基于迈腾B8轿车车载网络的智能教学故障设置系统研究与应用.pdf

第1 7 期AUTOMOBILEAPPLIEDTECHNOLOGY汽车教育10.16638/ki.1671-7988.2023.017.032基于迈腾B8轿车车载网络的智能教学故障设置系统研究与应用林素敏（杨凌职业技术学院机电工程学院，陕西咸阳7 1 2 1 0 0）摘要：根据汽车车载网络控制技术课程教学中存在的问题，以迈腾B8轿车车载网络系统为蓝本，开发设计出基于单片机控制的车载网络智能教学故障设置系统，有效解决了汽车车载网络控制技术课程教学设备落后、设备与教学内容不匹配、故障案例不典型等问题，实现了故障案例讲解和实践操作的有效结合，提升了教学效果，为解决车载网络教学难题提供思路。关键词：迈腾B8；车载网络；智能教学故障设置系统；实践操作中图分类号：U472；G 7 1 0Research and Application of Intelligent Teaching Fault Setting System BasedYangling Vocational and Technical College,Xianyang 712100,China)Abstract:According to the problems existing in the teaching of on-board network control techno-logy course,based on the on-board network system of Magotan B8 car,a fault setting system foron-board network intelligent teaching based on single chip microcomputer control is designed,whicheffectively solves the problems such as backward teaching equipment of on-board network controltechnology course,mismatch between teaching equipment and teaching content,atypical fault cases,etc.,realizes the effective combination of fault case explanation and practical operation,improvesthe teaching effect,and provides ideas for solving the difficult problems of on-board network teaching.Keywords:Magotan B8;On-board network;Intelligent teaching fault setting system;Practicaloperation随着汽车电控系统的快速发展，电控单元之间通信能力的要求越来越高，点对点的连接会使车内线束增多，使得通信的可靠性、安全性都受到很大影响。为了减少线束尺寸和质量，实现信作者简介：林素敏（1 9 8 1），女，硕士，副教授，研究方向为汽车检测与维修，E-mail:。基金项目：杨凌职业技术学院2 0 2 1 年科技创新项目：基于迈腾B8轿车车载网络智能教学系统研究与应用（ZK21-51）。文献标识码：A文章编号：1 6 7 1-7 9 8 8(2 0 2 3)1 7-1 6 9-0 5on Magotan B8 Car On-board NetworkLIN Sumin(School of Mechanical and Electrical Engineering,息共享和快速交换，提高传输可靠性，车载网络应运而生 。但是随着车载网络技术的快速发展，车载网络控制系统越来越复杂，电子设备也越来越多，导致车载网络系统的故障诊断越来越困难，170使汽车维修技术人员面临着极大的挑战。目前，汽车车载网络控制技术已成为高职院校汽车检测与维修专业的必修课程，车载网络系统的故障诊断也被列入全国高职院校学生技能竞赛“汽车技术”赛项的竞赛内容，越来越被各职业院校重视。1汽车车载网络控制技术课程教学现状1.教学内容目前，车载网络技术的教学仍是偏向于理论知识的讲解，以车载网络系统的结构和原理为主，对系统的检测方法和维修方案讲解比较少，针对实物进行故障排除的讲解更少。而车载网络系统的结构和工作原理等内容比较抽象、晦涩难懂，导致学生学习兴趣低，学习效果比较差 2 。2.教学设备很多高职院校没有专门的车载网络实训设备，只有整车可以进行故障设置与检测，但是整车的空间性太差，学生人数较多，每次只有5、6个学生可以近距离观看，导致学生的参与度不高。而且汽车车载网络控制技术课程采用平行班教学，教学过程中需要多班多次对故障进行设置、CAN-数据总线驱动J428T16CAN-数据总线舒适J788CAN-数据总线信息娱乐CAN-数据总线转向灯CAN-数据总线电机驻车制动器LIN-数据总线CAN-数据总线传感器CAN-数据总线组合仪表CAN-数据总线诊渐CAN-数据总线导线K-导线LIN-数据总线导线串行数据总线导线迈腾B8网络总线系统各控制单元之间采用广播式传输。