基于ASE的汽車多路復用系統教學設計

蔣芳 吳喜驪

摘要： ASE是美國汽車服務領域的一套職業技能認證體系，以其系統的職業分類、科學的認證標準和嚴謹的考核過程，在汽車維修行業樹立了良好的聲譽和地位。文章系統研究了ASE關于汽車多路復用系統維修的知識要求和技能要求，并以此為依據，歸納汽車多路復用系統的通信協議、總線網絡和診斷技術，設計汽車多路復用系統的教學內容。通過研究，為我國汽車維修專業課程教學提供國際化的教育理念和先進經驗。

Abstract： ASE is a professional skill certification system in the field of automotive services in the United States. With its systematic job classification， scientific certification standards and rigorous assessment process， ASE has established a high position and reputation in the automotive maintenance industry. This paper systematically studies the knowledge and skill requirements of ASE on the maintenance of automotive multiplexing system， summarizes the communication protocol， bus network and diagnosis technology of automotive multiplexing system， and designs the teaching content of automotive multiplexing system. Through research， it provides international educational ideas and advanced experience for the teaching of automotive maintenance courses in China.

關鍵詞： ASE;汽車維修;多路復用系統;教學設計

Key words： ASE;automotive service;multiplexing system;teaching design

中圖分類號：F407.471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0254-03

1 ?美國ASE汽車維修職業認證

ASE是英文Automotive Service Excellence的縮寫，含義是“卓越汽車服務”。ASE創建于1972年，是美國汽車服務行業的一家非贏利性組織，使命是通過汽車服務技師考試和認證，提高美國汽車維修和服務的質量，正確評價技師的知識和能力。

ASE將汽車服務分為12個職業，每個職業又分為多個認證項目。以汽車維修為例，細分為8個認證項目：A1-發動機維修;A2-自動變速器及其驅動橋維修;A3-手動傳動系統維修;A4-懸架和轉向維修;A5-制動系統維修;A6-電氣與電子系統維修;A7-空調系統維修;A8-發動機性能維修。每個認證項目都有各自的認證標準，并列出了非常具體的考核要求。

由于ASE認證的科學、嚴謹，在美國汽車服務行業獲得了良好的聲譽和地位。通過ASE認證的技師非常受雇主的歡迎;汽車車主愿意選擇通過ASE認證的技師維修汽車;ASE認證的技師允許佩帶藍白兩色的肩章，意為“優秀藍印”，是專業技術的象征。本文借鑒ASE關于電氣與電子系統維修的認證標準，系統介紹了汽車多路復用系統的考核要求，為我國汽車修理工職業技能鑒定提供參考，為汽車維修職業教育的教學設計提供借鑒。

2 ?ASE關于汽車多路復用系統的認證要求

ASE關于汽車多路復用系統認證的知識要求包括：

①解釋多路復用系統的原理。②解釋多路復用通信協議的概念。③描述多路復用通信協議的類別。④解釋A類多路復用系統的工作原理。⑤解釋B類多路復用系統的工作原理。⑥描述控制器局域網（CAN）總線的工作原理。⑦描述其它輔助的數據總線的用途。⑧描述本地互聯網（LIN）總線原理。⑨描述利用光纖技術的媒體定向傳輸（MOST）總線原理。⑩描述利用藍牙技術的無線網絡系統原理。

ASE關于汽車多路復用系統認證的技能要求包括：

①描述U-碼和B-碼的用途。

②診斷ISO9141-2總線故障，并進行維修。

③診斷ISO-K總線故障，并進行維修。

④診斷A類總線故障，并進行維修。

⑤診斷J1850總線故障，并進行維修。

⑥診斷控制器局域網總線故障，并進行維修。

3 ?汽車多路復用系統的通信協議

協議是計算機用來在數據總線上進行通信的語言。不同的協議在波特率和傳送方法上各不相同。有些制造廠商使用了脈寬調制，而有些則使用了可變的脈寬。美國汽車工程師學會（SAE）根據通信速度（波特率）定義了不同種類的協議：A類，通用異步收發（UART）低速協議，波特率低于10Kb/s;B類，中速協議，波特率在10～125Kb/s之間;C類，高速協議，波特率在125～1000Kb/s之間。

3.1 ISO9141-2協議

ISO9141-2協議，波特率為10.4Kb/s，屬于B類系統，是用于車載計算機模塊和OBD-II故障診斷儀之間通訊的協議。該系統是一個雙線故障診斷總線，包括一根K線和一根L線。K線用于把數據從模塊傳輸到故障診斷儀，L線用于把數據從故障診斷儀傳輸到模塊。ISO-K總線是另外一種采用ISO9141-2協議的故障診斷總線，允許在單根接線上進行雙向通信。

