車載局域網(wǎng) 課件 學習任務5：MOST總線系統(tǒng)的檢修

《車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的檢修》授課人：建議課時：4課時目錄CONTENTS車載網(wǎng)絡系統(tǒng)常用工具的使用LIN總線系統(tǒng)的檢修CAN總線系統(tǒng)的檢修FlexRay總線系統(tǒng)的檢修MOST總線系統(tǒng)的檢修學習任務2學習任務3學習任務4學習任務5學習任務1任務目標1．知識目標（1）了解光學總線系統(tǒng)的概念（2）熟悉MOST總線系統(tǒng)、Byteflight總線系統(tǒng)的定義及應用（3）掌握MOST總線系統(tǒng)、Byteflight總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸原理（4）掌握MOST總線故障診斷方法2.能力目標（1）能夠分析光學總線系統(tǒng)光學傳輸信號的衰減（2）能夠讀識和分析MOST總線系統(tǒng)、Byteflight總線系統(tǒng)電路（3）能夠?qū)OST總線系統(tǒng)、Byteflight總線系統(tǒng)進行診斷測量并分析（4）能夠確定MOST總線系統(tǒng)、Byteflight總線系統(tǒng)故障并進行相應維修（5）能夠掌握光導纖維的維修方法任務導入某4S店接到車主維修委托，據(jù)悉車輛信息為A6L2.0T，行駛里程1萬km，存在主要故障為：MMI無法打開。經(jīng)過維修師傅通過用VAS5052來診斷J533，明確有光學斷路故障，其他MOST-Bus控制單元無法到達。J533是通過什么來傳遞每個控制單元的故障信息？J533負責MOST-Bus的故障診斷，系統(tǒng)正常運行時，J533通過光環(huán)來傳遞每個控制單元的故障信息。若MOST-Bus系統(tǒng)有故障，J533在故障診斷線路的幫助下進行環(huán)形斷路故障診斷。通過J533診斷線對控制單元診斷的順序是什么？光學總線系統(tǒng)概述5.1在現(xiàn)今汽車影音娛樂和信息顯示系統(tǒng)中，為保證音質(zhì)清晰畫面流暢，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，對傳輸速率要求也很高。CAN總線的信息傳輸能力在這方面顯得力不從心、捉襟見肘。為滿足上述要求，特別開發(fā)了光學總線系統(tǒng)。目前，汽車光學總線系統(tǒng)主要有DDB、MOST和Byteflight三個類型。其中，DDB技術(shù)主要運用于早期的奔馳車系的影音娛樂系統(tǒng)，而寶馬和奧迪車系的影音娛樂系統(tǒng)則采用MOST。Byteflight技術(shù)是BMW車系獨有的，應用于寶馬車系集成化智能安全系統(tǒng)（Intelli-gentSafetyIntegratedSystem，IsIs）的安全氣囊控制系統(tǒng)。在三類光學總線中，以MOST的應用最為廣泛。光學傳輸5.11.信號的光學傳輸與電傳輸信號不同，光學傳輸是利用光來傳輸信號的。數(shù)字信號借助發(fā)光二極管被轉(zhuǎn)換成光信號,

光學傳輸與電傳輸?shù)膮^(qū)別如圖所示。光信號通過光導纖維（光纜）傳輸?shù)较乱粋€控制單元。在該控制單元上，光敏二極管把光信號重新轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。光學傳輸5.12.光學傳輸?shù)膬?yōu)點在光學總線中，相關(guān)部件之間的數(shù)據(jù)交換是以數(shù)字方式進行的。通過光波進行數(shù)據(jù)傳輸有導線少且重量輕的優(yōu)點，另外傳輸速度也快得多。與無線電波相比，光波的波長更短，因此它不會產(chǎn)生電磁干擾，同時對電磁干擾也不敏感。這些決定了其具有傳輸速率高、抗干擾能力強的特點。光學總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能5.13.