即每个控制单元都可以发送信息，不指定接收者，每个控制单元也可以选择是否需汽车实用技术检测，设备损坏频率增大，使维修、维护成本增加；有些院校购买了各种仿真软件，对于故障的模拟、故障波形和数据的显示都很直观，但是各种故障和数据都是事先导入的，缺乏随机性，而且仿真软件费用较高。3.教学案例在国家职业教育改革实施方案提出的“三教”改革的影响下，汽车车载网络控制技术课程在教法上不断改进，项目教学法、任务驱动法、理实一体法、基于工作过程等教学方法不断出现，但是这些方法都需要大量的故障案例进行支撑，而真正贴合汽车实际应用的故障案例在教学中还比较少。综上所述，为了更好地开展汽车车载网络控制技术课程教学，系统化制定课程理实一体化教学内容，收集典型教学案例，开发具有故障设置功能的智能教学系统势在必行。2迈腾B8车载网络系统结构及原理迈腾B8车载网络系统包括动力总线系统、舒适总线系统、信息娱乐总线系统、诊断总线系统、仪表总线系统等几个网络系统，如图1 所示。J540J623J583J745J667J668J285J533J503/RJ412J525J364J738图1 迈腾B8车载网络系统要接收这些信息 3。网络总线系统由以下部分组成：1）控制器：集成在电控单元内部，可以接收收发器传来的信息并经过处理传递给控制单元微2023年G419J492J217J104J587J500J234G85E221E415-J527?J345J521J519J255J386J387J446J605J400G397J136J604J388J389J393G384H12J764G273一第1 7 期处理器，也可以将电控单元微处理器发送的信息传递给收发器。2）收发器：集成在电控单元内部，可以将控制器发送来的电平信号转化为电压信号以广播方式发送出去，也可以接收发送来的电压信号并转化为电平信号发送到控制器。3）数据传输终端：数据传输两端各串联一个1202的电阻，防止在传输终了时数据被反射影响信息传输，位于模块J623和J533内部。4）数据传输线：为了减少电磁干扰和自身的干扰，传输线采用双绞线，分别为CAN-H线和CAN-L线。两根线上传输的高低电压值互成镜像，这样传输电压差始终为一个常数，使得产生的电磁场由于极性相反而互相抵消。3车载网络智能教学故障设置系统的开发3.1开发思路在进行故障设置系统开发之前，广泛调研迈腾B8轿车车载网络实际故障案例，根据教学要求，选取典型案例制定教学内容，依据制定好的教学内容开发故障设置系统。通过对典型故障案例进行分析，发现车载网络系统故障产生的原因主要分为三类：断路、接触不良（或线路虚接）和短路。对于线路中的断路故障，通常采用在线路当中串联一个开关，开关的设置位置既可以放置在传感器与电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)或执行器与ECU的连线上，也可以放置在各控制单元的通讯线路上，如图2 所示；对于线路中短路故障，通常采用跨接线来完成，跨接线可跨接在蓄电池的正极或者负极搭铁上；对于接触不良或者虚接的故障，传感器控制单元(ECU)林素敏：基于迈腾B8轿车车载网络的智能教学故障设置系统研究与应用开，失去通讯，从而出现故障。VCCJIAD1IN4148RR2010KP一连接设置故障的单片机；1 一接地端子；2一信号输入端；3一连接汽车控制单元。图3线路断路故障控制原理VCCJIA20JIB执行器D1IN4148171可以采用在电路中串联大阻值电阻的方式完成，大阻值电阻起到分压器的作用，使电路中其他元件的电流变小，从而造成元件工作不正常 4。基于以上原理，本故障设置系统通过在实物平台线路之间设置相应的控制电路，依据单片机指令控制继电器的导通状态实现上述故障点的设置，如图3和图4所示。由图3可知，单片机控制三极管的导通从而控制继电器的通断，继电器控制车载网络系统的通讯。当未设置故障时单片机控制P端输出高电平，三极管不导通，继电器断开，使得继电器输出端2 和3接通，汽车控制单元正常通讯；当设置故障时，P端输出低电平，三极管导通，继电器工作，1 和2 端子接通，信号端与汽车控制单元断2JIB3继电器输出T5继电器输出RR2010KTransceiverT5CAN-LOWCAN-High图2 断路故障设置switchS269_007zu 5051P一连接设置故障的单片机；1 一连接汽车控制单元；2一信号输入端；3一接地端子。图4线路虚接故障控制原理172其他类型故障的设置基于以上断路故障控制电路实现，例如接触不良或者线路虚接故障的电路设计如图4所示，在继电器的2 号端子和3号端子之间串联2 0 0 Q电阻（可根据实际情况更改阻值大小），正常状态下，继电器断开，输出端2号端子和3号端子接通，汽车控制单元正常通讯；当继电器吸合时，线路输出端由继电器的3号端子改为1 号端子，此时线路串联2 0 0 Q电阻，实现线路虚接故障。接口显示器故障输入控制器防盗喇叭不工作左前车门后视镜无法调节汽车实用技术3.2 结构设计基于以上设计思路，故障设置系统开发共包括五部分：单片机、继电器、译码处理器、显示器和故障输入控制器，其中单片机为核心控制装置。由故障输入控制器发出故障设置指令，单片机根据指令通过译码处理器发出故障设置请求，控制继电器线路通断，从而完成故障设置 5，如图5所示。