汽车电器系统检修一体化教学设计项目九.doc

《汽车电气设备结构与维修》
一体化教学设计（教案）
至 年第 学期 第 周 讲课次序
【课题名称】
项目九 汽车局域网系统检修
【课时安排】
24课时
【讲课日期】

【讲课班级】

【教学目标】
知识
目标
1．经过学习，能正确描述常见CAN、LIN总线系统组成结构、工作原理及系统控制方法和原理；
2．经过学习能完成CAN、LIN总线系统故障诊疗。
能力
目标
1．能够正确更换汽车CAN、LIN总线系统；
2．会分析诊疗和排除CAN、LIN总线系统常见故障
素质
目标
1．形成良好纪律观念，恪守行业法律法规；
2．树立工具、设备使用安全意识；
3．形成良好团体协作精神；
4．锻炼组织沟通能力，能够与团体其余组员协同处理问题；
5．培养良好5S习惯
【重点难点】
1. CAN、LIN总线数据传递原理
2. CAN、LIN总线系统故障诊疗。
【教学准备】
1. 教案、教学课件、任务规划、设备仪器检验调试、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】
经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、角色饰演法、案例教学法等微观教学法：
每个子任务按照“资讯－计划－决议－实施－检验－评价”六步法来组织教学，在老师指导下制订方案、实施方案、最终评定；学生经过真实车辆故障（载体），体验实际汽车维修工作过程：发觉故障－诊疗故障－排除故障－维修质量评定。教学过程中表现以学生为主体，教师进行适当讲解、并进行引导、监督、评定。
【课堂情况】
应到人数：
实到人数：
请假名单：
旷课名单：
课堂情况统计：
【布置作业】
完成学习工单中习题
预习下一次课学习内容
【教学后记】
AN、LIN总线数据传递原理学生难了解，需要一定单片机及数字通信知识、采取简化、通俗讲解，重在实操效果很好。
【编写日期】

【任课教师】

【备注统计】

教 学 进 程
任务一汽车总线技术原理
步骤
内容
方法
课时
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升舒适性而做各种改进，使汽车电气形成一个日益庞大、复杂系统。另外，伴随近年来ITS发展，以3G(GPS、GIS和GSM)为代表新型电子通讯产品出现，它对汽车综合布线和信息共享交互提出了更高要求,汽车总线技术优势便越来越突出。
情景创设

