車載LIN總線異常數據幀的試驗研究

摘? 要：針對LIN總線數據幀傳輸異常的問題，利用示波器測定車輛LIN總線異常數據幀，試驗分析了LIN總線對地加載、LIN總線對電源加載、LIN總線帶不同電阻對地加載、LIN總線帶不同電阻對電源加載和LIN總線斷路的波形，利用測得的數據幀信號電平判斷數據傳輸異常原因。結果表明，不同故障引起的LIN總線數據信號波有一定區別，傳輸異常的原因可通過波形分析來甄別。

關鍵詞：LIN總線;數據幀;波形

中圖分類號：U467.4? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）09-0036-04

Experimental Study on Abnormal Data Frame of LIN Bus on Vehicle

WU Shan

（Xianyang Vocational Technical College，Xianyang? 712000，China）

Abstract：Aiming at the problem of abnormal transmission of LIN bus data frame，using oscilloscope to measure the abnormal data frame of vehicle LIN bus，the paper analyzes the waveforms of LIN to ground load，LIN to power load，LIN with different resistance to ground load，LIN with different resistance to power load and LIN open circuit，and uses the measured data frame signal level to determine the cause of abnormal data transmission. The results show that there are some differences in LIN bus data waves caused by different faults，and the causes of abnormal transmission can be identified by waveform analysis.

Keywords：LIN bus;data frame;waveform

0? 引? 言

現代汽車正在研究以低成本、輕量化滿足汽車內部各系統之間數據傳輸的要求，因此除了CAN總線以及光纖總線外，很多汽車在一些不要求帶寬和較為簡單的控制系統中，采用了LIN（Local Interconnect Network）總線傳輸數據。LIN總線作為CAN總線的輔助，具有系統結構簡單、單線傳輸、控制等級清晰、低速通信可靠性高、成本低等優點，被廣泛地應用于汽車電器控制系統中，但在實際工作中由于各種原因會造成數據總線傳輸異常，對汽車使用功能造成影響[1，2]。

目前對CAN總線錯誤數據幀的研究較多[3，4]，而針對LIN總線數據異常傳輸的研究結論較少，尤其針對LIN總線信號電平故障測試研究工作更鮮見涉及。基于本人長期承擔“汽車網絡信息系統檢修”課程的實訓教學經驗，研究汽車網絡信息系統故障檢修方法，針對因LIN總線數據幀傳輸錯誤，導致車輛部分功能失效或異常的問題，利用汽車專用示波器測量車載LIN總線異常數據幀，并進行分析，試驗分析了5種常見故障，分別是：LIN總線對地加載、LIN總線對電源加載、LIN總線帶不同電阻對地加載、LIN總線帶不同電阻對電源加載和LIN總線斷路的波形，總結出利用數據幀信號電平判斷數據傳輸異常原因的方法，這對汽車LIN總線網絡傳輸故障的檢修具有重要的現實意義。

1? 車載LIN總線及其網絡結構

LIN總線又稱局域網子網絡，廣泛應用于汽車自動雨刮、自適應大燈、空調系統、電動車窗等系統[5]。LIN總線的工作方式為一主多從式，即一個主節點和多個從節點構成，網絡整體采用單線模式，一個LIN網絡最多可以擴展16個從節點[6，7]。主節點既可以執行主任務，又可以執行從任務，可以控制網絡內從機、檢測并調整總線狀態，還可以與上層網絡CAN總線進行通訊。從節點只能執行從任務[8-10]。

LIN總線系統主從節點之間數據交換的方式主要有三種：（1）由主節點到一個或多個從節點;（2）由一個從節點到主節點;（3）通信信號可以在從節點間傳播而不經過主節點。

2? 試驗方案

2.1? 試驗設備

試驗對象為邁騰B8L車門控制單元LIN總線，其左前車門控制單元J386與左后車門控制單元J388之間通過LIN線連接，右前車門控制單元J387與右后車門控制單元J389之間通過LIN線連接，其中J386和J387為主節點，J388和J389為從節點。

