Themen:
- LIN-Bus allgemein
- Rezessiv und dominant
- Datenrahmen
- Senderahmen und Antwortrahmen
- LIN-Bus-Kommunikation der Sitzheizungstaste
- LIN-Bus-Kommunikation des Wischermotors
- Fehler in der Kommunikation mit dem Wischermotor
- Störungen durch Übergangswiderstände in der LIN-Bus-Leitung
LIN-Bus allgemein:
Der LIN-Bus (das ist eine Abkürzung für Local Interconnect Network) funktioniert nicht wie ein CAN-Bus mit zwei Leitungen, sondern mit einer Leitung zwischen zwei oder mehr Steuergeräten. Der LIN-Bus hat einen Master und einen Slave; Der Master sendet eine Nachricht und der Slave empfängt sie. Der Master steht in Kontakt mit einem der anderen Netzwerke, beispielsweise dem MOST-Bus oder CAN-Bus.
Der Meister kann a Kontrollgerät oder ein einfacher Schalter sein und der Slave a Sensor, Aktor oder ein Steuergerät. Dies könnte zum Beispiel bei der Steuerung eines Klimakompressors oder beim Betätigen eines Fensterhebermotors der Fall sein. Der Schalter ist der Master und der Fensterhebermotor ist der Slave.
Zu den Anwendungen, bei denen der LIN-Bus zur Steuerung verwendet wird, gehören:
- Schiebe-/Ausstelldach
- Spiegelverstellung
- Fenstermotoren
- Türschlösser
- Elektrische Sitzverstellung
Das Bild rechts zeigt, wie der LIN-Bus in einer Tür eingesetzt werden kann. Der Master ist über den CAN-Bus (oranges und grünes Kabel) mit dem Gateway verbunden. An den Master sind vier Slaves angeschlossen; das obere für die Spiegelverstellung, darunter für die Türgriffelektronik und darunter links für das Schloss und rechts für den Fensterhebermotor.
Im Vergleich zum CAN-Bus ist der LIN-Bus einfach und langsam. Die Geschwindigkeit des LIN-Busses beträgt etwa 1 bis maximal 20 Kbit/s (im Vergleich zum CAN-Bus mit einer maximalen Geschwindigkeit von 20 Mbit/s). Dadurch wird die Entwicklung und Produktion der Teile deutlich günstiger. Da es für die oben genannten Systeme nicht darauf ankommt, dass sie über ein sehr schnelles Netzwerk wie den CAN-Bus gesteuert werden, reicht ein langsames Netzwerk wie den LIN-Bus aus. Darüber hinaus beträgt die maximale Länge der Verkabelung 40 Meter und es können maximal 16 Steuergeräte (also bis zu 16 Slaves) angeschlossen werden.
Angeschlossen ist der LIN-Bus Tor. Das Gateway ermöglicht die Kommunikation mit anderen Netzwerktypen, beispielsweise dem CAN- oder MOST-Bus.
Rezessiv und dominant:
Der Master sendet eine Nachricht an den Slave. Diese Informationen werden mit Spannungen von 0 Volt oder 12 Volt übertragen. Das LIN-Bus-Signal kann mit dem Oszilloskop gemessen werden.
Am Punkt 1 liegt am Bus eine Spannung von 13 Volt an. Bei Punkt 2 beginnt der Master mit dem Senden einer Nachricht. Der Master schaltet den Bus auf Masse (Punkt 3). Innerhalb von 0,1 Millisekunde steigt die Leitung wieder auf 13 Volt. Während der Bus mit Masse verbunden ist, findet eine Informationsübertragung statt.
Wenn die Spannung am Bus gleich der Batteriespannung ist, spricht man von einer rezessiven Spannung. Während der rezessiven Spannung werden keine Informationen übertragen. Das rezessive Bit ist eine „0“.
Erst wenn der Bus gegen Masse kurzgeschlossen wird, wird eine „1“ gebildet. Dies wird als dominantes Bit bezeichnet. Im Signal wird der Bus mehrmals dominant und dann rezessiv. Auch die Zeit, in der der Bus dominant oder rezessiv ist, ist unterschiedlich (eine horizontale Linie ist breiter als die andere). Diese variierende Spannung erzeugt ein Signal mit Einsen und Nullen.
