專利名稱：汽車can總線系統(tǒng)的故障診斷教學(xué)法與實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸一一汽車運(yùn)用與服務(wù)工程一一知識(shí)的傳播。它是涉及汽
車車載CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、故障診斷、系統(tǒng)檢測(cè)維護(hù)的一種教學(xué)培訓(xùn)方法 與實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置。尤其是可以隨意設(shè)置并去除汽車CAN總線系統(tǒng)的各種故障，反復(fù)提供"故 障再現(xiàn)"，達(dá)到能重復(fù)使用并廣泛傳播新技術(shù)、新知識(shí)的目的。
二背景技術(shù)：
汽車電子技術(shù)發(fā)展十分迅猛，CAN總線與多路信息傳輸技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域， 隨著其產(chǎn)量的增加，CAN總線裝置的價(jià)格也在不斷降低，有向中、低檔汽車覆蓋的趨勢(shì)。如 上海大眾出產(chǎn)的波羅轎車，其售價(jià)人民幣僅ll萬余元，而該車型的動(dòng)力系統(tǒng)卻是采用CAN總 線控制的。CAN總線是廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)制造、制造業(yè)流水線控制、工業(yè)過程控制和機(jī)器 人等領(lǐng)域的先進(jìn)控制技術(shù)，相關(guān)知識(shí)涉及很廣也很深，甚至連一些詞匯，如標(biāo)識(shí)符、循環(huán) 冗余、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)、總線仲裁、總線尋址等，對(duì)于汽車服務(wù)業(yè)來說都是比較陌生的。在汽車 維修服務(wù)和汽車職業(yè)教育中，不一定需要全面掌握CAN總線的所有知識(shí)。了解CAN總線的結(jié) 構(gòu)組成，了解CAN總線系統(tǒng)的工作原理就可以了，在汽車維修服務(wù)行業(yè)和汽車職業(yè)教育中， 重點(diǎn)要掌握的是針對(duì)車載CAN總線與多路信息傳輸系統(tǒng)的故障分析、故障診斷、系統(tǒng)維護(hù)與 維修操作要領(lǐng)等。
當(dāng)前，在汽車服務(wù)行業(yè)全面掌握汽車CAN總線結(jié)構(gòu)原理、工作過程與故障診斷維護(hù)技術(shù) 的工程技術(shù)人員大量缺乏，勞動(dòng)與交通部門組織技能等級(jí)評(píng)定與技術(shù)考核也很難全面涉及到 這些方面。由于其技術(shù)含量高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在交通專業(yè)職業(yè)教育培訓(xùn)中，也很難涉及這 一領(lǐng)域。另一方面，在汽車上直接采集CAN總線系統(tǒng)的電信號(hào)也比較困難，往往還要破壞汽 車上的一些保護(hù)裝置，如進(jìn)行波形測(cè)試時(shí)，需要使用穿線器穿刺導(dǎo)線；使用萬用表測(cè)試動(dòng)態(tài) 信號(hào)時(shí)，常需要挑開線東插接器的防水膠堵才能采集到信號(hào)，這些都很容易破壞汽車原由的 防水性、防塵性、密閉性和抗干擾性，特別是CAN總線系統(tǒng)對(duì)干擾十分敏感，操作中稍有不 甚，就有可能影響CAN的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，進(jìn)而影響整車的動(dòng)力性能和行駛性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一套汽車CAN總線系統(tǒng)的故障診斷教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)裝置。
(一) 教學(xué)方法包括車載CAN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、故障檢修方法和系統(tǒng)維護(hù)方法， 其要點(diǎn)如下
1. 車載CAN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成(1)在電控單元內(nèi)增加了 CAN接收器、轉(zhuǎn)發(fā)器和處理器，在原 電控系統(tǒng)各控制器間增加了兩條雙絞線，減少了大把的線束。(2)分動(dòng)力、舒適和信息娛樂 3套兩絡(luò)，有星形結(jié)構(gòu)和環(huán)形結(jié)構(gòu)2種。(3)采用網(wǎng)關(guān)控制器協(xié)調(diào)髙低速網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。
2. CAN總線的工作原理U)連接多塊電腦并相互傳遞數(shù)據(jù)。(2)可以同時(shí)傳遞多組數(shù)據(jù)， 每一電控單元7—2Qms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。(3)具有優(yōu)先權(quán)順序。
