常用车载网络系统(MOST)

汽车车载网络系统检修光学总线3.1光学总线的信息传输3.1.1光学传输简介1.信号的光学传输与传统的电传输信号不同，光学传输是利用光来传输信号的，两者的区别如图3-1所示。图3-1光传输与电传输的区别图3-2光信号通过光导纤维（光缆）传输2.光学传输的优点导线少且重量轻；传输速度快；不会产生电磁干扰，同时对电磁干扰也不敏感。3.1.2光学传输的系统结构1.光学传输的控制单元在光学总线中，每一个总线用户（收音机、CD唱机、视频导航仪等）都有一个光学传输控制单元，用于实现光学传输的信号调制、解调和控制。光学传输控制单元由内部供电装置、收发单元——光导发射器（FOT）、光波收发器、标准微控制器（CPU）、专用部件等组成。图3-3光学传输控制单元1）光导插头收发单元——光导发射器（FOT）由一个光电二极管和一个发光二极管构成（图3-4）。2）电气插头3）内部供电装置4）收发单元——光导发射器如图3-5所示，光学传输中使用的光波波长为650nm，是可见红光。图3-4光导发射器（FOT）图3-5波长650nm的可见红光5）光波收发器6）标准微控制器7）专用部件2.光电二极管光电二极管是利用光电效应原理将光波转换成电压信号的。如图3-6所示，光电二极管内有一个P-N结，入射光可以照射到这个P-N结上。在P型层上有一个正极触点（滑环），N型层与金属底板（负极）相连。图3-6光电二极管的结构示意图如果入射光或红外线照射到P-N结上，P-N结内就会产生自由电子和空穴，从而形成穿越P-N结的电流。照射到光电二极管上的入射光越强，流过光电二极管的电流就越大。这个现象称为光电效应。图3-7光电效应原理3.光导纤维1）光导纤维的作用和相关要求作为光波的传输介质，光导纤维（亦称光缆）的作用是将在某一控制单元发射器内产生的光波传送到另一控制单元的接收器。2）光导纤维的结构如图3-9和图3-10所示，光导纤维由几层构成。纤芯是光导纤维的核心部分，是光波的传输介质，也可以称之为光波导线。纤芯一般用有机玻璃或塑料制成，纤芯内的光波根据全反射原理几乎无损失地传输。图3-8光导纤维的作用是传输光波图3-9光导纤维的结构图3-10光导纤维各部分的尺寸3）光波在光导纤维中的传输在直的光导纤维中，光波是按全反射原理在纤芯表面以Z字形曲线传输的。4）专用插头为了能将光导纤维连接到控制单元上，在光学传输系统中使用了一种专用插头。插座本体上有一个信号方向箭头，表示光波传输方向（通向接收器）。图3-14光学传输系统的专用插头5）光纤端面为了能使光波传输过程中的损失尽可能小，光导纤维的端面应光滑、垂直、洁净（图3-15）。因此，使用了一种专用的切削工具。切削面上的污垢和刮痕会加大光波的传输损失（衰减）。图3-15光导纤维的端面2.5MOST数据总线系统2.5.1MOST的发展MOST是媒体信息传送的网络标准，通过采用MOST，不仅可以减轻连接各部件的线束的质量、降低噪声，而且可以减轻系统开发技术人员的负担，最终在用户处实现各种设备的集中控制。2.MOST的应用MOST系统可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达22.5Mbit/s，而且没有电磁干扰。图3-17AUDIA8汽车的信息及娱乐（InformationandEntertainment）多媒体系统图3-18BMW车系F01/F02车型的MOST多媒体影音娱乐系统TOPHIFI—顶级高保真音响放大器；CIC—车辆信息计算机；DVD—DVD换碟机；KOMBI—组合仪表；RSE—后座区娱乐系统；SDARS—卫星收音机调谐器；TCU—远程通信系统控制单元；ULF-SBX—接口盒；VM—视频模块；ZGM—中央网关模块3.MOST的传输速率图3-19多媒体的数据传输速率图3-20带有立体声的数字式电视系统车载多媒体影音娱乐系统对数据传输速率要求很高。仅仅是带有立体声的数字式电视系统，就需要约6Mbit/s的传输速度。