Die Anzahl der Einsen und Nullen bilden ein Signal, das vom Slave erkannt wird. Die Kombination 01101100010100 kann bedeuten: Fenstermotor hoch. Mit diesem Befehl hebt der jeweilige Fenstermotor das Fenster an. Wenn das Fenster die höchste Position erreicht hat, sendet der Fenstermotor (der Slave) ein Signal an den Master, dass er die Steuerung beendet. In diesem Fall wird der LIN-Bus nicht vollständig rezessiv, sondern die Datenbytes im Signal ändern sich.
Der LIN-Bus wird im Autobetrieb nie vollständig rezessiv; Es besteht jederzeit eine Kommunikation zwischen dem Master und den Slaves. Wenn der Slave nicht kommuniziert, weil die LIN-Bus-Leitung unterbrochen ist, oder wenn der Slave ein Strom- oder Masseproblem hat und sich nicht einschalten lässt, sorgt der Master dafür, dass ein Fehlercode im Steuergerät gespeichert wird.
Datumsrahmen:
Ein LIN-Bus-Signal besteht aus einem Rahmen, der aus verschiedenen Feldern besteht. Das folgende Signal zeigt, wie ein Datenrahmen aufgebaut ist.
- Break-Feld (Break): Das Break-Feld wird verwendet, um alle angeschlossenen Slaves zu aktivieren, um die nächsten Teile des Frames abzuhören. Das Breakfield besteht aus einem Startbit und mindestens 13 dominanten Bits (im dominanten Teil beträgt die Spannung 0 Volt), gefolgt von einem rezessiven Bit. Das Break-Feld dient daher als Start-of-Frame-Nachricht für alle Slaves am Bus.
- Synchronisationsfeld (Synch): Aufgrund der fehlenden Quarze in den Slaves muss der Sendezeitpunkt für jede Nachricht neu ermittelt werden. Durch Messung der Zeit zwischen den ermittelten steigenden und fallenden Flanken wird die Hauptuhr synchronisiert und somit die Übertragungsgeschwindigkeit bestimmt. Die interne Baudrate wird für jede Nachricht neu berechnet.
- Identifikator (ID): Der Identifikator gibt an, ob es sich bei der Nachricht um einen Senderahmen oder einen Antwortrahmen handelt. Die Sende- und Antwortrahmen werden im nächsten Abschnitt beschrieben.
- Datenfelder (Daten 1 und 2): enthalten die Datenbytes und die Informationen, die gesendet werden müssen (z. B. den eigentlichen Befehl vom Master an den Slave oder Sensorinformationen vom Slave an den Master).
- Prüfsumme (Check): Die Prüfsumme ist ein Kontrollfeld, das überprüft, ob alle Daten empfangen wurden. Mithilfe der Daten im Prüfsummenfeld wird eine Berechnung durchgeführt, die mit den in den Datenfeldern empfangenen Daten übereinstimmen muss. Bei positivem Ergebnis wird die Nachricht angenommen. Im Falle eines negativen Ergebnisses wird eine Fehlerbehandlung durchgeführt. Es wird zunächst noch einmal versucht.
- Interframe Space (IFS): Der LIN-Bus wird für einige Bits rezessiv gemacht, bevor eine neue Nachricht gesendet wird. Nach dem IFS kann der Master eine neue Nachricht senden.
Der Bus ist zwischen den verschiedenen Feldern für eine gewisse Zeit rezessiv. Diese Zeit wird im Protokoll festgehalten. Darauf folgt das Break-Feld der nächsten gesendeten Nachricht.
Senderahmen und Antwortrahmen:
Die Kennung in der Nachricht gibt an, ob es sich um einen Senderahmen oder einen Antwortrahmen handelt. Der Senderahmen wird vom Master gesendet (dies wird als TX-ID bezeichnet) und der Antwortrahmen wird vom Slave gesendet (RX-ID). Beide Nachrichten enthalten die vom Master generierten Breakfield-, Synch- und Message-ID-Felder. Je nachdem, ob es sich um einen Tx- oder einen Rx-Frame handelt, wird die Nachricht vom Master oder vom Slave vervollständigt. Die Tx- und Rx-Frames werden abwechselnd gesendet.
LIN-Bus-Kommunikation der Sitzheizungstaste:
In diesem Abschnitt finden Sie ein Beispiel für die Ansteuerung der Sitzheizung über LIN-Bus. Im Bedienfeld der Klimaanlage befindet sich eine Taste für die Sitzheizung. Unter der Taste befinden sich drei LEDs, die anzeigen, in welcher Position sich die Sitzheizung befindet. Durch mehrmaliges Drücken der Taste wird die Einstellung der Sitzheizung geändert (Position 1 ist die niedrigste und Position 3 die höchste Position). Im Bild unten leuchten drei LEDs auf, um die höchste Einstellung der Sitzheizung anzuzeigen. In diesem Abschnitt wird anhand eines Diagramms erläutert, wie über den LIN-Bus kommuniziert wird, um die LEDs bei Betätigung des Schalters anzusteuern.