3. CAN總線的檢測(cè)維護(hù)方法(l)故障代碼診斷分析與普通的汽車電控系統(tǒng)傳感器、執(zhí)行 器故障碼有所不同，如驅(qū)動(dòng)總線缺乏來自ABS的信息(ABS控制單元未做匹配造成的)； 集團(tuán)數(shù)據(jù)總線通訊錯(cuò)誤(網(wǎng)關(guān)控制器不能通訊造成的)。(2)數(shù)據(jù)流分析與一般電控系統(tǒng) 數(shù)據(jù)分析一樣，只是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障也會(huì)造成相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)生變化。(3)波形分析這是判斷 CAN總線系統(tǒng)鏈路故障的主要手段，是通過示波器，以波形圖的形式檢査高速CAN與低速CAN 的工作情況。(4)控制器匹配、自適應(yīng)調(diào)整這是汽車維修服務(wù)過程中經(jīng)常要做的事情。在 沒有釆用CAN控制的汽車上，電腦(電控單元)壞了，我們買一塊新的換上就可以了。而現(xiàn) 在許多車型更換電腦后不能馬上工作，還要對(duì)電腦進(jìn)行編碼、對(duì)控制器或執(zhí)行器做自適應(yīng)匹 配等操作才能正常工作。
(二) 汽車CAN總線與多路信息傳輸系統(tǒng)的故障類型與維修措施故障類型有3類。 一類是 電源故障，由于電源系統(tǒng)電壓低，引起控制器無法正常工作。二是節(jié)點(diǎn)故障，多路信息傳輸 系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)連接的各個(gè)電控單元，因此節(jié)點(diǎn)故障即電控單元本身有故障。三是鏈路故 障，因多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路不暢通，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常通訊。
1、 電源故障
汽車多路傳輸系統(tǒng)的核心部分是含有通訊IC芯片的電控單元，電控單元的正常工作電壓 一般在10.5—一15V的范圍內(nèi)，如果汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，就會(huì)使一些對(duì) 工作電壓要求較髙的電控單元出現(xiàn)短暫的停止工作，進(jìn)而使整個(gè)汽車多路信息傳輸系統(tǒng)出現(xiàn) 無法通訊故障。維修措施一般是更換電瓶或消除導(dǎo)致電源電壓過低的根源，確保電源電壓在 10. 5V以上。
2、 節(jié)點(diǎn)故障
節(jié)點(diǎn)是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)中連接的各個(gè)電控單元，它包括電控單元的軟件故障和硬 件故障兩種。軟件故障，即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，進(jìn)而使汽車多路信息傳輸系 統(tǒng)通訊出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修-還有一類是新更換的節(jié) 點(diǎn)(電控單元)，沒有激活或匹配軟件，致使新更換的節(jié)點(diǎn)軟件不能正常工作而出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障。 硬件故障， 一般是由于電控單元內(nèi)通訊芯片或集成電路損壞，使電控單元無法工作而造成汽 車多路信息傳輸系統(tǒng)無法正常工作。這種故障一般單獨(dú)出現(xiàn)，采用更換電控單元并重新自適 應(yīng)匹配的方式修復(fù)。 3、鏈路故障
鏈路是指各節(jié)點(diǎn)間的通訊連接線路。鏈路故障即數(shù)據(jù)通訊線路出現(xiàn)故障，如短路、斷路 以及線路因物理性質(zhì)改變而引起的通訊信號(hào)衰減或失真，這些西素常常會(huì)引起多個(gè)電控單元 無法正常工作或控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。判斷是否為鏈路故障一般采用示波器或汽車專用的 光纖診斷儀，觀察當(dāng)前數(shù)據(jù)通訊信號(hào)是否與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊信號(hào)相符。維修方法一般是修復(fù)短 路、斷路的雙紋線線路，或消除改變雙絞線物理性質(zhì)的根源等。
實(shí)驗(yàn)裝置則是由車載CAN系統(tǒng)的全部部件總成(1)實(shí)物構(gòu)成的，包括所有參與CAN數(shù)據(jù) 交換的控制器、雙絞線、傳感器和執(zhí)行器、診斷接口、儀表總成、點(diǎn)火開關(guān)等構(gòu)成。把這些 參與CAN數(shù)據(jù)交換的全部汽車部件按實(shí)車位置擺放，集中固定在一塊面板上，面板繪制電路 圖，電路圖上安裝測(cè)試端子用于直接測(cè)量網(wǎng)絡(luò)通訊電信號(hào)，測(cè)試端子后面的連接電路按照實(shí) 車端子位置連接到各個(gè)控制器，使CAN系統(tǒng)能夠正常工作并交換數(shù)據(jù)。面板固定在一個(gè)箱體 (2)上
