汽车电器系统检修一体化教学设计项目九.docx
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汽车电器系统检修一体化教学设计项目九
《汽车电气设备构造及维修》
一体化教学设计（教案）
至学年第学期第周授课顺序
【课题名称】
项目九汽车局域网系统检修
【课时安排】
24课时
【授课日期】
【授课班级】
【教学目标】
知识
目标
1．通过学习，能正确描述常见CAN、LIN总线系统的组成构造、工作原理及系统的控制方法和原理；
2．通过学习能完成CAN、LIN总线系统故障诊断。
能力
目标
1．能够正确更换汽车CAN、LIN总线系统；
2．会分析诊断和排除CAN、LIN总线系统常见故障
素质
目标
1．形成良好的纪律观念，遵守行业法律法规；
2．树立工具、设备使用的安全意识；
3．形成良好的团队协作精神；
4．锻炼组织沟通能力，能够及团队其他成员协同解决问题；
5．培养良好的5S习惯
【重点难点】
1.CAN、LIN总线的数据传递原理
2.CAN、LIN总线系统故障诊断。
【教学准备】
1.教案、教学课件、任务规划、设备仪器检查调试、场地布置、学员分组等。
2.学习、技术资料、学习工单、场地布置整理。
3.维修车辆、检测仪器、检修工具。
【教学方法】
通过任务教学法实施教学，结合情景创设法、引导文教学法、分组讨论法、角色扮演法、案例教学法等微观教学法：
每个子任务按照“资讯－计划－决策－实施－检查－评价”六步法来组织教学，在老师指导下制定方案、实施方案、最终评估；学生通过真实的车辆故障（载体），体验实际的汽车维修工作过程：
发现故障－诊断故障－排除故障－维修质量评估。
教学过程中体现以学生为主体，教师进行适当讲解、并进行引导、监督、评估。
【课堂情况】
应到人数：
实到人数：
请假名单：
旷课名单：
课堂情况记录：
【布置作业】
完成学习工单中的习题
预习下一次课的学习内容
【教学后记】
AN、LIN总线的数据传递原理学生难理解，需要一定的单片机及数字通信知识、采用简化、通俗讲解，重在实操效果较好。
【编写日期】
【任课教师】
【备注记录】
教学进程
任务一汽车总线技术原理
步骤
内容
方法
学时
任务描述
从发动机电控系统到自动变速器控制系统，从ABS到制动力分配,从GPS到自动巡航，从电源管理到线传操纵以及为提高舒适性而做的各种改进，使汽车电气形成一个日益庞大、复杂的系统。
另外，随着近年来ITS的发展，以3G（GPS、GIS和GSM）为代表的新型电子通讯产品的出现，它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求,汽车总线技术的优势便越来越突出。
情景创设
资讯
一、综述
汽车总线系统实质上是通过某种通讯协议（如CAN），将汽车内部的各个ECU节点联结起来，从而形成一个汽车内部的局域网络。
节点根据自身的传感器信息以及总线上的信息,完成预定的控制功能和动作，如灯光的开闭、电机启停等,节点之间的通讯通过总线来实现。
每个节点一般由MCU（或DSP等）、接口电路、总路线控制器、总线驱动器等构成。
CAN总线的特点：
1、如果数据扩展以增加新的信息，只需升级软件即可。
2、控制单元对所传输的信息进行实时检测，检测到故障后存储故障码。
3、使用小型控制单元及小型控制单元插孔可节省空间。
4、使传感器信号线减至最少，控制单元可做到高速数据传输。
5、CAN总线符合国际标准，因此可应用不同型号控制单元间的数据传输。
6、CAN在国内的应用情况
二、CAN原理
1、CAN的含义
2、CAN的组成
CAN主要由控制器和收发器组成，CAN控制器由一块可编程芯片上的逻辑电路组成，实现通信模型中物理层和数据链路层的功能，并对外提供及微处理器系统的物理接口。
通过对CAN控制器的编程，可以设置其工作方式，控制其工作状态，进行数据发送和接收，以它为基础建立应用层。
目前，CAN控制器可分为CAN独立控制器和CAN集成微控制器两种。
CAN独立控制器使用比较灵活，可及多种类型的单片机、微型计算机的各类标准总线进行接口组合。
CAN集成微控制器在许多特定情况下，使电路设计简化和紧凑，可靠性提高。
CAN收发器提供了CAN控制器及物理总线之间的接口，是影响网络性能的关键因素。
3、CAN总线的数据传递原理
1）CAN控制器
CAN控制器的作用是接收电控单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。
