车载LIN总线异常数据帧的试验研究

摘  要：针对LIN总线数据帧传输异常的问题，利用示波器测定车辆LIN总线异常数据帧，试验分析了LIN总线对地加载、LIN总线对电源加载、LIN总线带不同电阻对地加载、LIN总线带不同电阻对电源加载和LIN总线断路的波形，利用测得的数据帧信号电平判断数据传输异常原因。结果表明，不同故障引起的LIN总线数据信号波有一定区别，传输异常的原因可通过波形分析来甄别。

关键词：LIN总线;数据帧;波形

中图分类号：U467.4      文献标识码：A 文章编号：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

現代汽车正在研究以低成本、轻量化满足汽车内部各系统之间数据传输的要求，因此除了CAN总线以及光纤总线外，很多汽车在一些不要求带宽和较为简单的控制系统中，采用了LIN（Local Interconnect Network）总线传输数据。LIN总线作为CAN总线的辅助，具有系统结构简单、单线传输、控制等级清晰、低速通信可靠性高、成本低等优点，被广泛地应用于汽车电器控制系统中，但在实际工作中由于各种原因会造成数据总线传输异常，对汽车使用功能造成影响[1，2]。

目前对CAN总线错误数据帧的研究较多[3，4]，而针对LIN总线数据异常传输的研究结论较少，尤其针对LIN总线信号电平故障测试研究工作更鲜见涉及。基于本人长期承担“汽车网络信息系统检修”课程的实训教学经验，研究汽车网络信息系统故障检修方法，针对因LIN总线数据帧传输错误，导致车辆部分功能失效或异常的问题，利用汽车专用示波器测量车载LIN总线异常数据帧，并进行分析，试验分析了5种常见故障，分别是：LIN总线对地加载、LIN总线对电源加载、LIN总线带不同电阻对地加载、LIN总线带不同电阻对电源加载和LIN总线断路的波形，总结出利用数据帧信号电平判断数据传输异常原因的方法，这对汽车LIN总线网络传输故障的检修具有重要的现实意义。

1  车载LIN总线及其网络结构

LIN总线又称局域网子网络，广泛应用于汽车自动雨刮、自适应大灯、空调系统、电动车窗等系统[5]。LIN总线的工作方式为一主多从式，即一个主节点和多个从节点构成，网络整体采用单线模式，一个LIN网络最多可以扩展16个从节点[6，7]。主节点既可以执行主任务，又可以执行从任务，可以控制网络内从机、检测并调整总线状态，还可以与上层网络CAN总线进行通讯。从节点只能执行从任务[8-10]。

LIN总线系统主从节点之间数据交换的方式主要有三种：（1）由主节点到一个或多个从节点;（2）由一个从节点到主节点;（3）通信信号可以在从节点间传播而不经过主节点。

2  试验方案

2.1  试验设备

试验对象为迈腾B8L车门控制单元LIN总线，其左前车门控制单元J386与左后车门控制单元J388之间通过LIN线连接，右前车门控制单元J387与右后车门控制单元J389之间通过LIN线连接，其中J386和J387为主节点，J388和J389为从节点。

2.2  试验仪器与方法

试验仪器为Hantek DSO6000，4通道示波器和EXT触发，60 MHz带宽，200 MS/s实时采样率、0.01 MB～16 MB记忆深度每通道。连接示波器1通道，红表笔连接被测的LIN总线，黑表笔连接车身搭铁，测试LIN总线通讯数据的电压信号变化，通过分析加载不同故障时通讯数据信号的变化规律，总结故障识别的方法。

3  LIN总线异常数据帧检测与分析

3.1  LIN总线数据稳态传输信号波形

LIN总线稳态运行波形如图1所示，电平稳定地在隐性状态与显性状态之间变化，隐性电压约为12 V，显性电压约为1 V，此状态通讯正常。

3.2  LIN总线对地加载不同电阻波形分析

LIN总线对地加载不同电阻其波形变化如图2所示，随着加载电阻值的减小，LIN线隐性电压逐渐降低。经测试发现，当对地加载2 000 Ω电阻时，隐性电压降到9 V，显性电压为1 V，隐性电压和显性电压有明显区分，波形变化基本正常，模块之间通讯正常;当加载电阻在1 000 Ω时，隐性电压降到6 V，显性电压为1 V，波形变化异常，呈规律性跳动，通讯数据信号异常，车门模块间通信故障;当加载电阻在500 Ω时，隐性电压降到4 V，显性电压为1 V，波形变化异常，呈规律性跳动，通信数据信号异常，车门模块间通信故障;当加载电阻在0 Ω时，波形呈0 V一条直线，通信数据信号异常，车门模块间通信故障。