3.2 ISO14230-4協議

ISO14230-4協議采用單根雙向數據傳輸線，在故障診斷儀和模塊之間進行通信。歐洲的汽車制造商多使用這種系統，用作故障診斷總線。通信系統要求有一個主模塊，收發信息的原理與UART系統相似，主模塊輪流詢問從模塊，然后等待響應，進而控制消息的傳輸。無通信信號時，傳輸線上的電壓保持5V;通信時傳輸線上的電壓降低，形成具有固定脈寬的數據流。

3.3 J1850協議

J1850總線系統是OBD-II的B類標準，該總線有兩個不同的版本。第一個版本支持41.6Kb/s的傳輸速度，福特采用了該協議并稱之為SCP協議，使用雙絞線傳輸的脈寬調制（PWM）信號。第二個版本支持10.4Kb/s的傳輸速度，通用和克萊斯勒汽車公司應用了這種協議，通用汽車稱之為二類系統，而克萊斯勒稱其為可編程通信接口（PCI），采用單線傳輸的可變脈寬調制（VPWM）信號。

3.4 J2284協議

J2284總線協議屬于C類標準，又稱為控制器局域網（CAN）。CAN網絡能支持高達1Mb/s的傳輸速度，用于系統的實時控制。羅伯特·博世在20世紀80年代早期開發了CAN，目前在歐洲應用十分廣泛。大部分汽車只把CAN總線用在模塊間的通信，與故障診斷儀的通信常采用ISO-K總線。美國SAE已經要求把CAN C網絡作為故障診斷儀與PCM通信的協議。

4 ?汽車多路復用系統總線網絡

4.1 A類數據總線網絡

克萊斯勒沖突檢測（CCD），是典型的A類總線，具有接線少、驅動器少、傳感器載荷少、診斷功能強等特點。CCD系統利用雙絞線以數字形式傳輸數據，其中一根接線稱為總線（+），另一根稱為總線（-）。所有連接到CCD總線的模塊安裝有一塊專門的CCD芯片。通常車身控制模塊（BCM）是總線系統的主模塊，其它模塊是從模塊。主模塊負責給總線供電，在沒有數據傳輸時，總線（+）和總線（-）電路上的偏壓是2.50V?？偩€兩端各安裝一個120Ω的電阻器，稱為端接電阻，用于抑制感應電壓。其中一個端接電阻在BCM內部，而另一個位于動力系統控制模塊（PCM）內部。

4.2 B類數據總線網絡

可編程通信接口（PCI）總線屬于B類數據總線網絡，是一種單線、雙向通信總線。PCI系統的模塊是并聯的，系統中的每個模塊為自己提供偏壓，并接有端接電阻。模塊向總線發送數據時，一個可變脈寬調制信號在0～7.75V之間切換，用來表示1和0比特位。典型的PCI總線信息包括數據頭（HEADER）、數據（DATA）字節、循環冗余碼校驗（CRC）字節、幀內響應（IFR）字節。

4.3 控制器局域網

根據傳輸速度不同，CAN總線系統分為CAN B和CAN C兩類。CAN B是中速系統，傳輸速度低于125Kb/s，用于座椅、車窗、收音機、儀表板等車身電器的控制。CAN C總線的速度高達500Kb/s，用于發動機管理、制動防抱死系統的實時控制。診斷用CAN C總線，專用于連接故障診斷儀。CAN總線電路由一對雙絞線組成，CAN（+）和CAN（-）。數據同時在兩條線上傳輸，傳輸的信號相同，但兩條線上的信號電壓正好相反。在所有CAN總線系統中，每個模塊都為自己提供偏壓，當某個模塊與總線開路，其它模塊組之間仍舊可以通信。高速CAN C總線只在點火開關打開時才工作，CAN B總線在點火開關關掉時仍保持激活狀態。在CAN B總線中，每個模塊都有自己的端接電阻。中控網關模塊（CGW）用于連接三個CAN總線網絡（CAN B， CAN C和診斷用CAN C）。與計算機網絡中的路由器相似，該模塊允許不同總線之間進行數據交換。CGW從一個總線讀取數據，然后把該數據轉移到其它總線。如果有幾個數據正在同時發送，這些數據會被存入一個緩沖區，并按優先級依次發送。CGW也用于監測CAN網絡是否有故障，當檢測到有故障時，儲存相應的網絡故障碼（U碼）。CGW也是故障診斷儀連接到CAN網絡的網關，二者之間通過診斷用CAN C總線連接。