在箱體下面設(shè)計(jì)制作一個(gè)支架(3),支架(3)的底部安裝帶自鎖裝置的角輪(4)，箱 體(2)與支架(3)的連接是活動(dòng)的，可以平置，也可以直立起來方便教學(xué)。箱體下面安裝 一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)(5),將汽車點(diǎn)火開關(guān)與電動(dòng)機(jī)電連接，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車發(fā)電機(jī)(6)，同 時(shí)也驅(qū)動(dòng)汽車的曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器，以便確定正確的點(diǎn)火正時(shí)與噴油正時(shí)。
上述裝置安裝完成以后，啟動(dòng)汽車點(diǎn)火開關(guān)，汽車CAN總線系統(tǒng)就能夠工作。故障設(shè)置 則是通過故障設(shè)置開關(guān)、計(jì)算機(jī)和遙控器實(shí)現(xiàn)CAff系鏡的高位、低位的斷路、對(duì)地短路和相 互之間短路等，也可使用汽車故障診斷儀修改各控制器編碼。故障診斷與檢修的方法如前述 (—)、(二 )。
具體結(jié)構(gòu)形式知附閣
四

附圖l:是汽車CAN總線系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)抅圖。
1. 是車載CAN系統(tǒng)的全部部件總成實(shí)物
2. 是固定面板的箱體
3. 是實(shí)驗(yàn)裝置的支架
4. 是帶自鎖裝置的角輪
5. 是一臺(tái)小型的電動(dòng)機(jī)
6. 是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)
7. 故障設(shè)置盒
8. 是手動(dòng)故障設(shè)置面板
9. 是故障設(shè)置遙控器
10. 是故障設(shè)置與診斷計(jì)算機(jī)
附圖2:是汽車CAN總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與斷路故障發(fā)生的示意圖，其中
1. 是發(fā)動(dòng)機(jī)控制器
2. 是ABS控制器
3. 是自動(dòng)變速器控制器
4. 是安全氣囊控制器
5. 是儀表控制器
6. 是網(wǎng)管控制器
a.以及箭頭所指位置表明網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)斷路，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法通訊
附圖3:是汽車CAN總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與信號(hào)衰減故障發(fā)生的示意圖，其中
a.以及箭頭所指位置表明該處正在發(fā)生信號(hào)衰減的故障，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸質(zhì)量邊差
五、具體實(shí)施方案
在支架下面安裝一個(gè)帶蓋的故障設(shè)置盒(7)與故障設(shè)置面板，故障設(shè)置面板上安裝故障 設(shè)置開關(guān)(8),故障設(shè)置開關(guān)與CAN系統(tǒng)根據(jù)原車線路采用電路連接，通過撥動(dòng)故障設(shè)置面 板上的故障設(shè)置開關(guān)(8)，就可以實(shí)現(xiàn)汽車CAN總線系統(tǒng)斷路、對(duì)地短路和相互短路的不同 類型故障。這些故障的形式與類別有多種，都能引發(fā)控制器報(bào)錯(cuò)并存儲(chǔ)故障代碼。這與汽車 在實(shí)際使用中發(fā)生CAN系統(tǒng)的常見故障是完全一致的。
故障設(shè)置的方式還有另外兩種方式l.使用計(jì)算機(jī)(10)遠(yuǎn)程設(shè)置，2.使用遙控器(9) 遠(yuǎn)程設(shè)置，以增加故障設(shè)置的隱蔽性與突發(fā)性，增強(qiáng)教學(xué)效果并提供考核功能。
通過使用汽車故障診斷儀連接診斷接口，還可以設(shè)置"控制器編碼錯(cuò)誤"的故障，這些 故障類型也能引發(fā)控制器報(bào)錯(cuò)并存儲(chǔ)故障代碼。使用汽車故障診斷儀重新按正確的編碼操作, 就可以消除故障。這與更換控制器后未及時(shí)做控制器匹配所出現(xiàn)的故障形式是一致的。
故障設(shè)置盒(7)實(shí)際上是一個(gè)控制模塊，可控制進(jìn)、出線路的接通、斷路、對(duì)地短路和 各線路之間的相互短路，通過故障設(shè)置開關(guān)(8)、計(jì)算機(jī)(10)或遙控器(9)來控制，就可 以模擬汽車CAN系統(tǒng)的各種故障，這些故障與實(shí)車上發(fā)生的CAN系統(tǒng)故障是一致的。當(dāng)故障 發(fā)生以后，可使用汽車故障診斷儀連接故障診斷接口讀取并分析故障代碼、數(shù)據(jù)流。也可以 使用示波器連接電路圖上的測(cè)試端子測(cè)試CAN的波形，此時(shí)不必如在實(shí)車上測(cè)試時(shí)需要用刺 線器穿剌網(wǎng)線，直接在測(cè)試端子上測(cè)量就可以了，這種方式還可以鍛煉大家電路分析的能力。 還可以使用萬用表從電路圖上的測(cè)試端子讀取各種電信號(hào)，用于分析判斷故障原因，找出真 正故障點(diǎn)所在。