3.3  LIN总线对电源加载不同电阻波形分析

LIN总线对电源加载不同电阻其波形变化如图3所示，随着加载电阻值的减小，LIN总线显性电压逐渐升高;当对电源加载100 Ω电阻时，显性电压升到2 V，隐性电压为12 V，波形变化正常，模块之间通信正常;当加载电阻在50 Ω时，显性电压升到8V，隐性电压为12 V，波形变化异常，通信数据信号异常，车门模块间通信故障;当加载电阻在20 Ω时，显性电压升到11 V，隐性电压为12 V，波形变化异常，通信数据信号异常，车门模块间通信故障;当加载电阻在0 Ω时，波形呈12 V一条直线，通信数据信号异常，车门模块间通信故障。

3.4  LIN总线断路波形分析

LIN总线断路后测量点不同测得波形不同，若在断点前靠近主节点方向测量，测得波形为LIN总线波形有缺失，如图4（a）所示，但是从断点后方靠近从节点方向则会测出异常波形，波形近似为12 V直线，如图4（b）所示。LIN总线断路在从节点处波形与对电源加载电阻0 Ω时波形相同，因此还需进一步在主节点处测量，以确定故障，若在主节点处波形仍与从节点处相同，可判断其为对电源加载电阻0 Ω故障，可通过断开控制单元插接器及车门处插接器进一步判断短路点。

4  结  论

在车载LIN总线上加载不同物理媒介，利用示波器测定车辆LIN总线异常数据帧，对测得异常数据帧进行分析，得出以下结论：（1）LIN总线波形异常不一定会导致数据帧传输异常，控制模块接收数据帧有一定容错范围;（2）LIN总线信号波形异常表明相关部件或线束存在故障，可利用波形分析方法，分析电平变化规律来甄别故障，该方法具有较好的可行性;（3）當LIN总线对地加载电阻时，电阻越大，波形越接近正常波形。反之，电阻越小，波形隐性电平越接近0 V，对信号传输的影响也越大;（4）当LIN总线对电源加载电阻时，电阻越大，波形越接近正常波形。反之，电阻越小，波形隐性电平越接近12 V，对信号传输的影响也越大。

参考文献：

[1] 明显诚，许博.基于LIN总线的汽车室内照明智能调控系统设计 [J].现代电子技术，2019，42（14）：161-164.

[2] 曾玉.新能源汽车光伏照明系统的设计研究 [J].电源技术，2016，40（9）：1857-1858.

[3] 方文，张春化，初宏伟.基于K-CAN Bus信号电平检测数据帧异常传输的试验研究 [J].汽车技术，2018（9）：25-30.

[4] 李建文，王翠东，徐正飞，等.不同物理媒介对车载CAN总线通信特性影响的试验研究 [J].汽车技术，2015（8）：37-42.

[5] 王宁.基于LIN总线的车用雨量传感器与雨刷器控制系统的研究 [D].杭州：中国计量大学，2018.

[6] 乔雨恒，张红娟，王宇，等.基于LIN总线的矿用超声测距系统设计 [J].仪表技术与传感器，2019（8）：74-78.

[7] YE Q S.Research and Application of CAN and LIN Bus in Automobile Network System [C]//2010 3rd International Conference on Advanced Computer Theory and Engineering（ICACTE）.Chengdu：IEEE，2010.

[8] 肖木，王丽芳，唐晓泉.LIN总线拓扑结构分析 [J].计算机工程与应用，2007（16）：219-221.

[9] XU Y Y，WANG J C，CHEN W X，et al.Application of LIN Bus in Vehicle Network [C]//IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety.Shanghai：IEEE，2006.

[10] 肖木，王丽芳.LIN总线数据打包算法 [J].低压电器，2007（3）：29-32+59.

作者简介：吴珊（1991.01—），女，汉族，陕西彬州人，讲师，硕士，研究方向：汽车网络与舒适系统检修、新能源动力电池振动分析等。