在车载多媒体影音娱乐系统中，海量的视频和音频数据是由MOST总线来传输的，而CAN总线只能用来传输控制信号（图3-21）。图3-21CAN总线在车载数字电视系统中用来传输控制信号3.2.2MOST的组成与系统状态1.MOST的拓扑结构MOST总线系统采用环形拓扑结构。控制单元通过光导纤维沿环形方向将数据发送到下一个控制单元。这个过程一直在持续进行，直至首先发出数据的控制单元又接收到这些数据为止。可以通过数据总线自诊断接口和诊断CAN总线来对MOST系统进行故障诊断。图3-22MOST系统采用环形拓扑结构图1-42BMWE60车系全车网络系统构成在MOST总线中，每个终端设备（节点、控制单元）在一个具有环形结构的网络中通过光导纤维环相互连接。图3-23音频、视频数据信息在MOST环形总线上循环R—接收器；T—发射器各个控制单元之间的连接通过一个数据只沿一个方向传输的环形总线实现。也就是说，一个控制单元拥有两根光导纤维，一根光导纤维用于发射器，一根光导纤维用于接收器。在MOST控制单元中进行纯粹的光导纤维连接。对于所有MOST插头而言，2芯光导纤维插头（图3-24）的结构是一样的。光导纤维线脚Pin1始终用于输入，光导纤维线脚Pin2始终用于转发，其上由箭头符号。图3-242芯光导纤维插头2.MOST系统管理器MOST系统管理器与诊断管理器共同负责MOST总线内的系统管理。（1）控制系统状态；（2）发送MOST总线信息；（3）管理传输容量。系统管理器的作用如下：3.MOST总线系统状态1）休眠模式处于休眠模式时，MOST总线内没有数据交换，静态电流降至最小值，系统处于待命状态，只能由系统管理器发出的光波启动脉冲来激活。图3-25处于休眠模式下的MOST系统2）备用模式MOST总线系统处于备用模式时，无法为用户提供任何服务，但这时MOST总线系统仍在后台运行。图3-26处于备用模式下的MOST总线系统3）通电工作模式MOST总线系统处于通电工作模式时，控制单元完全接通，MOST总线上有数据交换，用户可使用影音娱乐、通信、导航等所有功能。图3-27处于通电工作模式下的MOST系统3.2.3MOST的数据传输1.信息帧1）脉冲频率MOST系统管理器以44.1KHz的脉冲频率向环形总线上的下一个控制单元发送信息帧（Frames)。由于使用了固定的时间光栅和脉冲频率，MOST系统允许传递同步数据。2）信息帧的结构在MOST系统中，一个信息帧的大小为64字节（1个字节为8bit，可分成以下几部分。图3-28MOST信息帧的结构（1）起始区。（2）分界区。（3）数据区。（4）校验字节。两个校验字节传送发射器/接收器地址（标识符）和接收器的控制指令（如放大器音量增大或音量减小）信息。（5）状态区。信息帧的状态区包含用于给接收器发送信息帧的信息。（6）奇偶校验区。奇偶校验区用于最后检查数据的完整性，该区的内容将决定是否需要重复一次发送过程。2.MOST总线的工作过程1）系统启动（唤醒）图3-35伺服光波的传输过程图3-36主光波图3-37唤醒过程结束（开始数据传输）2）同步数据的传输在MOST系统中，音频和视频信息是作为同步数据传输的。为便于理解，下面以AUDIA803年型汽车播放音乐CD为例来进行说明。图3-38同步数据（音频和视频信息）的传输过程同步传输的数据管理如图3-39所示，前部信息控制单元J523用带有以下校验数据的信息组：图3-39同步传输的数据管理3）异步数据的传输在MOST系统中，导航系统的地图显示、导航计算、互联网网页和E-Mail等图片、文本信息是作为异步数据传输的。异步数据源是以不规则的时间间隔来发送这些数据的。为此，每个数据源将其异步数据存储到缓冲寄存器内。然后数据源开始等待，直至接收到带有接收器地址的信息组。3.2.4MOST的诊断1.诊断管理器除系统管理器外，MOST总线还有一个诊断管理器。图3-41诊断管理器诊断管理器执行环路断开诊断，并将MOST总线上的控制单元诊断数据传给诊断控制单元。