Unten Elektrischer Schaltplan kommt von der Sitzheizung. Das Klimabedienteil ist gleichzeitig das G600-Steuergerät. Im Bedienfeld sind die Schalter und LEDs der Sitzheizung links und rechts sichtbar. Die Pfeile neben den Steuergeräten zeigen an, dass das Steuergerät größer ist als in der Abbildung dargestellt; Die Steuereinheit fährt in anderen Schemata fort.
Beim Drücken einer Sitzheizungstaste am Bedienfeld sendet diese ein Signal über den LIN-Bus an das Steuergerät für Komfortelektronik (G100).
Das Steuergerät G100 schaltet die Sitzheizung ein, indem es Pin 21 oder 55 am Stecker T45 mit Strom versorgt. Die Spannung wird an die Stellung des Schalters angepasst (niedrige Spannung in Stellung 1, maximale Spannung in Stellung 3). Neben dem Heizelement ist ein Symbol eines Thermosensors abgebildet. Hierbei handelt es sich um einen NTC-Sensor, der die Temperatur an das Steuergerät sendet und so die Sitzheizung vor Überhitzung schützt.
Beim Betätigen des Schalters wandelt der Slave diese physikalische Stellung des Schalters in einen Bitwert um. Nachdem der Master einen Antwortrahmen gesendet hat, platziert der Slave diesen Bitwert in den Datenbytes (siehe die Änderung im Datenrahmen 1 in Bild 2). Dieser Bitwert wird solange weitergeleitet, bis der Schalter losgelassen wird. Wenn der Knopf wieder in die Ruheposition gebracht wird, wechselt das Signal wieder zum ursprünglichen Signal (Bild 1).
Bild 1: Signal mit Taster in Ruhestellung im Antwortrahmen:
Bild 2: Signal bei gedrückter Taste im Antwortrahmen:
Nachdem der Master die Bitwerte vom gedrückten Schalter erhalten hat, steuert er die LED im Schalter, indem er einen Bitwert in die Datenbytes des Senderahmens platziert. Auch in diesem Fall ändert sich das Spannungsbild wie im obigen Beispiel zu Daten 1 oder Daten 2. Die LED bleibt an, bis der Master einen Befehl sendet, dass die LED ausgeschaltet werden muss.
LIN-Bus-Kommunikation des Wischermotors:
Der Scheibenwischermotor wird zunehmend über den LIN-Bus gesteuert. Die Bedienung und Vorteile gegenüber dem herkömmlichen System werden auf der Seite beschrieben Scheibenwischermotor. Auf dieser Seite werden die Signale untersucht und Scope-Bilder von eventuell auftretenden Störungen angezeigt.
Wie bereits beschrieben besteht der LIN-Bus aus einem Master und einem oder mehreren Slaves. Im obigen Diagramm ist die ECU (Zentralelektronik-Steuereinheit) der Master und der RLS (Regen-/Lichtsensor) und der RWM (Wischermotor) die Slaves. Das Oszilloskopbild unten zeigt drei Signale, die nacheinander auf dem LIN-Bus platziert werden.
Die Break- und Synch-Felder sind in jedem Signal deutlich sichtbar. Bei den nachfolgenden Signalen lässt sich nicht mehr feststellen, woher sie stammen oder was genau gesendet wird. Was wir wissen ist, dass der Master im Feld „Identifikation“ angibt, für welchen Slave die Nachricht bestimmt ist. Das ID-Feld gibt außerdem an, ob der Slave die Nachricht empfangen soll (Transmit Frame) oder ob der Slave eine Nachricht zurücksenden, also antworten soll (Response Frame). Ein Übertragungsrahmen könnte erfordern, dass der Slave den Aktuator steuert, beispielsweise den Wischermotor ein- oder ausschaltet. Mit einem Response-Frame kann der Master vom Regensensor den aktuellen Wert der Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe anfordern. Mit diesem Wert kann der Master (die ECU) bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit der Wischermotor gesteuert werden soll. Die eigentlichen zu sendenden Daten werden in den Datenfeldern abgelegt. Dies könnte beispielsweise die Geschwindigkeit sein, mit der der Scheibenwischermotor angesteuert werden soll. Es können mehrere Datenfelder möglich sein.
