基于ASE的汽车多路复用系统教学设计

蒋芳 吴喜骊

摘要： ASE是美国汽车服务领域的一套职业技能认证体系，以其系统的职业分类、科学的认证标准和严谨的考核过程，在汽车维修行业树立了良好的声誉和地位。文章系统研究了ASE关于汽车多路复用系统维修的知识要求和技能要求，并以此为依据，归纳汽车多路复用系统的通信协议、总线网络和诊断技术，设计汽车多路复用系统的教学内容。通过研究，为我国汽车维修专业课程教学提供国际化的教育理念和先进经验。

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.

关键词： ASE;汽车维修;多路复用系统;教学设计

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

中图分类号：F407.471                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）04-0254-03

1  美国ASE汽车维修职业认证

ASE是英文Automotive Service Excellence的缩写，含义是“卓越汽车服务”。ASE创建于1972年，是美国汽车服务行业的一家非赢利性组织，使命是通过汽车服务技师考试和认证，提高美国汽车维修和服务的质量，正确评价技师的知识和能力。

ASE将汽车服务分为12个职业，每个职业又分为多个认证项目。以汽车维修为例，细分为8个认证项目：A1-发动机维修;A2-自动变速器及其驱动桥维修;A3-手动传动系统维修;A4-悬架和转向维修;A5-制动系统维修;A6-电气与电子系统维修;A7-空调系统维修;A8-发动机性能维修。每个认证项目都有各自的认证标准，并列出了非常具体的考核要求。

由于ASE认证的科学、严谨，在美国汽车服务行业获得了良好的声誉和地位。通过ASE认证的技师非常受雇主的欢迎;汽车车主愿意选择通过ASE认证的技师维修汽车;ASE认证的技师允许佩带蓝白两色的肩章，意为“优秀蓝印”，是专业技术的象征。本文借鉴ASE关于电气与电子系统维修的认证标准，系统介绍了汽车多路复用系统的考核要求，为我国汽车修理工职业技能鉴定提供参考，为汽车维修职业教育的教学设计提供借鉴。

2  ASE关于汽车多路复用系统的认证要求

ASE关于汽车多路复用系统认证的知识要求包括：

①解释多路复用系统的原理。②解释多路复用通信协议的概念。③描述多路复用通信协议的类别。④解释A类多路复用系统的工作原理。⑤解释B类多路复用系统的工作原理。⑥描述控制器局域网（CAN）总线的工作原理。⑦描述其它辅助的数据总线的用途。⑧描述本地互联网（LIN）总线原理。⑨描述利用光纤技术的媒体定向传输（MOST）总线原理。⑩描述利用蓝牙技术的无线网络系统原理。

ASE关于汽车多路复用系统认证的技能要求包括：

①描述U-码和B-码的用途。

②诊断ISO9141-2总线故障，并进行维修。

③诊断ISO-K总线故障，并进行维修。

④诊断A类总线故障，并进行维修。

⑤诊断J1850总线故障，并进行维修。

⑥诊断控制器局域网总线故障，并进行维修。

3  汽车多路复用系统的通信协议

協议是计算机用来在数据总线上进行通信的语言。不同的协议在波特率和传送方法上各不相同。有些制造厂商使用了脉宽调制，而有些则使用了可变的脉宽。美国汽车工程师学会（SAE）根据通信速度（波特率）定义了不同种类的协议：A类，通用异步收发（UART）低速协议，波特率低于10Kb/s;B类，中速协议，波特率在10～125Kb/s之间;C类，高速协议，波特率在125～1000Kb/s之间。

3.1 ISO9141-2协议

ISO9141-2协议，波特率为10.4Kb/s，属于B类系统，是用于车载计算机模块和OBD-II故障诊断仪之间通讯的协议。该系统是一个双线故障诊断总线，包括一根K线和一根L线。K线用于把数据从模块传输到故障诊断仪，L线用于把数据从故障诊断仪传输到模块。ISO-K总线是另外一种采用ISO9141-2协议的故障诊断总线，允许在单根接线上进行双向通信。

3.2 ISO14230-4协议

ISO14230-4协议采用单根双向数据传输线，在故障诊断仪和模块之间进行通信。欧洲的汽车制造商多使用这种系统，用作故障诊断总线。通信系统要求有一个主模块，收发信息的原理与UART系统相似，主模块轮流询问从模块，然后等待响应，进而控制消息的传输。无通信信号时，传输线上的电压保持5V;通信时传输线上的电压降低，形成具有固定脉宽的数据流。