4.4 其它輔助的數據總線

①本地互聯網總線。本地互聯網絡（LIN）總線是一種通用異步收發低速網絡，有一個主模塊、多個從模塊。LIN主模塊連接到CAN總線并控制數據的傳輸速率。主模塊在從模塊和CAN總線之間翻譯數據，對從模塊的診斷需通過主模塊進行。LIN總線的主模塊能支持多達15個從模塊，從模塊可以是控制模塊、傳感器或執行器。

②媒體定向傳輸總線。媒體定向傳輸（MOST）總線是一個專為音頻和視頻數據傳輸而設計的網絡系統。MOST總線通過光纖傳輸數據，傳輸速度為25Mb/s。在MOST數據總線上的模塊利用LED、光電二極管和MOST收發器進行光信號通信，LED把來自MOST收發器的電壓信號轉換成光信號，送入光纜;光電二極管把光纜上的光信號變成電壓信號，然后送到MOST收發器?？偩€上的模塊通過光纖連成一個環型，數據只在一個方向發送，通常由主模塊開始，由主模塊發出的數據被送到環中的下一個模塊，該模塊接受后繼續發送給下一個模塊，直到發送模塊接收到它自己的消息為止。

③無線網。無線網無須使用物理接線就能把模塊連接在一起傳輸信息。實現無線通信的技術有多種，藍牙技術最常見。藍牙技術利用一個標準化的無線傳輸協議將各個控制模塊相互連起來。在汽車上，筆記本電腦、移動電話都可以通過藍牙實現與外界的通訊。

5 ?汽車多路復用系統的診斷技術

5.1 診斷基礎

總線系統故障包括電路的斷路、短路、高電阻和元件的失效。J1962 BOB是OBD-II的數據鏈路連接器（DLC）檢測工具，可用于任何具有OBD-II的汽車。BOB串聯在DLC和故障診斷儀之間，提供了DLC端子的所有測試點，用來檢測DLC電路的電壓和電阻。

分配給汽車通信網絡的診斷故障碼叫做U碼，與用于動力系統故障的P碼、車身系統故障的B碼遵循同一個SAE標準。前綴“U”表示故障是與網絡通信相關。如果總線上的兩個模塊出現通訊故障，需要接受信號的模塊可能同時設置兩個故障碼，即一個U碼和一個B碼，U碼表示與第二個模塊的通信故障，B碼表示系統未能執行某項功能。

在總線網絡中，模塊能檢測與一個或多個模塊的通信故障，有些模塊還能夠監測總線電路上的電壓，當出現總線電壓過高、過低，總線短路或斷路等異常情況時，設置U碼，并顯示故障碼的狀態。

5.2 A類總線系統診斷

A類總線系統是一種低速總線，包含一個主模塊和若干個從模塊。主模塊給總線系統供偏壓。如果主模塊失效，則所有總線通信都會中斷。在CCD總線系統中，主模塊通常是BCM，總線由雙絞線CCD（+）和CCD（-）組成，并利用兩根接線之間的電壓差來傳輸數據。CCD總線故障會導致汽車電氣系統工作異常，利用故障診斷儀嘗試與汽車上所有的模塊進行通信，從而確定故障是總的總線失效還是部分總線失效。如果故障診斷儀能夠與汽車上的某個模塊進行通信，則把其作為部分總線失效進行診斷。如果任何模塊都不能與故障診斷儀進行通信，則按照總的總線失效進行診斷。如果初步測試表明是總的總線失效，可能的故障原因有：主模塊有故障;主模塊的電源或接地電路有故障;來自主模塊的總線電路斷路;總線電路對地短路;總線電路對電源短路;兩根總線接線短路。如果初步測試表明是部分總線失效，設法確定哪個模塊不能通信。如果存在多個模塊沒有通信，則查找汽車的接線圖，確定在受影響的模塊之間是否有公共的接點，例如，共有的連接器、共有的接線、共有的電源線、或者共有的接地。檢測這些公共的接點，核實其是否工作正常，并進行維修。