同时，CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。
2）CAN收发器
CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。
3）数据传输终端
数据传输终端实际是一个电阻，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。
4）CAN数据总线
CAN数据总线用以传输数据的双向数据线，分为CAN高位（CAN．High）和低位（CAN．Low）数据线。
数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各电控单元，各电控单元接收后进行计算。
数据传递终端实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。
CAN数据总线是用以传输数据的双向数据线，分为CAN高位（CAN．hi）和低位（CAN．LO）
10w）数据线。
数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元，各控制单元接收后进行计算。
为防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起，两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是0V，两条线的电压和总等于常值。
通过这种办法，CAN总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时CAN总线向外辐射也保持中性，即无辐射。
5）数据传递过程
发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。
CAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。
4、驱动CAN总线
1）驱动CAN总线组成
如图9-8所示为奥迪车系中的驱动CAN总线元件布置，驱动CAN总线连接发动机控制单元、变速箱控制单元、制动ESP控制单元、安全气囊控制单元、电子驻车制动控制单元、大灯照程调节系统控制单元。
由于其连接了发动机和变速箱等系统故称为驱动CAN总线。
点火开关关闭后CAN总线通信一直有效，通信断路时（如拔下插头或某一控制单元供；电断路）会产生故障记忆，在重新连接正常后必须删除所有控制单元的故障存储才可以正常运行。
2）驱动CAN总线特点
①500kbit／s高速传输。
②级别CAN／C。
③双绞线：
CAN—High为橙／黑色，CAN--Low为橙／棕色。
④在一根线断路／短路时所有功能都会停止。
3）电路控制及信号
驱动CAN总线由15号线激活，速率是所有CAN总线中最高的，达到500kbit／s，采用终端电阻结构，其中心电阻为66Q（发动机电阻）；并且高低CAN总线线为环状结构，即任一根CAN总线线断路，CAN总线都无法工作。
。
驱动系统的CAN总线信号和逻辑信号：
CAN-High的高电平为：
3．5VCAN-High的低电平为：
2．5V
CAN-Low的高电平为：
2．5VCAN-Low的低电平为：
1．5V
逻辑“1”：
CAN-High=3．5VCAN-Low=1．5V
逻辑“0”：
CAN-High=2．5VCAN-Low=2．5V
5、舒适系统CAN数据总线
舒适系统CAN数据总线连接五个电脑，包括中央电脑及四个车门的电脑。
舒适系统CAN数据传输有五个功能：
中央门锁、电动窗、照明开关、电动调节和后视镜加热及自诊断功能。
电脑的各条传输线以星状汇聚一点，其优点是若一个电脑发生故障，其他电脑仍可发送各自的数据。
1.特点
1）通过车门连接所确定的线路较少。
2）若出现对搭铁短路、对正极短路或线路间短路，CAN会转为紧急模式运行和转为单线模式运行。
3）因为自诊断完全由中央电脑控制，所以只需要较少的自诊断线。
，
4）由于舒适系统中的数据可以以较低的速率传输，所以发送器需要较低的功率。
若一根数据传输线发生故障，该系统可转换到单线模式运行，从而保证数据仍可传输。
2、舒适系统中CAN传输信息
信息及各自的功能状态有关，如无线电遥控操作信息、当前的中央门锁状态信息、故障信息等。
表9-4是以驾驶员侧车门电脑为例，介绍中央门锁状态和电动窗状态的传输信息。
6、诊断总线