3.3 J1850协议

J1850总线系统是OBD-II的B类标准，该总线有两个不同的版本。第一个版本支持41.6Kb/s的传输速度，福特采用了该协议并称之为SCP协议，使用双绞线传输的脉宽调制（PWM）信号。第二个版本支持10.4Kb/s的传输速度，通用和克莱斯勒汽车公司应用了这种协议，通用汽车称之为二类系统，而克莱斯勒称其为可编程通信接口（PCI），采用单线传输的可变脉宽调制（VPWM）信号。

3.4 J2284协议

J2284总线协议属于C类标准，又称为控制器局域网（CAN）。CAN网络能支持高达1Mb/s的传输速度，用于系统的实时控制。罗伯特·博世在20世纪80年代早期开发了CAN，目前在欧洲应用十分广泛。大部分汽车只把CAN总线用在模块间的通信，与故障诊断仪的通信常采用ISO-K总线。美国SAE已经要求把CAN C网络作为故障诊断仪与PCM通信的协议。

4  汽车多路复用系统总线网络

4.1 A类数据总线网络

克莱斯勒冲突检测（CCD），是典型的A类总线，具有接线少、驱动器少、传感器载荷少、诊断功能强等特点。CCD系统利用双绞线以数字形式传输数据，其中一根接线称为总线（+），另一根称为总线（-）。所有连接到CCD总线的模块安装有一块专门的CCD芯片。通常车身控制模块（BCM）是总线系统的主模块，其它模块是从模块。主模块负责给总线供电，在没有数据传输时，总线（+）和总线（-）电路上的偏压是2.50V。总线两端各安装一个120Ω的电阻器，称为端接电阻，用于抑制感应电压。其中一个端接电阻在BCM内部，而另一个位于动力系统控制模块（PCM）内部。

4.2 B类数据总线网络

可编程通信接口（PCI）总线属于B类数据总线网络，是一种单线、双向通信总线。PCI系统的模块是并联的，系统中的每个模块为自己提供偏压，并接有端接电阻。模块向总线发送数据时，一个可变脉宽调制信号在0～7.75V之间切换，用来表示1和0比特位。典型的PCI总线信息包括数据头（HEADER）、数据（DATA）字节、循环冗余码校验（CRC）字节、帧内响应（IFR）字节。

4.3 控制器局域网

根据传输速度不同，CAN总线系统分为CAN B和CAN C两类。CAN B是中速系统，传输速度低于125Kb/s，用于座椅、车窗、收音机、仪表板等车身电器的控制。CAN C总线的速度高达500Kb/s，用于发动机管理、制动防抱死系统的实时控制。诊断用CAN C总线，专用于连接故障诊断仪。CAN总线电路由一对双绞线组成，CAN（+）和CAN（-）。数据同时在两条线上传输，传输的信号相同，但两条线上的信号电压正好相反。在所有CAN总线系统中，每个模块都为自己提供偏压，当某个模块与总线开路，其它模块组之间仍旧可以通信。高速CAN C总线只在点火开关打开时才工作，CAN B总线在点火开关关掉时仍保持激活状态。在CAN B总线中，每个模块都有自己的端接电阻。中控网关模块（CGW）用于连接三个CAN总线网络（CAN B， CAN C和诊断用CAN C）。与计算机网络中的路由器相似，该模块允许不同总线之间进行数据交换。CGW从一个总线读取数据，然后把该数据转移到其它总线。如果有几个数据正在同时发送，这些数据会被存入一个缓冲区，并按优先级依次发送。CGW也用于监测CAN网络是否有故障，当检测到有故障时，储存相应的网络故障码（U码）。CGW也是故障诊断仪连接到CAN网络的網关，二者之间通过诊断用CAN C总线连接。

4.4 其它辅助的数据总线

①本地互联网总线。本地互联网络（LIN）总线是一种通用异步收发低速网络，有一个主模块、多个从模块。LIN主模块连接到CAN总线并控制数据的传输速率。主模块在从模块和CAN总线之间翻译数据，对从模块的诊断需通过主模块进行。LIN总线的主模块能支持多达15个从模块，从模块可以是控制模块、传感器或执行器。