光學傳輸控制單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在光學總線中，每一個總線用戶（譬如收音機、CD唱機視頻導航儀等）都有一個光學傳輸控制單元，用于實現(xiàn)光學傳輸?shù)男盘栒{(diào)制、解調(diào)和控制。光學傳輸控制單元由內(nèi)部供電裝置、收發(fā)單元光導發(fā)射器（FOT）、MOST-收發(fā)機、標準微控制器（CPU）、光導插頭、電氣插頭、專用部件等組成，如圖所示。光學總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能5.1（1）光導插頭。光導插頭用于實現(xiàn)光導纖維與光學傳輸控制單元之間的連接。光信號通過光導插頭進入光學傳輸控制單元，或?qū)⒈究刂茊卧a(chǎn)生的光信號通過光導插頭、光導纖維傳往下一個光學傳輸控制單元（總線用戶）。（2）電氣插頭。電氣插頭用于系統(tǒng)供電、系統(tǒng)故障自診斷以及輸入輸出信號的傳輸。（3）內(nèi)部供電裝置。內(nèi)部供電裝置由電氣插頭送入的電能再由內(nèi)部供電裝置分送到各個部件，這樣就可以有選擇地單獨關(guān)閉控制單元內(nèi)某一部件，從而降低了靜態(tài)電流。光學總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能5.1（4）收發(fā)單元光導發(fā)射器。收發(fā)單元光導發(fā)射器由一個光敏二極管和一個發(fā)光二極管構(gòu)成，到達的光信號由光敏二極管轉(zhuǎn)換成電壓信號（實現(xiàn)由光到電的轉(zhuǎn)變）后傳至MOST-收發(fā)機。發(fā)光二極管的作用是把來自MOST-收發(fā)機的電壓信號再轉(zhuǎn)換成光信號（實現(xiàn)由電信號到光信號的轉(zhuǎn)變）。光學傳輸中使用的光波波長為650nm是可見紅光，如圖所示。數(shù)據(jù)經(jīng)光波調(diào)制后傳送，調(diào)制后的光經(jīng)由光導纖維傳到下一個控制單元。波長為650nm可見紅光光學總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能5.1（5）MOST-收發(fā)機。MOST-收發(fā)機由發(fā)射器和接收器兩個部件組成。發(fā)射器將要發(fā)送的信息作為電壓信號傳至光導發(fā)射器。接收器接收來自光導發(fā)射器的電壓信號并將所需的數(shù)據(jù)傳至控制單元內(nèi)的“標準微控制器”（CPU）。其他控制單元不需要的信息由收發(fā)器來傳送，而不是將數(shù)據(jù)傳到CPU上，這些信息原封不動地發(fā)送至下一個控制單元。（6）標準微控制器。標準微控制器是控制單元的核心元件，它的內(nèi)部有一個微處理器，作用為操縱控制單元的所有基本功能。（7）專用部件。專用部件用于控制某些專用功能，例如CD播放機的選曲和收音機調(diào)諧器的控制（選擇廣播電臺頻率）等。光學傳輸信號的光電效應5.1光電效應：如果入射光或紅外線照射到PN結(jié)上，PN結(jié)內(nèi)就會產(chǎn)生自由電子和空穴，從而形成穿越PN結(jié)的電流。照射到光敏二極管上的入射光越強，流過光敏二極管的電流就越大，這個現(xiàn)象稱為光電效應。光學傳輸信號的衰減5.1光纖的作用是將在控制單元發(fā)射機內(nèi)生成的光波導接收器向其他的控制單元的接收機。光纖一般由幾層材料組成，其中，內(nèi)芯線是光纖的中心部分，它由聚甲基丙烯酸甲酯組成，并且是真正的光導體。由于全反射原理，當光穿過它時，幾乎無任何損耗。全反射需要在內(nèi)芯線外面使用光學上透明的含氟聚合物的覆蓋層，黑色聚酞胺覆蓋層保護內(nèi)芯線，阻止外發(fā)射器遠程控制單元部入射光的射入。彩色覆蓋層用于進行識別，防止發(fā)生光導纖維的作用是傳輸光波機械損傷并起著熱保護的作用。