Das Oszilloskopbild ist bei ausgeschaltetem Scheibenwischermotor und in einer Situation, in der keine Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe registriert wird. Dennoch findet eine kontinuierliche Kommunikation zwischen dem Master und den Slaves statt.
Die ECU im Scheibenwischermotor erkennt in diesem Signal eine Änderung in einem oder mehreren Bits, dass dieser eingeschaltet werden muss.
Fehler in der Kommunikation mit dem Wischermotor:
Wenn der Wischermotor abgeklemmt ist, versucht der Master, den Slave zu erreichen. Dies kann passieren, wenn der Motor ein Problem mit der Stromversorgung hat oder wenn das LIN-Bus-Kabel unterbrochen ist. Der Master sendet die Felder „Break“, „Sync“ und „ID“ mit einem Antwortbit, aber der Wischermotor antwortet nicht. In diesem Fall speichert der Master einen DTC-Fehlercode im Zusammenhang mit dem Kommunikationsproblem. Ein solcher Fehlercode wird durch U (User Network) gekennzeichnet. Außerdem wird kontinuierlich versucht, den Slave zu erreichen, um die Kommunikation fortzusetzen.
Um diesen Fehler zu beheben, muss die LIN-Bus-Leitung des Wischermotors überprüft werden. Möglicherweise ist Feuchtigkeit in den Stecker eingedrungen, was zu Korrosion und einer Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Kabel und dem Wischermotor geführt hat. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die LIN-Bus-Leitung irgendwo im Kabelbaum unterbrochen ist.
Störungen durch Übergangswiderstände in der LIN-Bus-Leitung
Schäden an einem Kabel, weil es feststeckt, an etwas gerieben wurde oder jemand mit einer Messsonde in das Kabel gestochen hat, können schließlich zu einem Übergangswiderstand und damit zu einem Spannungsverlust führen. Ein Spannungsverlust in einer Stromversorgungsleitung eines Verbrauchers sorgt dafür, dass der Verbraucher weniger Spannung hat, um ordnungsgemäß zu funktionieren. In diesem Fall kann der Ort des Übergangswiderstands mit einer V4-Messung ermittelt werden.
Ein Übergangswiderstand in einem LIN-Bus-Kabel führt nicht zu einem Abfall der rezessiven Spannung. Allerdings hat es einen großen Einfluss auf das Signal. Ein zu großer Übergangswiderstand kann dafür sorgen, dass das Signal zwar noch auf dem Oszilloskop sichtbar ist, die Qualität aber für eine gute Kommunikation zu schlecht ist. In diesem Fall führen die Slaves am jeweiligen LIN-Bus keine Aktionen mehr aus.
Das Scope-Bild dient als Beispiel für die folgenden beiden Signale, bei denen ein Übergangswiderstand vorliegt.
Das zweite Oszilloskopbild zeigt ein Signal, bei dem ein Übergangswiderstand eine Signaländerung verursacht hat. Die ansteigenden und abfallenden Flanken im Bild sind stärker geneigt und haben oben und unten eine spitze Form, statt abgeflacht zu sein.
Vom Signal des dritten Scope-Bildes ist fast nichts mehr übrig. Damit verbunden ist ein noch höherer Übergangswiderstand. Das Pausenfeld, das Synchronisationsfeld und eine Reihe breiter rezessiver Anteile im Signal sind erkennbar, aber unbrauchbar.
Wenn das Oszilloskopsignal eine Sägezahnform aufweist, kann es zu einem Übergangswiderstand kommen, obwohl der rezessive Spannungspegel gleich der Batteriespannung ist. Bedenken Sie, dass die Flanken nie exakt senkrecht, sondern immer leicht schräg verlaufen. Der Unterschied in den Signalen zeigt jedoch eine deutliche Abweichung. Um den Ort des beschädigten Kabels zu finden, muss in vielen Fällen der Kabelbaum zwischen dem Master und den mehreren Slaves überprüft werden. Wo sich der Kabelbaum in der Nähe von Nähten der Karosserie oder scharfkantigen Teilen des Armaturenbretts befindet oder Stellen, an denen Spuren von Demontage-/Montagearbeiten anderer Teile zu finden sind, verdienen erste Aufmerksamkeit. Oft reicht es aus, den beschädigten Teil des Kabels zu reparieren. Sie können sich auch dafür entscheiden, das alte LIN-Bus-Kabel an allen Enden am Master und an den Slaves zu trennen und ein komplett neues LIN-Bus-Kabel zu installieren.
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