在大众车系新型多路传输CAN总线中设置了诊断总线，诊断总线是用于诊断仪器和相应控制单元之间的信息交换，它被用来代替原来的K线或者L线的功能（废气处理控制器除外）。
7、网关
网关是整车不同总线间的接口，以及诊断仪和在总线系统相连的控制单元间的接口，使所有连接在CAN总线上的控制单元实现数据交换。
驱动CAN总线、舒适CAN总线和显示CAN总线（信息娱乐CAN总线）的传输速率是不同的，所以不能直接进行数据交换。
驱动CAN总线的速率为500kb／s，舒适CAN总线的速率为100kb／s，信息娱乐CAN总线（奥迪）100kb／s，几种不同的总线系统必须以一个中间速率进行数据交换。
作为诊断网关，在不改变数据的情况下，将驱动CAN总线、舒适CAN总线、信息娱乐总线的诊断信息传递到K线。
作为数据网关，使连接在不同的数据总线上的控制单元能够交换数据。
引导文法
12
自学
1、简述CAN工作原理及传递路线。
2、CAN总线由哪几部分组成？
3、分析一下CAN总线如何进行位仲裁的？
4、驱动CAN总线特点？
位速率、信号电平、故障处理
5、舒适系统CAN数据总线？
位速率、信号电平、故障处理
小组讨论
教学进程
任务二汽车CAN总线检修
步骤
内容
方法
学时
任务描述
上海大众帕萨特B51.8T轿车，因中控锁和电动玻璃升降器不能正常工作来站检修。
接修该车后，笔者对该车进行初步检查，发现点火开关无论开闭，都只有左前门的中控锁和左前门的电动玻璃升降器可以正常工作，其他车窗的电动玻璃升降器都不工作；但是如果按动其他门窗上控制该车窗的开关，各个门窗开关均能正常工作。
将车门关闭后，将车钥匙插入左前门的锁孔内，进行开锁和闭锁操作，也只有左前门的门锁能开闭；如果将钥匙在开锁或闭锁位置保持，也只有左前门的电动玻璃升降器可以上下工作。
情景创设
资讯
一、故障机理
一旦网络出现故障，相应的症状就可能会出现。
每种症状（单根导线断路除外）都可能引起用户提出问题。
这些症状包括：
1、数据总线的两根导线短路如果相互短路，将导致整个网络失效。
2、导线及接地短路若及接地短路，诊断仪器连接后没有任何模块会响应。
3、导线及电源短路在电路及电源短路后，将导致整个网络失效。
4、单根导线断路当单根导线发生断路时，用户可以进入到DATALINKDIAGNOS．TIC菜单中，并进行测试。
5、所有导线断路如果靠近数据链接插口处的导线发生断路，在解码器和网络之间无法通信。
然而，在网络的一个分支上发生两根导线都断路时，只有断路导线后面的模块无法及解码器进行通信。
6、所有导线及地线短路如果所有导线都及接地短路，将导致整个网络失效。
所有的控制模块都将在故障模式影响管理下工作。
汽车可以起动或行驶，但模块只能使用及其直接连接的传感器。
7、内部控制模块故障内部控制模块故障将导致整个网络失效。
8、故障模式影响管理动力传动控制模块故障运行模式，该模式使发动机和变速器在主要功能失效状态期间继续工作。
整个数据传递过程，例如：
发动机电脑向某电脑CAN收发器发送数据，该电脑CAN收发器接收到由发动机电脑传来的数据，转换信号并发给本电脑的控制器。
CAN数据传输系统的其他电脑收发器均接收到此数据，但是要判断此数据是否是所需要的数据，若不是将其忽略掉
9、干扰源
车辆中的干扰源由电火花和电磁线圈开关联合作用产生，其他干扰源包括移动电话和发送站及产生电磁波的物体。
电磁波影响或破坏CAN的数据传送。
为防止数据传送的干扰，两条数据传输线缠绕在一起，也可防止数据所产生的辐射噪声，如图9-5所示。
两根线上的电压相反。
若一根数据线上的电压约为0V，则另一根线上的电压则约为5v。
这样两根线的总电压能保持常值，所产生的电磁场效应也会由于极性相反而互相抵消，因此可保证系统免受外界辐射干扰，且对外无辐射由。
10、舒适系统CAN数据总线
舒适系统CAN数据总线连接五个电脑，包括中央电脑及四个车门的电脑，如图9-6所示。
舒适系统CAN数据传输有五个功能：
中央门锁、电动窗、照明开关、电动调节和后视镜加热及自诊断功能。
电脑的各条传输线以星状汇聚一点，其优点是若一个电脑发生故障，其他电脑仍可发送各自的数据。
1）通过车门连接所确定的线路较少。
2）若出现对搭铁短路、对正极短路或线路间短路，CAN会转为紧急模式运行和转为单线模式运行。
3）因为自诊断完全由中央电脑控制，所以只需要较少的自诊断线。
，
4）由于舒适系统中的数据可以以较低的速率传输，所以发送器需要较低的功率。
若一根数据传输线发生故障，该系统可转换到单线模式运行，从而保证数据仍可传输。
