2.1.3 总线工作的特点

  • 特权阶级:不论计算机还是真是社会中,都有特权阶级的存在,CAN总线上的节点会被划分为不同优先级,为满足的是不同的实时要求,采用的是非破坏性位仲裁总线结构机制,当两个节点同时向网络上传送信息时,优先级低的节点会主动的停止数据发送,优先级高的就可以不受影响继续传输数据.仲裁(Arbitration) 只要总线空闲,任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文,就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时,数据帧优先于远程帧。在仲裁期间,每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同,则这个单元可以继续发送,如果发送的是“隐性”电平而监视到的是“显性”电平,那么这个单元就失去了仲裁,必须退出发送状态。
  • 报文(Message)总线上的数据以不同报文格式发送,但长度受到限制。当总线空闲时,任何一个网络上的节点都可以发送报文。
  • 信息路由(Information Routing)在CAN中,节点不使用任何关于系统配置的报文,比如站地址,由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时,不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变,可以直接在CAN中增加节点。
  • 标识符(Identifier) 要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域),它给出的不是目标节点地址,而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送,所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
  • 数据一致性应确保报文在CAN里同时被所有节点接收或同时不接收,这是配合错误处理和再同步功能实现的。
  • 位传输速率不同的CAN系统速度不同,但在一个给定的系统里,位传输速率是唯一的,并且是固定的。
  • 优先权 :由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。标识符越小,优先权越高。
  • 远程数据请求(Remote Data Request) 通过发送远程帧,需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。
  • 总线状态 总线有“显性”和“隐性”两个状态,“显性”对应逻辑“0”,“隐性”对应逻辑“1”。“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态,所以两个节点同时分别发送“0”和“1”时,总线上呈现“0”。CAN总线采用二进制不归零(NRZ)编码方式,所以总线上不是“0”,就是“1”。但是CAN协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式。
  • 故障界定(Confinement) CAN节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。故障节点会被关闭。
  • 应答接收节点对正确接收的报文给出应答,对不一致报文进行标记。
  • CAN通讯距离最大是10公里(设速率为5Kbps),或最大通信速率为1Mbps(设通信距离为40米)。
  • CAN总线上的节点数可达110个。通信介质可在双绞线,同轴电缆,光纤中选择。
  • 报文是短帧结构,短的传送时间使其受干扰概率低,CAN有很好的校验机制,这些都保证了。
CAN通信的可靠性:

(1)具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;

(2)采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;

(3)具有优先权和仲裁功能,多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上,形成多主机局部网络;

(4)可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;

(5)可靠的错误处理和检错机制;

(6)发送的信息遭到破坏后,可自动重发;

(7)节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;

(8)报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。

2.1.2 CAN工作原理

(1)以广播的形式发送报文.当CAN总线上的某个节点需要给其他节点发送消息时,会以广播的形式发送给总线上所有的节点,因为总线上的节点不适用地址来进行配置CAN系统,而是根据报文的开头的11位标识符决定是否要接受其他节点发来的报文;

(2)每个节点都有自己的处理器和CAN总线接口控制器;

(3)当一个节点需要发送数据到另一个节点时,自身节点的处理器需要将要发送的数据和自己的标识符传给自身的总线控制接口,处于准备状态;当获取到总线的使用权后,将数据和标识符组装成报文,将报文以一定格式发出,此时其他的节点处于接收状态.至于其他节点是否接收,由其他节点决定,是都会对某些报文进行过滤;

(4)当新增的节点仅仅是纯粹的数据接收设备时,只需要该设备直接从总线上接收数据即可。

1.5.12 可变气门正时

可变正时气门VVT(Variable Valve Timing)可变气门正时系统。该系统通过配备的控制及执行系统,对发动机凸轮的相位进行调节,从而使得气门开启、关闭的时间随发动机转速的变化而变化,以提高充气效率,增加发动机功率。

(1)工作原理

该系统由ECU协调控制,发动机各部位的传感器实时向ECU报告运转情况。由于在ECU中储存有气门最佳正时参数,所以ECU会随时对正时机构进行调整,从而改变气门的开启和关闭时间,或提前、或滞后、或保持不变,下面这段视频则清楚的展示了VVT机构的工作原理。简单的说,VVT系统就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力机构,从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节,也就相当于对气门的开启和关闭时刻进行了调整。 

图1.42 配气相位图

1.5.11 可变速冷却风扇

(1)作用

汽车冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

(2)工作原理
  • 水箱温度传感器(实际上是一个温控阀,不是水温表温度传感器)探测到水箱温度超过阀值(一般为95度),则风扇继电器吸合;
  • 风扇电路通过扇继电器导通,风扇电机启动。
  • 当水箱温度传感器探测到水箱温度低于阀值,则风扇继电器分离,风扇电机停止工作。
  • 影响风扇工作的因素是水箱温度,与发动机水温没有直接关系。

