artikel

Back to basics: Storingzoeken in LIN-bus

Werkplaats & Onderhoud Premium 1706

CAN-bus is niet meer weg te denken uit de autotechniek. Je vindt vaak wel tientallen regelapparaten in de auto die met elkaar communiceren via meerdere CAN-netwerken, met verschillende snelheden. Maar hoe zit het met LIN-bus? Welke rol speelt dat? En vinden autofabrikanten het nog wel zinvol om LIN-bus in hun nieuwe modellen toe te passen?

Back to basics: Storingzoeken in LIN-bus
De master maakt onderdeel uit van het CAN-netwerk. Via de LIN-bus communiceert hij met zijn slaves.

Om met die laatste vraag te beginnen, het antwoord is ja! LIN-bus is tot op de dag van vandaag een aanvulling op de CAN-bus gestuurde systemen in de auto. Dan naar de eerste vraag. De master (een regelapparaat) communiceert via de LIN-busdraad met meerdere slaves (sensoren of actuatoren). De master maakt onderdeel uit van het CAN-busnetwerk en is via de CAN-high en CAN-low draden (in de afbeelding met groen en oranje weergegeven) met de gateway verbonden. Op die manier kunnen regelapparaten elders in het CAN-busnetwerk een bericht naar de master sturen, die op zijn beurt een commando naar de slave zendt.

Automatische spiegelverstelling

  • Een voorbeeld: de bestuurder schakelt de achteruitversnelling in.
  • Het regelapparaat van de versnellingsbak plaatst nu een digitale code “achteruitversnelling staat ingeschakeld” op de CAN-bus.
  • Het CAN-signaal komt via de gateway binnen op het comfortregelapparaat.
  • Het comfortregelapparaat zendt het signaal via de CAN-bus door naar de master in het bestuurdersportier (linksvoor) die het op zijn beurt omzet in een LIN-bus signaal.
  • De master in het bestuurdersportier stuurt via de LIN-bus een signaal door naar de slave in het bijrijdersportier (rechtsvoor).
  • De slave in het bijrijdersportier laat de buitenspiegel aan de rechterzijde nu naar beneden kantelen voor de stoeprandherkenning voor de bestuurder.

Gebruikelijk is dat systemen als de spiegelverstelling, portierruit- en schuifdakbediening, portiersloten, stuurwielelektronica, dynamo, aircocompressor en ruitenwissermotor via de LIN-bus met elkaar communiceren. Op die ruitenwissermotor gaan we dieper in. En we geven praktijkgerichte voorbeelden.

Zonder LIN-bus

Om inzicht te krijgen in de aansturing van de ruitenwissermotor via de LIN-bus, bespreken we eerst de werking van een conventioneel systeem zonder LIN-bus. Het symbool van de ruitenwissermotor is in de schema’s op deze pagina’s weergegeven als een elektromotor met drie koolborstels. De linker twee zijn voor de hoge en de lage snelheid en de rechter is voor de massa.

In de ruitenwisserschakelaar zijn de standen 1, 2 en 0 te onderscheiden. Stand 1 is de lage snelheid en wordt tevens gebruikt voor de interval-stand. Er wordt nog geen gebruik gemaakt van de contactplaat. De rode en bruine lijnen geven de voeding en de massa van de elektromotor weer.

Stand 2 is de hoge snelheid en gaat daarom via een andere koolborstel. Ook nu wordt er nog geen gebruik gemaakt van de contactplaat.

De elektromotor drijft het wormwiel aan, die op zijn beurt het gele (kunststof) tandwiel rond laat draaien. De met grijs aangegeven geleidende contactplaat gaat draaien, waardoor de sleepcontacten A, B en C middels de geleiding van de contactplaat onderling met elkaar verbonden kunnen worden. De geleiding van de sleepcontacten op de contactplaat zorgt voor de beweging naar de nulstand.

In stand 0 draait de ruitenwissermotor terug naar de nulstand. Via de contactplaat wordt de spanning overgebracht van sleepcontact A naar sleepcontact B. De elektromotor zal net zo lang doordraaien, totdat de inkeping van de contactplaat de verbinding tussen de sleepcontacten A en B verbreekt.

Wanneer de ruitenwisserbladen de onderkant van de ruit bereikt hebben, wordt de voeding van de elektromotor onderbroken. Vrijwel direct worden de sleepcontacten B en C nu met elkaar verbonden. De elektromotor wordt op deze manier kortgesloten met zichzelf; hiermee wordt een sterk remmende werking verkregen. De motor zal als gevolg hiervan zeer snel stil komen te staan.

Waarom LIN-bus?

In de tekeningen zie je de werking van het conventionele systeem. Hoe zit het nu met de aansturing via LIN-bus? Met de komst van de regen-/lichtsensor is het noodzakelijk om de ruitenwissers elektronisch aan te kunnen sturen. Het regelapparaat dient de ruitenwissermotor niet alleen in en uit te schakelen, maar zal ook de interval en de hoge snelheid aansturen. De communicatie tussen het regelapparaat, de regen-/lichtsensor en de ruitenwissermotor gaat via de LIN-bus. Hierbij is het regelapparaat (ECU) de master en zijn de regen-/lichtsensor (RLS) en de ruitenwissermotor (RWM) de slaves.