MOST總線系統(tǒng)5.21.MOST總線的定義MOST總線是MediaOrientedSystemsTransport的縮寫。也就是說，MOST總線是一種主要用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡系統(tǒng)，該系統(tǒng)將符合地址的信息MOST傳送到某一接收器上，但與CAN數(shù)據(jù)總線不同。通過采用MOST總線，可以減小連接各部件的線束的質(zhì)量，也可以減輕系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)人員的負擔，最終在用戶處實現(xiàn)各種設(shè)備的集中控制。MOST總線系統(tǒng)5.22.MOST總線的應用MOST總線可連接汽車音響系統(tǒng)、視頻導航系統(tǒng)、車載電視、高保真音頻放大器、車載電話、多碟CD播放器等模塊，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達22.5Mbit/s，且沒有電磁干擾。因此，目前高端汽車上大多采用MOST系統(tǒng)連接其車載影音娛樂系，奧迪A8汽車信息及娛樂多媒體系統(tǒng)如圖所示。奧迪A8汽車信息及娛樂多媒體系統(tǒng)MOST總線系統(tǒng)5.23.MOST總線的環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)MOST總線系統(tǒng)采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu),控制單元通過光導纖維沿環(huán)形方向?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到下一個控制單元。這個過程一直在持續(xù)進行，直至首先發(fā)出數(shù)據(jù)的控制單元又接收到這些數(shù)據(jù)為止。可以通過數(shù)據(jù)總線自診斷接口和診斷CAN總線來對MOST系統(tǒng)進行故障診斷。MOST總線的數(shù)據(jù)傳輸5.21.信息幀（1）脈沖頻率MOST系統(tǒng)管理器以44.1kH2的脈沖頻率向環(huán)形總線上的下一個控制單元發(fā)送信息幀（Frames）。由于使用了固定的時間光柵和脈沖頻率，MOST系統(tǒng)允許傳遞同步數(shù)據(jù)。在MOST系統(tǒng)中，音頻和視頻信息必須以同步數(shù)據(jù)形式，用相同的時間間隔來發(fā)送。MOST系統(tǒng)采用的44.1kHz這個固定的脈沖頻率與數(shù)字式音頻、視頻裝置（如CD機、DVD機、DAB收音機）的傳輸頻率是相同的，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的脈沖頻率同步。（2）信息幀的結(jié)構(gòu)，如圖所示。在MOST系統(tǒng)中，一個信息幀的大小為64字節(jié)（1字節(jié)＝8bit），可分為起始區(qū)、分界區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、狀態(tài)區(qū)、奇偶校驗區(qū)和2個檢驗字節(jié)。

MOST總線的數(shù)據(jù)傳輸5.2MOST信息幀的結(jié)構(gòu)①起始區(qū)。起始區(qū)表示一個信息幀的開始，每段信息幀都有自己的起始區(qū)。②分界區(qū)。分界區(qū)用于區(qū)分起始區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。MOST總線的數(shù)據(jù)傳輸5.2③數(shù)據(jù)區(qū)。MOST總線在數(shù)據(jù)區(qū)最多可將60字節(jié)的有效數(shù)據(jù)發(fā)送到控制單元。數(shù)據(jù)分為兩種類型:一種是同步數(shù)據(jù)，如音頻和視頻信息；另一種是異步數(shù)據(jù)，如圖片、用于計算的信息及文字信息等。