接口接口单片机译码处理器继电器模块组继电器1继电器2继电器5继电器6产生的故障中央闭锁器不工作倒车灯天亮左右近光灯均不亮天窗电机不工作2023年接口锁存器继电器3继电器7左前玻璃升降器不工作右侧转向灯不亮继电器4继电器8图5故障设置系统结构该系统外接于迈腾B8车辆，不破坏整车装备，当故障设置系统不工作时，车辆车载网络系统控制功能正常。当进行故障设置时，车辆会出现相应的故障现象，学生可以使用相应的检测设备进行故障诊断。1.故障输入控制器故障输入控制器中故障点的选择通过按键输入实现，故障设置信息在显示屏上显示。故障设置输入采用矩阵键盘，如图6 所示，1 6 个按键成4行4列排列，4行和4列的电平分别由4个I/0控制，一共需要8 个I/O口，采用行列扫描的方式识别按键的信息输入。S1S2HOS5H1S9H2S13H3/vo2.单片机每个故障的设置需要单片机I/O口控制继电器来实现。另外，还需具备模数转换（Analogue toDigitalconversion，A D）采集端口电压、按键输入识别、显示屏控制等功能，因此，选用STM32F103ZET6单片机。由于系统输入电源电压为1 2 V，而单片机电压为3.3V，继电器和部分信号电压为5V，因此，需要设计将1 2 V电压分别转换为5V和3.3V的电路。3.译码处理器、锁存器和显示屏本次系统开发需要一个有两个输入端，四个输出端的译码处理器，因此，选取一个MC74HC139AN二-四译码处理器。S3S4S637S10S11S14S15IV1IV2图6 故障设置输入方式锁存器的作用是将处理器传输到锁存器上的数据进行锁存，以减少处理器的功率损耗。本次S8选用四个锁存器，每个锁存器有八个输入端子和八个输出端子。八个输入端子连接译码处理器的4S12种输出状态，可以得到32 种故障状态，本系统选择其中30 种。每个输出端子连接一个继电器，一个锁存器可以连接8 个继电器。S16显示器采用LCD12864，带中文字库带背光，IV3内置8 1 8 2 个汉字字库，1 2 8 个字符及6 42 56 点阵显示GDRAM（G r a p h i c D i s p l a y R A M 绘图区第1 7 期域)），既能进行故障设置，又能显示操作内容，完全满足本系统的需求。4.软件设计故障设置系统控制电路的软件控制如图7 所示，应用C语言在keil5软件上开发。主程序键扫描初始化端口选定键位输出口输出“O”林素敏：基于迈腾B8轿车车载网络的智能教学故障设置系统研究与应用触发滤铁带CH貂合CH1:有效平均值U-CH110.00.0元173通用示波器4冲程家仙爱动机/4 气江数/带曲销传感得的草火花线间制量信号CH1融发模式测量方式最小0.COV最大6.00v脉冲树量信号CHZ对比售线单一医形4.10VST精合在光之U-CH210.0CH-213清理内部RAM读取键盘输入口中断初始化读取键码否按键合理？是热行相应动作室相应继电器工作写停正显示故障代码图7 软件设计4车载网络智能教学故障设置系统功能测试1.安全性测试主要检测故障设置系统在使用过程中会不会对师生造成安全危害。检查内容包括：系统在实车上安装是否牢固、电源电压是否准确、线路连接有无故障，经过测试，系统安全可靠。通用示波器4冲程汽发动机/气缸数/带曲辅传感器的单火花线间制何号CH1CH1锅合CH1:有效平均信U-CH110.0.3.080.05.0(b）就车检测故障波形图8 车辆右前后视镜上下不能调节故障波形否2.故障模拟测试按键输入？本故障设置系统可以设置3 0 个故障点，为保是证故障现象和故障数据与实车故障的一致性，对去干扰并确认按键30个故障点的故障内容进行逐一验证，验证过程详细记录每个故障点的故障现象、故障数据和故计算键代码障代码，与实车故障进行比较，发现测试结果基本相同 6 ，如图8 所示。保存代码到键缓冲区，供主程序读取显示键码中断返回发式湖量信号CHZ她发诚装带店排气谢方式最小0.50V最大5.00V脉冲QTMNW(a）故障设置系统测量故障波形5结束语车载网络智能教学故障设置系统以迈腾B8轿车车载网络系统为蓝本进行开发研究，实现了车载网络系统结构的清晰化、故障设置的智能化、故障案例的典型化，有效解决了汽车车载网络控制技术课程教学设备落后、设备与教学内容不匹配、故障案例不典型等问题，实现了故障案例讲解和实践操作的有效结合，提高了教学效果，为解决车载网络教学难题提供思路。参考文献1 崔巍.汽车车载网络系统故障诊断方法探究 J.河北农机,2 0 1 9(1 0):2 8-2 9.2陈翔,巫宇权.基于大众迈腾的汽车CAN总线检测维修实训台开发设计 .汽车世界,2 0 1 9(2 0):1.3黎永键,关伟，简浩钧.大众迈腾轿车CAN总线系统对典线一E尼T.10V频率6帮合充光标之CHZ10:0CH2原理与故障检修 J.公路与汽运,2 0 1 7(2):2 1-2 5.4李璨，张贤栋，郭顺.车载网络数据总线故障研究：以大众迈腾B8L车型为例 J.湘南学院学报,2 0 2 0,4 1(2):5-10.5王春光,左维,张建新.基于单片机的数控机床故障模拟装置的开发 J.机电工程技术,2 0 1 6,4 5(4):4 6-4 8.6李小龙，魏建平.汽车LIN总线故障案例分析：以迈腾B8舒适系统LIN总线为例 J.内燃机与配件,2 0 2 2(3):54-57.