在AudiA803年型汽车上，数据总线诊断接口J533就是执行自诊断功能的。2.系统故障如果在MOST总线上发生数据传输中断，就无法完成正常的数据传输任务。由于MOST总线是环形结构，因此将这种数据传输中断称为环路断开，亦即总线断路。诊断管理器的故障存储器中存有故障信息——“光纤数据总线断路”。3.环路断开诊断1）诊断导线与询问脉冲为准确判断出发生环路断开的具体位置，需要使用诊断导线来进行环路断开诊断。诊断导线通过中央导线连接器与MOST总线上的各个控制单元相连。图3-42诊断导线与MOST总线上的各个控制单元相连2）应答的内容环路断开诊断开始后，MOST总线上的各个控制单元发送以下两种信息：（1）控制单元电气方面是否正常——本控制单元电气功能是否正常（如电源供电是否正常）；（2）控制单元光学方面是否正常——本控制单元的光电二极管是否能够接收到环形总线上位于其前面的控制单元发出的光波信号。诊断管理器通过这些信息就可识别出：（1）MOST总线系统是否有电气故障（供电故障）以及是哪个控制单元出现了电气故障；（2）MOST总线系统中哪两个控制单元之间的数据传输中断了，亦即是哪两个控制单元之间的光导纤维发生了断路。3）故障的确认可利用备用的控制单元VAS6186来替换可疑控制单元，然后观察MOST系统是否恢复正常。若替换后，系统恢复正常，则可确认，故障确系可疑控制单元损坏所致。图3-43用备用的控制单元VAS6186替换可疑控制单元图3-44备用的控制单元VAS61864.信号衰减幅度增大的诊断诊断管理器还有信号衰减幅度增大的诊断功能，即通过监测MOST系统传输光波功率的降低来判断光学系统在信号传输过程中是否存在信号衰减幅度过大的故障。图3-45信号衰减幅度增大的诊断3.4光导纤维的使用与维修3.4.1光波传输系统的信号衰减及原因1.光波传输系统的信号衰减为了表征光波在传输过程中的损失程度，引入了光波信号衰减这一概念。如果在传输过程中，由于历经多次转发，光波的功率降低了，就称之为发生了光波信号衰减。光波信号的衰减程度用衰减常数来表示，其单位为分贝（dB）。衰减常数的定义为：如果光波发射源发射的光波功率为20W，而光波接收器接收到的光波功率为10W。则在这一转发过程中，光波的衰减常数为：也就是说，对于衰减常数为3dB的光波传输系统而言，光波信号会衰减一半。在光学总线系统中，一般将3dB作为光波传输系统衰减常数的极限值，超出极限值即认为光波传输系统的信号衰减幅度过大，必须予以维修或更换。图3-61光波信号在两个控制单元之间传输时的衰减情况2.信号衰减幅度增大的原因图3-62导致光波传输系统信号衰减幅度增大的原因1-光导纤维的曲率半径过小。如果光导纤维弯曲（折叠）的半径小于25mm，那么在纤芯的拐点处就会产生模糊（不透明，与折叠的有机玻璃相似），这时必须更换光导纤维；2-光导纤维的包层损坏；3-光导纤维端面刮伤；4-光导纤维端面脏污；5-光导纤维端面错位（插头壳体碎裂）；6-光导纤维端面未对正（角度不对）；7-光导纤维的端面与控制单元的接触面之间有空隙（插头壳体碎裂或未能锁止定位）；8-光导纤维端套变形3.4.2光导纤维的使用1.操作光导纤维时的注意事项（1）弯曲半径不宜过小。（2）不许弯折。（3）不准挤压。（4）严禁摩擦、磨损。（5）严禁拉伸。（6）严禁过热。（7）严禁浸水。（8）光导纤维端面不得有污染和损伤。2.光导纤维的正确铺装在车上铺装光导纤维时，应该采取特别的防护措施。采用硬度适宜的波纹管包扎光导纤维，既可以为光导纤维提供外力作用的保护，还可以有效防止光导纤维被过度弯折，以保证最小25mm的弯曲半径。图3-70以硬度适宜的波纹管包扎光导纤维图3-70以硬度适宜的波纹管包扎光导纤维3.4.3光导纤维的维修1.光导纤维维修概要在BMW车系中，包层为绿色的光导纤维用于MOST系统，包层为黄色的光导纤维用于byteflight系统，包层为桔红色的