數(shù)據(jù)區(qū)的分配，如圖所示，數(shù)據(jù)區(qū)的異步數(shù)據(jù)在0-36字節(jié)之間，同步數(shù)據(jù)在24-60字節(jié)之間，同步數(shù)據(jù)的傳輸具有優(yōu)先權(quán)。異步數(shù)據(jù)根據(jù)發(fā)射器/接收器的地址（標識符）和可用異步總?cè)萘?，?字節(jié)為一個數(shù)據(jù)包被記錄并發(fā)送到接收器上。數(shù)據(jù)區(qū)的分配MOST總線的數(shù)據(jù)傳輸5.2④校驗字節(jié)。兩個校驗字節(jié)，傳送發(fā)射器/接收器地址（標識符）和接收器的控制指令（如放大器音量增大或音量減?。┬畔?。一個信息組中的校驗字節(jié)在控制單元內(nèi)匯成一個校驗信息幀。一個信息組中有16個信息幀。校驗信息幀內(nèi)包含控制和診斷數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由發(fā)射器傳送到接收器，稱之為根據(jù)地址進行的數(shù)據(jù)傳輸。這些信息包括:發(fā)射器與前部信息控制單元之間的通信、接收器與音頻放大器之間的通信以及控制信號（音量增大或音量減?。┑?。⑤狀態(tài)區(qū)。信息幀的狀態(tài)區(qū)包含用于給接收器發(fā)送信息幀的信息。⑥奇偶校驗區(qū)。奇偶校驗區(qū)用于最后檢查數(shù)據(jù)的完整性，該區(qū)的內(nèi)容將決定是否需要重復一次發(fā)送過程。MOST總線測驗題5.2引導問題1：請寫出光學傳輸控制單元中數(shù)字代表的總成或元件名稱，并說明其作用。MOST總線測驗題5.2引導問題2：請寫出光導纖維結(jié)構(gòu)圖中數(shù)字代表的結(jié)構(gòu)名稱，并說明其作用。MOST總線測驗題5.2引導問題3：簡述光電效應原理MOST總線測驗題5.2引導問題4：MOST總線的拓撲結(jié)構(gòu)是（

）。A.環(huán)形B.總線型C.星型D.樹形引導問題5：以下（

）是MOST總線的主要應用系統(tǒng)。A.遠程汽車檢測系統(tǒng)B.多媒體娛樂系統(tǒng)C.動態(tài)駕駛控制系統(tǒng)D.自適應巡航系統(tǒng)MOST總線測驗題5.2引導問題6：MOST信息幀的結(jié)構(gòu)，請寫出圖中數(shù)字代表的結(jié)構(gòu)名稱，并說明其作用。MOST總線故障診斷方法5.21.診斷管理器除系統(tǒng)管理器外，MOST總線還有一個診斷管理器，診斷管理器執(zhí)行環(huán)路斷開診斷，并將MOST總線上的控制單元診斷數(shù)據(jù)傳給診斷控制單元。在奧迪A82003年款汽車上，數(shù)據(jù)總線診斷接口J533就是執(zhí)行自診斷功能的。2.系統(tǒng)故障如果在數(shù)據(jù)傳輸過程中，MOST總線診斷管理器上的某一位置處發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸中斷，就無法完成正常的數(shù)據(jù)傳輸任務。由于MOST總線是環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此將這種數(shù)據(jù)傳輸中斷稱為環(huán)路斷開，亦即總線斷路。發(fā)生環(huán)路斷開后，音頻和視頻播放會終止，通過多媒體操縱單元無法控制和調(diào)節(jié)影音娛樂系統(tǒng)。同時，診斷管理器的故障存儲器中存有故障信息“光纖數(shù)據(jù)總線斷路”。光導纖維斷路、發(fā)射器或接收器控制單元的供電電路故障以及發(fā)射器或接收器控制單元本身損壞等原因均可能導致MOST總線系統(tǒng)出現(xiàn)環(huán)路斷開。要想確定出現(xiàn)環(huán)路斷開的具體位置，就必須進行環(huán)路斷開診斷。環(huán)路斷開診斷是診斷管理器執(zhí)行元件診斷內(nèi)容的一部分。