②媒体定向传输总线。媒体定向传输（MOST）总线是一个专为音频和视频数据传输而设计的网络系统。MOST总线通过光纤传输数据，传输速度为25Mb/s。在MOST数据总线上的模块利用LED、光电二极管和MOST收发器进行光信号通信，LED把来自MOST收发器的电压信号转换成光信号，送入光缆;光电二极管把光缆上的光信号变成电压信号，然后送到MOST收发器。总线上的模块通过光纤连成一个环型，数据只在一个方向发送，通常由主模块开始，由主模块发出的数据被送到环中的下一个模块，该模块接受后继续发送给下一个模块，直到发送模块接收到它自己的消息为止。

③无线网。无线网无须使用物理接线就能把模块连接在一起传输信息。实现无线通信的技术有多种，蓝牙技术最常见。蓝牙技术利用一个标准化的无线传输协议将各个控制模块相互连起来。在汽车上，笔记本电脑、移动电话都可以通过蓝牙实现与外界的通讯。

5  汽车多路复用系统的诊断技术

5.1 诊断基础

总线系统故障包括电路的断路、短路、高电阻和元件的失效。J1962 BOB是OBD-II的数据链路连接器（DLC）检测工具，可用于任何具有OBD-II的汽车。BOB串联在DLC和故障诊断仪之间，提供了DLC端子的所有测试点，用来检测DLC电路的电压和电阻。

分配给汽车通信网络的诊断故障码叫做U码，与用于动力系统故障的P码、车身系统故障的B码遵循同一个SAE标准。前缀“U”表示故障是与网络通信相关。如果总线上的两个模块出现通讯故障，需要接受信号的模块可能同时设置两个故障码，即一个U码和一个B码，U码表示与第二个模块的通信故障，B码表示系统未能执行某项功能。

在总线网络中，模块能检测与一个或多个模块的通信故障，有些模块还能够监测总线电路上的电压，当出现总线电压过高、过低，总线短路或断路等异常情况时，设置U码，并显示故障码的状态。

5.2 A类总线系统诊断

A类总线系统是一种低速总线，包含一个主模块和若干个从模块。主模块给总线系统供偏压。如果主模块失效，则所有总线通信都会中断。在CCD总线系统中，主模块通常是BCM，总线由双绞线CCD（+）和CCD（-）组成，并利用两根接线之间的电压差来传输数据。CCD总线故障会导致汽车电气系统工作异常，利用故障诊断仪尝试与汽车上所有的模块进行通信，从而确定故障是总的总线失效还是部分总线失效。如果故障诊断仪能够与汽车上的某个模块进行通信，则把其作为部分总线失效进行诊断。如果任何模块都不能与故障诊断仪进行通信，则按照总的总线失效进行诊断。如果初步测试表明是总的总线失效，可能的故障原因有：主模块有故障;主模块的电源或接地电路有故障;来自主模块的总线电路断路;总线电路对地短路;总线电路对电源短路;两根总线接线短路。如果初步测试表明是部分总线失效，设法确定哪个模块不能通信。如果存在多个模块没有通信，则查找汽车的接线图，确定在受影响的模块之间是否有公共的接点，例如，共有的连接器、共有的接线、共有的电源线、或者共有的接地。检测这些公共的接点，核实其是否工作正常，并进行维修。

5.3 B类总线系统诊断

①ISO9141-2总线系统诊断。ISO9141-2是一种诊断用总线，它提供了在故障诊断仪和模块之间的通信链路。诊断仪在K线上给模块提供偏压，同时模块在L线上给诊断仪提供偏压。如果该总线系统发生故障，则故障诊断仪和模块间的通信会中断。这种总线系统不用于汽车上模块之间的通信，因此不会影响到汽车本身的运行。当故障诊断仪不能与PCM进行通信时，查阅维修手册，确定汽车上的其他模块是否也使用ISO9141-2总线进行诊断。如果在总线上有其他模块，尝试故障诊断仪与每个模块进行连接，从而确定故障范围。