二、大众车系CAN-BUS检修
1、一般检修步骤
通过对以上3种汽车数据总线系统故障的分析，可以总结出该系统一般检修步骤。
a.了解该车型的汽车数据总线系统特点，包括：
传输介质、几种子网及汽车数据总线系统的结
构形式等。
b.汽车数据总线系统的功能，如有无唤醒功能和休眠功能等。
c.检查汽车电源系统是否存在故障，如交流发电机的输出波形或点火高压电路是否正常（若不正常将导致信号干扰等故障）等。
d.检查汽车数据总线系统的链路是否存在故障，采用替换法成采用跨线法进行检测。
e.如果是节点故障，只能采用节点替换法进行检侧。
2、CAN数据总线系统的故障自诊断
中央数据控制单元（网关）及自诊断K线相连．CAN数据总线及K线可以实现数据交换。
利用大众V.A.G.1551、V.A.G.1552或V.A.S.5051电控单元诊断仪，可以读取及CAN数据总线有关的故障码，也可以显示相关数据流。
实施方法及一般电控系统的自诊断相同。
3、CAN数据总线系统故障诊断
在检查数据总线系统前，须保证所有及数据总线相连的控制单元无功能故障。
功能故障是指不会直接影响数据总线系统，但会影响某一系统的功能流程的故障。
例如：
传感器损坏，其结果就是传感器信号不能通过数据总线系统传递。
这种功能故障对数据总线系统有间接影响，即会影响需要该传感器信号的控制单元的信息接收。
如存在功能故障，先排除该故障。
记下该故障并清除所有控制单元的故障码。
排除所有功能故障后，如果控制单元数据传递仍不正常，则检查数据总线系统。
检查数据总线系统故障时，须区分如下2种可能的情况。
3、CAN数据总线系统的故障分析
装有CAN数据总线系统的车辆出现故障，应首先检测系统总线是否正常。
因为如果系统总线有故障，则整个汽车数据总线系统中的有些信息将无法传输，接收这些信息的电控单元将无法正常工作，从而为故障诊断带来困难。
对于汽车数据总线系统故障的检修，应根据数据总线系统的具体结构和控制回路具体分析。
一般来说，引起汽车数据总线系统故障的原因有3种：
一是汽车电源系统引起的故障；二是汽车数据总线系统的链路故障；三是汽车数据总线系统的节点故障。
4.、CAN总线检修
CAN总线上常见的故障部位
⑴．CAN-L或CAN-H通信线短路或断路；
⑵.连接器连接不良（端子损坏、脏污、锈蚀）；
⑶.车用电源系统中的故障；
⑷.某个控制单元中的通信部件故障；
⑸.某个控制单元的供电故障（当蓄电池电量快耗尽时或蓄电池电压缓慢下降可能导致故障记录存储）。
引导文法
8
计划
制定学习计划
成果提交方式（恢复车辆功能）
对学生制定计划进行可行性分析
课堂对话
教师巡回指导
决策
根据任务要求：
确定所需要的技术资料，并对小组成员进行合理分工；使用的主要仪器设备；
需检查工作点及项目；
确定步骤思路。
角色扮演
小组讨论
教师巡回指导
实施
学生以小组的形式在学习任务工单的引导下完成专业知识学习、技能训练，对每一个所完成工作步骤进行记录和归档。
主要内容：
完成任务单
电路检测
现场6S规定及实施
检查
是否完成任务？
工作过程是否受到阻碍？
团队合作是否协调？
学习目标是否达到？
课题对话
学生评价
教师评价
评价
学生的工作状态、工作的质量
工作任务是否被完整完成？
归档是否完整？
进行过程考评
考评权重如下：
1、态度（10%）
根据遵守设备安全、人身安全和生产纪律等情况进行打
分10分
2、工单考评（20%）
预习、资讯掌握10分
项目操作过程记录10分
3、实际操作（70%）
任务方案正确10分
工具使用正确10分
操作过程正确10分
小组讨论
课堂对话
教师指导
拓展
CAN总线故障波形诊断
小组讨论
教学进程
任务三汽车LIN总线检修
步骤
内容
方法
学时
任务描述
一客户开来一辆POLO劲情1.4L轿车，汽车玻璃升降器不能正常工作，要求给予维修。
要完成这个工作任务，首先我们得知道汽车LIN总线的结构及原理、LIN总线的检修方法。
下面就分步来完成本学习情境的学习任务。
情景创设
4
资讯
一、概述
局部连接网络LIN（LocalInterconnectNetwork）是的一个汽车底层网络协议。
LINBus的特点是：
1、单主机多从机组织（即没有总线仲裁），配置灵活；
2、基于普通UART/SCI接口的低成本硬件实现低成本软件协议；
3、带时间同步的多点广播接收，从机节点无需石英或陶瓷谐振器，可以实现自同步；
4、保证信号传输的延迟时间。
可选的报文帧长度：
2、4和8字节；