MOST總線故障診斷方法5.23.環(huán)路斷開診斷（1）診斷導線與詢問脈沖如果MOST總線上出現(xiàn)環(huán)路斷開，MOST總線將無法進行數(shù)據(jù)傳輸。為準確判斷出發(fā)生環(huán)路斷開的具體位置，需要使用診斷導線來進行環(huán)路斷開診斷。診斷導線通過中央導線連接器與MOST總線上的各個控制單元相連，如圖所示。環(huán)路斷開診斷開始后，診斷管理器通過診斷導線向各控制單元發(fā)送一個詢問脈沖。這個詢問脈沖使得所有控制單元用光導發(fā)射器（FOT）內(nèi)的發(fā)射單元發(fā)出光波信號。在此過程中，所有控制單元檢查自身的供電及其內(nèi)部的電控功能是否正常，同時，接收環(huán)形總線上的前一個控制單元發(fā)出的光波信號。診斷導線與MOST總線上各個控制單元相連MOST總線故障診斷方法5.24.信號衰減幅度增大的診斷MOST系統(tǒng)環(huán)路斷開診斷只能用于判定數(shù)據(jù)傳輸是否中斷。診斷管理器還有信號衰減幅度增大的診斷功能，如圖所示，即通過監(jiān)測MOST系統(tǒng)傳輸光波功率的降低來判斷光學系統(tǒng)在信號傳輸過程中是否存在信號衰減幅度過大的故障。信號衰減幅度增大的診斷與環(huán)路斷開診斷的方法和過程是類似的，也要使用診斷管理器和診斷導線。其判別標準是:如果控制單元接收到的光波功率較前一個控制單元發(fā)出的光波功率有3dB及3dB以上的衰減，則接收器就會向診斷管理器報告發(fā)生了“光學故障”。據(jù)此，診斷管理器就可識別出故障點，并且在用檢測儀查尋故障時會給出相應的幫助信息。MOST總線故障診斷方法5.2信號衰減幅度增大的診斷Byteflight總線系統(tǒng)5.31.Byteflight的功能與發(fā)展Byteflight系統(tǒng)是由BMW與Motorola、Elmos、Infineon合作開發(fā)的，主要用于傳輸時間上要求特別緊迫的安全氣囊系統(tǒng)數(shù)據(jù)。Byteflight系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，可以滿足對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求非常高的汽車安全氣囊系統(tǒng)的要求，且可在強電磁干擾條件下可靠地傳輸數(shù)據(jù)。Byteflight在ISIS（智能安全集成系統(tǒng)）和ASE（高級安全電子設(shè)備）中使用，這兩個安全系統(tǒng)負責控制安全氣囊、安全帶拉緊裝置和斷開安全蓄電池接線柱。其首次安裝在BMW的E65、E66、E67型上，用于安全氣囊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。此后，又安裝于E85、E60、E61、E63和E64車型上。Byteflight總線系統(tǒng)5.32.Byteflight總線的拓撲結(jié)構(gòu)Byteflight系統(tǒng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，星形拓撲結(jié)構(gòu)的特點是一主多副，即系統(tǒng)有一個主控單元和多個副控單元（亦稱從屬控制單元）。副控單元（從屬控制單元）通過一根單獨的導線（光導纖維）連接到主控單元（上級控制單元）上。Byteflight總線的數(shù)據(jù)傳輸5.31.Byteflight的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Byteflight有多個集成了碰撞傳感器的控制單元安裝在車輛內(nèi)的關(guān)鍵位置處。它們通過總線系統(tǒng)與SIM或SGM連接。系統(tǒng)不斷查詢所有碰撞傳感器信息，并將數(shù)據(jù)分配給所有衛(wèi)星式控制單元。