资讯
一、综述
汽车总线系统实质上是经过某种通讯协议(如CAN)，将汽车内部各个ECU节点联结起来，从而形成一个汽车内部局域网络。节点依照本身传感器信息以及总线上信息,完成预定控制功效和动作，如灯光开闭、电机启停等,节点之间通讯经过总线来实现。每个节点通常由MCU(或DSP等)、接口电路、总路线控制器、总线驱动器等组成。
　　CAN总线特点：
　　1、假如数据扩展以增加新信息，只需升级软件即可。
　　2、控制单元对所传输信息进行实时检测，检测到故障后存放故障码。
　　3、使用小型控制单元及小型控制单元插孔可节约空间。
　　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，所以可应用不一样型号控制单元间数据传输。
　　6、CAN在国内应用情况
二、CAN原理
1、CAN含义
2、CAN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逻辑电路组成，实现通信模型中物理层和数据链路层功效，并对外提供与微处理器系统物理接口。经过对CAN控制器编程，能够设置其工作方式，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。现在，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，可与多个类型单片机、微型计算机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，可靠性提升。CAN收发器提供了CAN控制器与物理总线之间接口，是影响网络性能关键原因。
3、CAN总线数据传递原理
1）CAN控制器
CAN控制器作用是接收电控单元中微处理器发出数据，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组合，将CAN控制器提供数据转化成电信号并经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，作用是防止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，数据经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，作用是防止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，数据经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。为预防外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采取两条线缠绕在一起，两条线上电位是相反，假如一条线电压是5V，另一条线就是0V，两条线电压和总等于常值。经过这种方法，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数据，转换信号并发给本电脑控制器。CAN数据传输系统其余电脑收发器均接收到此数据，不过要检验判断此数据是否是所需要数据，假如不是将忽略掉。
4、驱动CAN总线
1）驱动CAN总线组成
如图9-8所表示为奥迪车系中驱动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、大灯照程调整系统控制单元。因为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全部控制单元故障存放才能够正常运行。
2）驱动CAN总线特点
①500 kbit／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／短路时全部功效都会停顿。
3）电路控制与信号
驱动CAN总线由15号线激活，速率是全部CAN总线中最高，达成500 kbit／s，采取终端电阻结构，其中心电阻为66 Q(发动机电阻)；而且高低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CAN总线信号和逻辑信号：
CAN-High高电平为：3．5 V CAN-High低电平为：2．5 V
CAN-Low高电平为：2．5 V CAN-Low低电平为：1．5 V
逻辑“1”：CAN-High=3．5 V CAN-Low=1．5 V
逻辑“0”： CAN-High=2．5 V CAN-Low=2．5 V
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，包含中央电脑及四个车门电脑。舒适系统CAN数据传输有五个功效：中央门锁、电动窗、照明开关、电动调整和后视镜加热及自诊疗功效。电脑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，其余电脑仍可发送各自数据。
1.特点
1）经过车门连接所确定线路较少。
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）因为自诊疗完全由中央电脑控制，所以只需要较少自诊疗线。，
4)因为舒适系统中数据能够以较低速率传输，所以发送器需要较低功率。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，从而确保数据仍可传输。
2、舒适系统中CAN传输信息
信息与各自功效状态关于，如无线电遥控操作信息、当前中央门锁状态信息、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传输信息。
6、诊疗总线
在大众车系新型多路传输CAN总线中设置了诊疗总线，诊疗总线是用于诊疗仪器和对应控制单元之间信息交换，它被用来代替原来K线或者L线功效(废气处理控制器除外)。
7、网关
网关是整车不一样总线间接口，以及诊疗仪和在总线系统相连控制单元间接口，使全部连接在CAN总线上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)传输速率是不一样，所以不能直接进行数据交换。驱动CAN总线速率为500 kb／s，舒适CAN总线速率为100 kb／s，信息娱乐CAN总线(奥迪)100 kb／s，几个不一样总线系统必须以一个中间速率进行数据交换。作为诊疗网关，在不改变数据情况下，将驱动CAN总线、舒适CAN总线、信息娱乐总线诊疗信息传递到K线。作为数据网关，使连接在不一样数据总线上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总线怎样进行位仲裁？
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
课时
任务描述
上海大众帕萨特B5 1.8T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验，发觉点火开关不论开闭，都只有左前门中控锁和左前门电动玻璃升降器能够正常工作，其余车窗电动玻璃升降器都不工作；不过假如按动其余门窗上控制该车窗开关，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锁孔内，进行开锁和闭锁操作，也只有左前门门锁能开闭；假如将钥匙在开锁或闭锁位置保持，也只有左前门电动玻璃升降器能够上下工作。
情景创设