2.2? 試驗儀器與方法

試驗儀器為Hantek DSO6000，4通道示波器和EXT觸發，60 MHz帶寬，200 MS/s實時采樣率、0.01 MB～16 MB記憶深度每通道。連接示波器1通道，紅表筆連接被測的LIN總線，黑表筆連接車身搭鐵，測試LIN總線通訊數據的電壓信號變化，通過分析加載不同故障時通訊數據信號的變化規律，總結故障識別的方法。

3? LIN總線異常數據幀檢測與分析

3.1? LIN總線數據穩態傳輸信號波形

LIN總線穩態運行波形如圖1所示，電平穩定地在隱性狀態與顯性狀態之間變化，隱性電壓約為12 V，顯性電壓約為1 V，此狀態通訊正常。

3.2? LIN總線對地加載不同電阻波形分析

LIN總線對地加載不同電阻其波形變化如圖2所示，隨著加載電阻值的減小，LIN線隱性電壓逐漸降低。經測試發現，當對地加載2 000 Ω電阻時，隱性電壓降到9 V，顯性電壓為1 V，隱性電壓和顯性電壓有明顯區分，波形變化基本正常，模塊之間通訊正常;當加載電阻在1 000 Ω時，隱性電壓降到6 V，顯性電壓為1 V，波形變化異常，呈規律性跳動，通訊數據信號異常，車門模塊間通信故障;當加載電阻在500 Ω時，隱性電壓降到4 V，顯性電壓為1 V，波形變化異常，呈規律性跳動，通信數據信號異常，車門模塊間通信故障;當加載電阻在0 Ω時，波形呈0 V一條直線，通信數據信號異常，車門模塊間通信故障。

3.3? LIN總線對電源加載不同電阻波形分析

LIN總線對電源加載不同電阻其波形變化如圖3所示，隨著加載電阻值的減小，LIN總線顯性電壓逐漸升高;當對電源加載100 Ω電阻時，顯性電壓升到2 V，隱性電壓為12 V，波形變化正常，模塊之間通信正常;當加載電阻在50 Ω時，顯性電壓升到8V，隱性電壓為12 V，波形變化異常，通信數據信號異常，車門模塊間通信故障;當加載電阻在20 Ω時，顯性電壓升到11 V，隱性電壓為12 V，波形變化異常，通信數據信號異常，車門模塊間通信故障;當加載電阻在0 Ω時，波形呈12 V一條直線，通信數據信號異常，車門模塊間通信故障。

3.4? LIN總線斷路波形分析

LIN總線斷路后測量點不同測得波形不同，若在斷點前靠近主節點方向測量，測得波形為LIN總線波形有缺失，如圖4（a）所示，但是從斷點后方靠近從節點方向則會測出異常波形，波形近似為12 V直線，如圖4（b）所示。LIN總線斷路在從節點處波形與對電源加載電阻0 Ω時波形相同，因此還需進一步在主節點處測量，以確定故障，若在主節點處波形仍與從節點處相同，可判斷其為對電源加載電阻0 Ω故障，可通過斷開控制單元插接器及車門處插接器進一步判斷短路點。

4? 結? 論

在車載LIN總線上加載不同物理媒介，利用示波器測定車輛LIN總線異常數據幀，對測得異常數據幀進行分析，得出以下結論：（1）LIN總線波形異常不一定會導致數據幀傳輸異常，控制模塊接收數據幀有一定容錯范圍;（2）LIN總線信號波形異常表明相關部件或線束存在故障，可利用波形分析方法，分析電平變化規律來甄別故障，該方法具有較好的可行性;（3）當LIN總線對地加載電阻時，電阻越大，波形越接近正常波形。反之，電阻越小，波形隱性電平越接近0 V，對信號傳輸的影響也越大;（4）當LIN總線對電源加載電阻時，電阻越大，波形越接近正常波形。反之，電阻越小，波形隱性電平越接近12 V，對信號傳輸的影響也越大。

參考文獻：

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作者簡介：吳珊（1991.01—），女，漢族，陜西彬州人，講師，碩士，研究方向：汽車網絡與舒適系統檢修、新能源動力電池振動分析等。