同CAN總線一樣，數(shù)據(jù)也通過數(shù)據(jù)電碼傳輸，除數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量外數(shù)據(jù)電碼結(jié)構(gòu)完全相同。Byteflight可傳輸最長為12個字節(jié)的數(shù)據(jù)。Byteflight系統(tǒng)數(shù)據(jù)電碼結(jié)構(gòu)如圖所示。Byteflight系統(tǒng)數(shù)據(jù)電碼結(jié)構(gòu)Byteflight總線的數(shù)據(jù)傳輸5.3Byteflight結(jié)合了同步和異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點因此能夠確保重要信息的快速訪問時間和次要信息的靈活使用。SIM或SGM發(fā)出一個同步脈沖，其他控制單元必須遵守該脈沖。Byteflight數(shù)據(jù)電碼分為優(yōu)先級較高的電碼和優(yōu)先級較低的電碼兩類，電碼優(yōu)先級如圖所示。數(shù)據(jù)優(yōu)先級通過標識符進行識別標識符允許范圍位于1255之間，其中1表示最高優(yōu)先級。優(yōu)先級較高的信息是碰撞傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級較低的信息一般是系統(tǒng)狀態(tài)信息和系統(tǒng)故障診斷信息。電碼優(yōu)先級光導纖維的使用及維修5.41.操作光導纖維時的注意事項操作帶有光導纖維的汽車線束時需要特別小心、謹慎與普通銅芯電線不同，光導纖維受損后一般不會立即導致故障，而是在日后使用中逐漸顯現(xiàn)出來。為確保光導纖維的信號衰減幅度不致過大，在使用中需要特別注意以下事項:（1）彎曲半徑不宜過小。玻璃光導纖維的曲率半徑不可小于50mm，塑料光導纖維的彎曲半徑不可小于25mm。為穩(wěn)妥起見，在實際使用中，一般把光導纖維的彎曲半徑控制在50mm以上。50mm大致與可口可樂飲料罐的直徑相當。若彎曲半徑過小，則在曲率過小處光線射出，光束不能再正確反射。如圖所示。輕者會影響其功能，重者會損壞光導纖維。在曲率過小處光線射出，光束不能再正確反射光導纖維的使用及維修5.4（2）不許彎折。在操作、使用光導纖維時，絕對不允許對其進行彎折，即使是一度短暫的彎折也不允許。因為這樣會損壞光導纖維的纖芯和包層，光線將在彎折處產(chǎn)生部分散射，造成信號衰減急劇加大，甚至會損壞光導在曲率過小處光線纖維，如圖所示。光線在彎折處產(chǎn)生散射，造成信號衰減急劇加大光導纖維的使用及維修5.4（3）不準擠壓。任何情況下都不得擠壓光導纖維。因為射出，光束不能再正確反射光導纖維橫斷面會由于壓力作用而變形，導致信號衰減加大，如圖所示。在裝配線束時無意的踩踏以及將線束捆扎帶勒得過緊，都會導致光導纖維受壓變形，必須予以高度重視。（4）嚴禁摩擦、磨損。與普通銅質(zhì)導線不同光導纖維的磨損不會導致短路，但磨損處會導致光線損失或外來光線射人，系統(tǒng)被干擾或完全失靈，如圖所示。因此，在車上安裝、布置帶有光導纖維的線束時，要特別注意避免產(chǎn)生摩擦、磨損，尤其是線束穿越車身孔、壁處時，尤需妥善處理。光導纖維受壓變形，導致信號衰減加大光導纖維磨損處光線損失，外來干擾光線射入光導纖維的使用及維修5.4（5）嚴禁拉伸。過度的拉伸作用會使光導纖維產(chǎn)生“頸縮”，纖芯的橫斷面減小，光通量減小，影響光波的正常傳輸，如圖所示。因此，在布置光導纖維線束時，應留有一定的長度余量，不可使之受拉力作用。拉伸作用會使光導纖維產(chǎn)生“頸縮”，影響光波的正常傳輸光導纖維的使用及維修5.4（6）嚴禁過熱。光導纖維過熱一般不會立即導致故障，但在日后使用中，其性能會逐漸劣化，直至損壞。因此，在布置光導纖維線束時，應遠離發(fā)動機機體散熱器（空調(diào)暖風、駐車加熱裝置等）、變速器等熱源。再者，如需在車上進行油漆烘干或焊接作業(yè)時，溫度不允許超過85℃。必要時，可先拆下光導纖維，再實施上述作業(yè)任務。（7）嚴禁浸水。盡管光導纖維本身具有防水保護層，并不怕