资讯
一、 故障机理
一旦网络出现故障，对应症状就可能会出现。每种症状(单根导线断路除外)都可能引发用户提出问题。这些症状包含：
1、数据总线两根导线短路假如相互短路，将造成整个网络失效。
2、导线与接地短路若与接地短路，诊疗仪器连接后没有任何模块会响应。
3、导线与电源短路在电路与电源短路后，将造成整个网络失效。
4、单根导线断路 当单根导线发生断路时，用户能够进入到DATA LINK DIAGNOS．TIC菜单中，并进行测试。
5、全部导线断路假如靠近数据链接插口处导线发生断路，在解码器和网络之间无法通信。然而，在网络一个分支上发生两根导线都断路时，只有断路导线后面模块无法与解码器进行通信。
6、全部导线与地线短路 假如全部导线都与接地短路，将造成整个网络失效。全部控制模块都将在故障模式影响管理下工作。汽车能够起动或行驶，但模块只能使用与其直接连接传感器。
7、内部控制模块故障 内部控制模块故障将造成整个网络失效。
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效失效状态期间继续工作。
整个数据传递过程，比如：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数据，转换信号并发给本电脑控制器。CAN数据传输系统其余电脑收发器均接收到此数据，不过要判断此数据是否是所需要数据，若不是将其忽略掉
9、干扰源
车辆中干扰源由电火花和电磁线圈开关联合作用产生，其余干扰源包含移动电话和发送站及产生电磁波物体。电磁波影响或破坏CAN数据传送。为预防数据传送干扰，两条数据传输线缠绕在一起，也可预防数据所产生辐射噪声，如图9-5所表示。两根线上电压相反。若一根数据线上电压约为0V，则另一根线上电压则约为5v。这么两根线总 电压能保持常值，所产生电磁场效应也会因为极性相反而相互抵消，所以可确保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，包含中央电脑及四个车门电脑，如图9-6所表示。舒适系统CAN数据传输有五个功效：中央门锁、电动窗、照明开关、电动调整和后视镜加热及自诊疗功效。电脑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，其余电脑仍可发送各自数据。
1）经过车门连接所确定线路较少。
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）因为自诊疗完全由中央电脑控制，所以只需要较少自诊疗线。，
4)因为舒适系统中数据能够以较低速率传输，所以发送器需要较低功率。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，从而确保数据仍可传输。
二、大众车系CAN-BUS检修
1、通常检修步骤
经过对以上3种汽车数据总线系统故障分析， 能够总结出该系统通常检修步骤。
a.了解该车型汽车数据总线系统特点，包含：传输介质、几个子网及汽车数据总线系统结
构形式等。
b. 汽车数据总线系统功效，如有没有唤醒功效和休眠功效等。
c.检验汽车电源系统是否存在故障，如交流发电机输出波形或点火高压电路是否正常（若不正常将造成信号干扰等故障）等。
d.检验汽车数据总线系统链路是否存在故 障，采取替换法成采取跨线法进行检测。
e.假如是节点故障，只能采取节点替换法进行检侧。
2、CAN数据总线系统故障自诊疗
中央数据控制单元（网关）与自诊疗K线相连．CAN数据总线与K线能够实现数据交换。利用大众 V.A.G.1551、V.A.G.1552或V.A.S.5051电控单元诊疗仪，能够读取与CAN数据总线关于故障码，也能够显示相关数据流。实施方法与通常电控系统自诊疗相同。
3、CAN数据总线系统故障诊疗
在检验数据总线系统前，须确保全部与数据总线相连控制单元无功效故障。功效故障是指不会直接影响数据总线系统，但会影响某一系统功效流程故障。比如：传感器损坏，其结果就是传感器信号不能经过数据总线系统传递。这种功效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控制单元信息接收。如存在功效故障，先排除该故障。记下该故障并去除全部控制单元故障码。
排除全部功效故障后，假如控制单元数据传递仍不正常，则检验数据总线系统。检验数据总线系统故障时，须区分以下2种可能情况。
3、CAN数据总线系统故障分析
装有CAN数据总线系统车辆出现故障，应首先检测系统总线是否正常。因为假如系统总线有故障，则整个汽车数据总线系统中有些信息将无法传输，接收这些信息电控单元将无法正常工作，从而为故障诊疗带来困难。对于汽车数据总线系统故障检修，应依照数据总线系统详细结构和控制回路详细分析。通常来说，引发汽车数据总线系统故障原因有3种：一是汽车电源系统引发故障；二是汽车数据总线系统链路故障；三是汽车数据总线系统节点故障。
4.、CAN总线检修
CAN总线上常见故障部位
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.车用电源系统中故障；
⑷.某个控制单元中通信部件故障；
⑸.某个控制单元供电故障（当蓄电池电量快耗尽时或蓄电池电压迟缓下降可能造成故障统计存放）。
引导文法
8
计划
制订学习计划
结果提交方式（恢复车辆功效）
对学生制订计划进行可行性分析
课堂对话
教师巡回指导