②ISO-K总线系统诊断。ISO-K是一种诊断用总线，当采用ISO-K作为模块和故障诊断仪之间通信连接时，DLC中的接线柱到每个模块都有一根专用连接线。ISO-K只用于故障诊断仪与模块之间的通信，不用于模块间的通信。故障诊断仪为K线提供偏压。故障诊断仪和模块之间的通信出现故障时，将J1962 BOB连到DLC，不连接故障诊断仪，关闭点火开关，在K线上的电压应该为0V。如果此时电路上有电压存在，则说明DLC和模块之间、或者模块的内部有对电源短路现象。如果指示0V电压，用欧姆表检测K线是否有对地短路，若有，短路点可能位于DLC和模块之间、或者模块内部的接线之中。连接故障诊断仪，点火开关关闭，使用示波器来观察K线电压，在示波器上应看到12V电压;把点火开关转到运行档，尝试在故障诊断仪和模块之间建立通信，示波器会随着通信的建立而指示数字信号。

③J1850总线系统诊断。克莱斯勒的可编程通信接口（PCI）是采用J1850协议的一种可变脉宽调制（VPWM）系统。进行PCI总线系统的故障诊断，应首先确定该故障是总的总线失效，还是部分总线失效。总的总线失效是指整个PCI总线都无法通信，通常表现为通信线路中有对电源短路或对地短路现象。部分总线失效是指PCI总线网络中个别节点无法进行通信，表现为节点故障。

5.4 控制器局域网总线诊断

使用控制器局域网总线系统的汽车一般会有两个或三个不同的CAN系统。进行CAN总线故障诊断的第一步是确定哪个总线网络有故障。使用故障诊断仪访问中控网关模块CGW，如果故障诊断仪不能与中控网关模块通信，说明诊断用CAN C电路有故障。在诊断CAN总线时，总线正常状态如下：①在点火开关处于运行档时，在CAN B（+）上的正常电压读数是在280～920mV之间。②在点火开关处于运行档时，在CAN B（-）上的正常电压读数是在4.08～4.72V之间;③在点火开关断开，总线睡眠时，在CAN B（+）上的正常电压读数为0V。④在点火开关断开，总线睡眠时，在CAN B（-）上的正常电压读数为蓄电池电压。

⑤在点火开关处于运行档时，在CAN C（+）上的正常电压读数是大约2.60V。⑥在点火开关处于运行档时，在CAN C（-）上的正常电压读数是大约2.40V。

CAN B的端接电阻是无法测量的，在蓄电池断开时应显示为无穷大，否则表明有短路现象。CAN C总线的端接电阻是60Ω。诊断用CAN C总线的端接电阻是60Ω。

6  案例分析

一辆车存在间歇性不能起动故障，多次修理，但问题没有解决。技术员尝试复现故障，但此时发动机能起动并运行良好。技术员连接故障诊断仪并访问PCM，读取故障码，无任何故障码。在了解到该车装备了CAN总线后，进入中控网关模块，找到一个“与PCM通信中断”的间歇性故障码。根据故障间歇性出现的特点，检查PCM上的连接器。发现CAN总线端子有明顯松动，进行维修后故障排除。间歇性不起动故障是由该车的安全系统不能与PCM进行通信所造成的，由于没有得到安全系统的确认信号，PCM不让发动机起动，属于正常操作，因此不会设置任何故障码。由于接头连接松动时，其它模块不能与PCM通信，所以记录了“与PCM通信中断”的间歇性故障码。

7  结论

ASE以其系统的职业分类、科学的认证标准和严谨的考核过程，在美国汽车维修行业树立了崇高的地位和声誉。通过研究ASE关于汽车多路复用系统维修的知识要求和技能要求，并以此为依据，归纳汽车多路复用系统的通信协议、总线网络和诊断技术，设计汽车多路复用系统的教学内容，对汽车维修专业的课程教学具有重大理论指导价值。

参考文献：

[1]蒋芳.关于汽车维修专业职业技能认证的思考[J].中国职业技术教育，2005（7）：56-57.

[2]National Institute for Automotive Service Excellence. ASE Certification Test Series[OL]. Http：//ase.com/Tests/ASE-Certification-Tests/Test-Service.aspx.

[3]National Automotive Technicians Education Foundation. NATEF Program Accreditation Standards[EB/OL].Http：//www.natef.org/getattachment/AchievingAccreditation/Program-Standards/2012-Auto-Program-Standards.pdf.aspx.