眠模式2執(zhí)行點火開關打開是點火開關關閉是，但無寫入功能（例如給控制單元編碼）3結(jié)束關閉點火開關來結(jié)束否表6-2就車診斷的步驟、條件及相關說明網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

（三）華晨寶馬車系的診斷CAN總線1.D-CAN總線華晨寶馬車系的診斷CAN總線稱為D-CAN總線。D-CAN總線采用線形、雙線結(jié)構(gòu)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為500kbit/s。連接好寶馬診斷系統(tǒng)后，網(wǎng)關（接線盒控制單元）將寶馬診斷系統(tǒng)的請求傳輸給內(nèi)部總線，之后，應答以相反的方向同時進行。首批采用D-CAN總線的是E70（寶馬X5）和R56（MiniCooper），此后生產(chǎn)的寶馬汽車都已經(jīng)開始采用D-CAN總線。2.D-CAN故障診斷接口采用D-CAN總線之后，華晨寶馬車系的故障診斷接口（故障診斷插座）也進行了相應的改進，淘汰了原來的故障診斷接口，如圖6-16所示。新的、與D-CAN總線匹配的故障診斷接口如圖6-17所示。圖6-16原來的故障診斷接口圖6-17新的、與D-CAN總線匹配的故障診斷接口網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術

D-CAN故障診斷接口（故障診斷插座）安裝在駕駛?cè)藗?cè)儀表板下方，駕駛?cè)俗竽_腳踏板的上方，如圖6-18所示。D-CAN故障診斷接口（故障診斷插座）與診斷儀的連接關系如圖6-19所示。采用D-CAN總線之后，對汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)進行故障診斷時，需要使用光學編程系統(tǒng)OPS或光學檢測和編程系統(tǒng)0PPS及相應的0BD連接導線。圖6-18D-CAN故障診斷接口的安裝位置圖6-19D-CAN故障診斷接口（故障診斷插座）與診斷儀的連接關系網(wǎng)關與診斷總線技術分析汽車車載網(wǎng)絡技術技能實訓網(wǎng)關的認識

實訓內(nèi)容：一汽大眾速騰汽車網(wǎng)關的認識1.車載網(wǎng)絡系統(tǒng)認識（1）一汽大眾速騰汽車或臺架；（2）相關說明書、維修手冊等資料；（3）相關職場健康和安全的信息；（4）相關維修知