5.3 B類總線系統診斷

①ISO9141-2總線系統診斷。ISO9141-2是一種診斷用總線，它提供了在故障診斷儀和模塊之間的通信鏈路。診斷儀在K線上給模塊提供偏壓，同時模塊在L線上給診斷儀提供偏壓。如果該總線系統發生故障，則故障診斷儀和模塊間的通信會中斷。這種總線系統不用于汽車上模塊之間的通信，因此不會影響到汽車本身的運行。當故障診斷儀不能與PCM進行通信時，查閱維修手冊，確定汽車上的其他模塊是否也使用ISO9141-2總線進行診斷。如果在總線上有其他模塊，嘗試故障診斷儀與每個模塊進行連接，從而確定故障范圍。

②ISO-K總線系統診斷。ISO-K是一種診斷用總線，當采用ISO-K作為模塊和故障診斷儀之間通信連接時，DLC中的接線柱到每個模塊都有一根專用連接線。ISO-K只用于故障診斷儀與模塊之間的通信，不用于模塊間的通信。故障診斷儀為K線提供偏壓。故障診斷儀和模塊之間的通信出現故障時，將J1962 BOB連到DLC，不連接故障診斷儀，關閉點火開關，在K線上的電壓應該為0V。如果此時電路上有電壓存在，則說明DLC和模塊之間、或者模塊的內部有對電源短路現象。如果指示0V電壓，用歐姆表檢測K線是否有對地短路，若有，短路點可能位于DLC和模塊之間、或者模塊內部的接線之中。連接故障診斷儀，點火開關關閉，使用示波器來觀察K線電壓，在示波器上應看到12V電壓;把點火開關轉到運行檔，嘗試在故障診斷儀和模塊之間建立通信，示波器會隨著通信的建立而指示數字信號。

③J1850總線系統診斷?？巳R斯勒的可編程通信接口（PCI）是采用J1850協議的一種可變脈寬調制（VPWM）系統。進行PCI總線系統的故障診斷，應首先確定該故障是總的總線失效，還是部分總線失效?？偟目偩€失效是指整個PCI總線都無法通信，通常表現為通信線路中有對電源短路或對地短路現象。部分總線失效是指PCI總線網絡中個別節點無法進行通信，表現為節點故障。

5.4 控制器局域網總線診斷

使用控制器局域網總線系統的汽車一般會有兩個或三個不同的CAN系統。進行CAN總線故障診斷的第一步是確定哪個總線網絡有故障。使用故障診斷儀訪問中控網關模塊CGW，如果故障診斷儀不能與中控網關模塊通信，說明診斷用CAN C電路有故障。在診斷CAN總線時，總線正常狀態如下：①在點火開關處于運行檔時，在CAN B（+）上的正常電壓讀數是在280～920mV之間。②在點火開關處于運行檔時，在CAN B（-）上的正常電壓讀數是在4.08～4.72V之間;③在點火開關斷開，總線睡眠時，在CAN B（+）上的正常電壓讀數為0V。④在點火開關斷開，總線睡眠時，在CAN B（-）上的正常電壓讀數為蓄電池電壓。

⑤在點火開關處于運行檔時，在CAN C（+）上的正常電壓讀數是大約2.60V。⑥在點火開關處于運行檔時，在CAN C（-）上的正常電壓讀數是大約2.40V。

CAN B的端接電阻是無法測量的，在蓄電池斷開時應顯示為無窮大，否則表明有短路現象。CAN C總線的端接電阻是60Ω。診斷用CAN C總線的端接電阻是60Ω。

6 ?案例分析

一輛車存在間歇性不能起動故障，多次修理，但問題沒有解決。技術員嘗試復現故障，但此時發動機能起動并運行良好。技術員連接故障診斷儀并訪問PCM，讀取故障碼，無任何故障碼。在了解到該車裝備了CAN總線后，進入中控網關模塊，找到一個“與PCM通信中斷”的間歇性故障碼。根據故障間歇性出現的特點，檢查PCM上的連接器。發現CAN總線端子有明顯松動，進行維修后故障排除。間歇性不起動故障是由該車的安全系統不能與PCM進行通信所造成的，由于沒有得到安全系統的確認信號，PCM不讓發動機起動，屬于正常操作，因此不會設置任何故障碼。由于接頭連接松動時，其它模塊不能與PCM通信，所以記錄了“與PCM通信中斷”的間歇性故障碼。

7 ?結論

ASE以其系統的職業分類、科學的認證標準和嚴謹的考核過程，在美國汽車維修行業樹立了崇高的地位和聲譽。通過研究ASE關于汽車多路復用系統維修的知識要求和技能要求，并以此為依據，歸納汽車多路復用系統的通信協議、總線網絡和診斷技術，設計汽車多路復用系統的教學內容，對汽車維修專業的課程教學具有重大理論指導價值。

參考文獻：

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