1.5.10 Throttle Servomotor(节气门伺服电机)

(1)作用

电子节气门控制系统,可以使节气门开度得到精确控制。

图1.40 电子节气门分解图

2)工作原理

在工作时,驾驶员操纵油门踏板,油门踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门ECU,控制单元首先对输入的信号进行滤波,以消除环境噪声的影响,然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图,计算出对发动机转矩的基本需求,得到相应节气门转角的基本期望值。经过CAN总线和整车控制单元进行通信,获取其他工况信息以及各种传感器信号,如发动机转速、挡位、节气门位置、空调能耗等,由此计算出整车所需要的全部转矩,通过对节气门转角期望值进行补偿,得到节气门的最佳开度,并把相应的电压信号发送到驱动电路模块,驱动电动机使节气门达到最佳的开度位置,节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元,形成闭环的位置控制。

图1.41 电子节气门工作原理图

1.5.9 流量控制阀

(1)作用

流量控制阀是在一定压力差下,依靠改变节流口液阻的大小来控制节流口的流量,从而调节执行元件(液压缸或液压马达)运动速度的阀类。控制高压泵流量达到控制高压压力的目标,提高油泵效率。

(2)工作原理

数显流量控制阀主要由自动阀芯、手动阀芯和显示器三大部分组成。其中,自动阀芯主要用于维持流量恒定,即在管网压力变化时,自动阀芯就会在压力的作用下自动开大或关小阀口来维持设定流量数值不变;手动阀芯主要用于调节流量,即根据显示值来设定所需的流量值;显示部分主要用于处理并显示最终计算结果,其又可分为流量阀机芯、传感器发讯器和电子计算器显示器部分。

流量控制阀的工作过程大致是酱紫的,被测水流流经阀门,水流冲击流量机芯内的叶轮,叶轮旋转与传感发讯器感应,使传感器发出与流量成正比的电讯号,流量电讯号通过导线送入电子计算器,经过计算器计算、微处理器处理后,其流量值显示出来。

1.5.8 压力调节器

(1)作用

保障汽车油路中燃油压力正常的部件。

(2)工作原理

油压大小由弹簧和气室真空度二者协调,当油压高过标准值时,高压燃油会顶动膜片上移,球阀打开,多余的燃油会经回油管反流油箱;当压力低过标准值时,弹簧会下压膜片将球阀关闭,停止回油。压力调节器的作用就是保持油路内的压力保持恒定,油压过低则喷油器喷油太弱或不喷油,油压太高则使油路损毁或喷油器损坏。压力调节器内部有一个膜片,起到控制压力阀打开关闭的作用,油压低于一定值时,压力阀关闭,由油泵加压使油路内压力增加,当增加到超过规定压力后,膜片打开,过压的燃油通过回油管路流回油箱,起到减压的作用。

图1.39 压力调节器结构示意图

1.5.7 喷油嘴(紫油机)

(1)作用

是向气缸燃烧室喷入高压雾化的柴油,并燃烧做功。

(2)工作原理

用优质轴承钢制造成,其相互配合的滑动圆柱面间隙仅为0.001mm-0.0025mm,通过高精密加工或研磨选配而得,不同喷油嘴偶件不可互换。该间隙过大,会使喷油压力下降,喷雾质量变差;间隙过小,针阀容易卡死。针阀中部的环形锥面(承压锥面)位于针阀体的环形油腔12中,其作用是承受由油压产生的轴向推力,使针阀上升。针阀下端的锥面(密封锥面)与针阀体相配合,起密封喷油器内腔的作用。

针阀上部有凸肩,当针阀关闭时,凸肩与喷油器体下端面的距离h为针阀最大升程,其大小决定了喷油量的多少,一般h=0.4mm-0.5mm。针阀体与喷油器体的结合处有1-2个定位销8防止针阀体转动,以免进油孔错位。

喷油器工作时,来自喷油泵的高压柴油,经油管接头15进入喷油器体上的进油道14,再进入针阀体中部的环形油腔12,作用在针阀的承压锥面上,对针阀形成一个向上的轴向推力,此推力一旦大于喷油器调压弹簧16的预压力时,针阀立即上移,打开喷孔10,高压柴油随即喷入燃烧室中。喷油泵停止供油时,高压油道内压力迅速下降,针阀在调压弹簧作用下及时回位,将喷孔关闭,停止喷油。

进入针阀体环形油腔12的少量柴油,经喷油嘴偶件配合表面之间的间隙流到调压弹簧端,进入回油管,流回滤清器,用来润滑喷油嘴偶件。

针阀的开启压力(喷油压力)的大小取决于调压弹簧的预紧力。不同的发动机有不同的喷油压力要求,可通过调压螺钉17调整,旋入时压力增大,旋出时压力减小。

1.5.6 喷油嘴(汽油机)

(1)作用

把燃油精准的送达发动机内部燃烧。

(2)工作原理

汽油机喷油嘴的工作原理是汽车用的喷油嘴是个简单的电磁阀,当电磁线圈通电时,产生吸力,针阀被吸起,打开喷孔,燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出,形成雾状,利于燃烧充分。喷油嘴本身是一个常闭阀,由一个阀针上下运动来控制阀的开闭。当ECU下达喷油指令时,其电压讯号会使电流流经喷油嘴内的线圈,产生磁场来把阀针吸起,让阀门开启好使油料能自喷油孔喷出。  

图1.38 喷油嘴(汽油机)结构示意图