權(quán)利要求
1.汽車CAN總線系統(tǒng)的故障診斷教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于涉及汽車車載CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、故障診斷、系統(tǒng)檢測(cè)維護(hù)的一種教學(xué)培訓(xùn)方法與實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是實(shí)驗(yàn)裝置可以隨意設(shè)置并去除汽車CAN總線系統(tǒng)的各種故障，反復(fù)提供“故障再現(xiàn)”，達(dá)到能重復(fù)使用并廣泛傳播新技術(shù)、新知識(shí)的目的。
2. 如權(quán)利要求l的方法，其特征在于針對(duì)汽車維修服務(wù)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、汽車維修與檢測(cè)職 業(yè)教育以及考核，提出了有關(guān)教育培訓(xùn)要點(diǎn)。
3. 如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于釆用汽車CAN總線系統(tǒng)總成實(shí)物制作，并按實(shí) 車位置擺放，集中固定在一塊面板上，面板繪制電路圖，電路圖上安裝測(cè)試端子用于直接 測(cè)量網(wǎng)絡(luò)通訊電信號(hào)，測(cè)試端子后面的連接電路按照實(shí)車端子位置連接到各個(gè)控制器，使 CAN系統(tǒng)能夠正常工作并交換數(shù)據(jù)。面板固定在一個(gè)箱體(2)上。
4. 如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于在箱體下面設(shè)計(jì)制作一個(gè)支架(3),支架(3) 的底部安裝帶自鎖裝置的角輪'(4)，箱體(2)與支架(3)的連接是活動(dòng)的，可以平置， 也可以直立起來方便教學(xué)。箱體下面安裝一臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)(5)，將汽車點(diǎn)火開關(guān)與電動(dòng) 機(jī)電連接，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)汽車發(fā)電機(jī)(6)，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)汽車的曲軸位置傳感器與凸輪軸位 置傳感器，以便確定正確的點(diǎn)火正時(shí)與噴油正時(shí)。
5. 如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于故障設(shè)置是通過故障設(shè)置開關(guān)、計(jì)算機(jī)和遙控 器實(shí)現(xiàn)CAN系統(tǒng)的髙位、低位的斷路、對(duì)地短路和相互之間短路。
6. 如前述任一權(quán)利要求的方法，其特征在于故障設(shè)置盒(7)實(shí)際上是一個(gè)控制模塊，可 控制進(jìn)、出線路的接通、斷路、對(duì)地短路和各線路之間的相互短路，通過故障設(shè)置開關(guān)(8)、 計(jì)算機(jī)U0)或遙控器(9)來控制，就可以模擬汽車CAN系統(tǒng)的各種故障。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車車載CAN總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、故障診斷、系統(tǒng)檢測(cè)維護(hù)的一種教學(xué)培訓(xùn)方法與實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)裝置。尤其是可以隨意設(shè)置并去除汽車CAN總線系統(tǒng)的各種故障，反復(fù)提供“故障再現(xiàn)”，達(dá)到能重復(fù)使用并廣泛傳播新技術(shù)、新知識(shí)的目的。其特征是公開了一種汽車CAN總線系統(tǒng)的故障診斷教學(xué)方法要點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置則是由車載CAN系統(tǒng)的全部部件總成(1)實(shí)物構(gòu)成的，按實(shí)車位置擺放，集中固定在一塊面板上，面板固定在一個(gè)箱體(2)上。在箱體下面設(shè)計(jì)制作一個(gè)支架(3)，支架(3)的底部安裝帶自鎖裝置的角輪(4)，箱體(2)與支架(3)的連接是活動(dòng)的，可以平置，也可以直立起來方便教學(xué)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101174369SQ20071005979
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者單文濤, 幺居標(biāo), 楊連福, 征 王, 陶雷進(jìn), 韓學(xué)軍 申請(qǐng)人:天津市優(yōu)耐特汽車電控技術(shù)服務(wù)有限公司