5、数据校验和的安全性和错误检测，自动检测网络中的故障节点；
6、使用最小成本的半导体组件（小型贴片，单芯片系统）。
7、速度高达20kbit/s；
二、组成
LIN网络由一个主节点以及一个或多个从节点组成，媒体访问由主节点控制--从节点中不必有仲裁或冲突管理。
可以保证最差状态下的信号传输延迟时间。
LIN相对于CAN的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本和无需在从节点中使用石英或陶瓷谐振器。
LIN总线主控制单元连接在CAN数据总线上，它执行LIN的主功能。
其作用有：
1、LIN总线主控单元监控数据传递及其速率，发送信息标题。
2、主控制单元的软件内已设定了一个周期，这个周期用于决定何时将哪些信息发送到LIN数据总线上多少次。
3、该控制单元在LIN数据总线及CAN总线之间起沟通作用，它是LIN总线系统中唯一及CAN数据总线相连的控制单元。
4、通过LIN主控制单元进行及之相连的LIN从控制单元的自诊断。
LIN总线从控制单元
在LIN数据总线系统内，单个的控制单元（如新鲜空气鼓风机的）或传感器及执行元件（如水平传感器及防盗警报蜂鸣器）都可看作LIN从控制单元，只有当LIN主控单元发送出标题后，传感器和执行元件才会反应。
LIN系统中可以采用多种方式进行数据交换，主要有以下三种：
1、由主节点到一个或多个从节点。
2、由一个从节点到主节点或其他的从节点。
3、通信信号可以在从节点之间传播，而不经过主节点或者通过主节点广播消息到网络中的所有的从节点。
一个LIN网络由一个主节点，一个或多个从节点组成。
该通信任务分为发送任务和接收任务；主节点则有一个主发送任务。
一个LIN网络上的通信总是由主节点的主发送任务所发起的，主控制单元发送一个起始报文，该起始报文由同步断点、同步字节、消息标识符所组成。
相应地接受并且滤除消息标识符后，一个从任务被激活并且开始本消息的应答传输。
该应答由2（或4和8）个字节数据和一个校验码所组成，起始报文和应答部分构成一个完整的报文帧。
三、汽车上LIN总线的应用
现以车门LIN网络为例介绍LIN总线设计的一般方法。
车门控制LIN网络的结构及其在车门上的布置如右图所示，该网络由主机节点、后视镜从机节点、摇窗机从机节点、门锁从机节点构成。
主机节点采集本地各控制开关的状态并接受CAN总线上的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧通过LIN网络发送给相应从机节点，从机节点接收到及自己相关的报文帧后对报文帧进行拆封、解读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从而实现对车门各部件的控制。
同时，在需要时从机节点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机节点再将该状态信息通过指示灯或喇叭提供给驾驶员或通过CAN总线发送给其他控制单元。
主机节点也作为本LIN网络及上层CAN网络连接的网关。
主机节点主要由控制器、电源、控制按钮、LIN接口、CAN接口和指示灯几部分组成。
后视镜从机节点主要由控制器、电源、LIN接口、执行器驱动单元和执行器如后视镜调整电机、除霜加热器等组成。
检修：
详见学生工作页
引导文法
计划
制定学习计划
成果提交方式（恢复车辆功能）
对学生制定计划进行可行性分析
课堂对话
教师巡回指导
决策
根据任务要求：
确定所需要的技术资料，并对小组成员进行合理分工；使用的主要仪器设备；
需检查工作点及项目；
确定步骤思路。
角色扮演
小组讨论
教师巡回指导
实施
学生以小组的形式在学习任务工单的引导下完成专业知识学习、技能训练，对每一个所完成工作步骤进行记录和归档。
主要内容：
完成任务单
电路检测
现场6S规定及实施
检查
是否完成任务？
工作过程是否受到阻碍？
团队合作是否协调？
学习目标是否达到？
课题对话
学生评价
教师评价
评价
学生的工作状态、工作的质量
工作任务是否被完整完成？
归档是否完整？
进行过程考评
考评权重如下：
1、态度（10%）
根据遵守设备安全、人身安全和生产纪律等情况进行打
分10分
2、工单考评（20%）
预习、资讯掌握10分
项目操作过程记录10分
3、实际操作（70%）
任务方案正确10分
工具使用正确10分
操作过程正确10分
小组讨论
课堂对话
教师指导
拓展
了解MOST、Flexray总线技术
小组讨论
升级会员 