决议
依照任务要求：
确定所需要技术资料，并对小组组员进行合理分工；使用主要仪器设备；
需检验工作点及项目；
确定步骤思绪。
角色饰演
小组讨论
教师巡回指导

实施

学生以小组形式在学习任务工单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统计和归档。
主要内容：
完成任务单
电路检测
现场6S要求与实施

检验

是否完成任务？
工作过程是否受到妨碍？
团体合作是否协调？
学习目标是否达成？
课题对话
学生评价
教师评价

评价
学生工作状态、工作质量
工作任务是否被完整完成？归档是否完整？进行过程考评
考评权重以下：
1、 态度（10%）
依照恪守设备安全、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
项目操作过程统计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总线故障波形诊疗
小组讨论
教 学 进 程
任务三 汽车LIN总线检修
步骤
内容
方法
课时
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总线结构与原理、LIN总线检修方法。下面就分步来完成本学习情境学习任务。
情景创设
4
资讯
一、 概述
局部连接网络LIN（Local Interconnect Network）是一个汽车底层网络协议。
LIN Bus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 接口低成本硬件实现低成本软件协议；
3、带时间同时多点广播接收，从机节点无需石英或陶瓷谐振器，能够实现自同时；
4、确保信号传输延迟时间。可选报文帧长度：2、4 和8 字节；
5、数据校验和安全性和错误检测，自动检测网络中故障节点；
6、使用最小成本半导体组件（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--从节点中无须有仲裁或冲突管理。能够确保最差状态下信号传输延迟时间。
LIN相对于CAN成本节约主要是因为采取单线传输、硅片中硬件或软件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主功效。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数据总线与CAN总线之间起沟通作用，它是LIN总线系统中唯一与CAN数据总线相连控制单元。
4、经过LIN主控制单元进行与之相连LIN从控制单元自诊疗。
LIN总线从控制单元
在LIN数据总线系统内，单个控制单元（如新鲜空气鼓风机）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系统中能够采取多个方式进行数据交换，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余从节点。
3、通信信号能够在从节点之间传输，而不经过主节点或者经过主节点广播消息到网络中全部从节点。
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网络上通信总是由主节点主发送任务所发起，主控制单元发送一个起始报文，该起始报文由同时断点、同时字节、消息标识符所组成。对应地接收而且滤除消息标识符后，一个从任务被激活而且开始本消息应答传输。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组成一个完整报文帧。
三、汽车上LIN总线应用
现以车门LIN网络为例介绍LIN总线设计通常方法。
车门控制LIN网络结构及其在车门上布置如右图所表示，该网络由主机节点、后视镜从机节点、摇窗机从机节点、门锁从机节点组成。
主机节点采集当地各控制开关状态并接收CAN总线上远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧经过LIN网络发送给对应从机节点，从机节点接收到与自己相关报文帧后对报文帧进行拆封、解读，然后依照取得指令控制对应执行器动作，从而实现对车门各部件控制。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经过指示灯或喇叭提供给驾驶员或经过CAN总线发送给其余控制单元。主机节点也作为本LIN网络与上层CAN网络连接网关。
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
制订学习计划
结果提交方式（恢复车辆功效）
对学生制订计划进行可行性分析
课堂对话
教师巡回指导

决议
依照任务要求：
确定所需要技术资料，并对小组组员进行合理分工；使用主要仪器设备；
需检验工作点及项目；
确定步骤思绪。
角色饰演
小组讨论
教师巡回指导

实施

学生以小组形式在学习任务工单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统计和归档。
主要内容：
完成任务单
电路检测
现场6S要求与实施

检验

是否完成任务？
工作过程是否受到妨碍？
团体合作是否协调？
学习目标是否达成？
课题对话
学生评价
教师评价

评价
学生工作状态、工作质量
工作任务是否被完整完成？归档是否完整？进行过程考评
考评权重以下：
1、 态度（10%）
依照恪守设备安全、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
项目操作过程统计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​M​O​S​T​、 ​F​l​e​x​r​a​y总线技术
小组讨论