Rode lijnen: de plusdraden (12 volt).
Bruine lijnen: de massadraden.
Groene lijnen: de draden tussen de schakelaar en de ECU.
Blauwe lijnen: LIN-busdraden.
Zwarte lijnen: Draden tussen de Hall-sensoren en de IC in de RWM.

Nu met LIN

Bij een LIN-bus aangestuurde ruitenwissermotor worden de geleidende contactplaat en sleepcontacten vaak vervangen door een positieschijf en Hall-sensoren. De elektromotor wordt dan uitgevoerd met twee koolborstels. De elektromotor wordt met een PWM-signaal aangestuurd om met verschillende snelheden te kunnen draaien. Ook is het mogelijk om de draairichting van de elektromotor om te draaien. Bij rechtsom draaien bewegen de ruitenwisserarmen omhoog en bij linksom draaien bewegen de ruitenwisserarmen omlaag.

Om inzicht te krijgen in de LIN-bus dataoverdracht, nemen we het dataframe door. Er wordt bij een LIN-bus-boodschap gekeken naar twee spanningsniveaus: de boordspanning van de accu of dynamo (recessief, logische 1) en ongeveer 0 volt (dominant, logische 0). De op- en neergaande flanken zijn in werkelijkheid niet kaarsrecht, maar lopen een klein beetje schuin naar beneden (fall time) en schuin naar boven (rise time). In hoeverre de flanken schuin staan, is vaak alleen goed zichtbaar als men ver op het signaal inzoomt.

Berichtenopbouw

Een LIN-bus-bericht begint met het ‘Break field’. Dat moet tenminste 13 dominante bits lang zijn. Er worden dus 13 nullen achter elkaar verzonden, gevolgd door een recessieve bit. Het Break field dient als start-of-frame-melding voor alle slaves op de bus.

Sync staat voor ‘Synchronisation field’. Vanwege de ontbrekende kristallen in de slaves, verzendt de master bij elk bericht een ‘Synchronisation field’. Dat synchroniseert de klokken van de slaves. Die kunnen de transmissiesnelheid bepalen door de tijd tussen twee dalende flanken te bepalen.

Daarna verzendt de master het ‘Identification field’. Daarin geeft hij aan voor welke slave het bericht bedoeld is. Ook geeft het ID field aan of de slave het bericht moet ontvangen (Transmit frame) of dat de slave een bericht terug moet sturen (Response frame).

Ieder bericht op een LIN-bus heeft een vaste opbouw. Het dominante eerste veld en het recessieve laatste zijn gemakkelijk te herkennen.

Een transmit frame zou kunnen zijn dat de slave de actuator aan moet sturen, zoals het in- of uitschakelen van de ruitenwissermotor. Met een response frame kan de master aan de regensensor de actuele waarde van het vocht op de voorruit opvragen. Met deze waarde kan de master bepalen met welke snelheid de ruitenwissermotor aangestuurd moet worden.

In de ‘Data fields’ wordt de daadwerkelijke data gezet die verzonden moet worden, (bijvoorbeeld de snelheid van de ruitenwissermotor). Er kunnen meerdere velden zijn.

Het bericht wordt door de ontvanger gecontroleerd aan de hand van het ‘Checksum field’. Met de data in het Checksum field wordt een berekening uitgevoerd die overeen moet komen met de data die is ontvangen in de data fields. Indien de uitkomst positief is, wordt het bericht geaccepteerd. Bij een negatieve uitkomst wordt er een foutafhandeling uitgevoerd. Het wordt in eerste instantie dan opnieuw geprobeerd.

Het laatste veld is het IFS of ‘Interframe space’. Dat maakt aan het einde van een bericht de bus een aantal bits recessief. Na de IFS kan de master een nieuw bericht verzenden.

De master begint altijd met het verzenden van een bericht door middel van de Break, Sync en ID fields. Afhankelijk of het een Transmit (Tx) of een Respons (Rx) frame is, wordt het bericht door de master of de slave aangevuld. De Tx en Rx frames worden afwisselend verzonden.

Meten aan de LIN-bus

Nu we de signalen kennen, kunnen we er aan gaan meten. Het spanningsverloop op de LIN-bus kan eenvoudig met een oscilloscoop worden gemeten. De scoopbeelden op deze pagina’s zijn van de ruitenwissermotor aan de voorzijde van een Golf VI. In alle drie de berichten zijn duidelijk de Break en Sync fields te zien. Uit de daarop volgende signalen van de desbetreffende frames is niet af te leiden waar deze van zijn of wat er precies wordt verzonden. Met een LIN-bus analyzer kunnen de hexadecimale getallen uitgelezen worden om de exacte inhoud te bepalen.

Scoopbeeld van een uitgeschakelde ruitenwissermotor. Ook wanneer er geen activiteiten plaatsvinden (de regensensor registreert geen vocht op de voorruit en de ruitenwissermotor wordt niet aangestuurd) vindt er constant communicatie plaats tussen de master en de slaves.

Storing in de communicatie met de ruitenwissermotor

Wanneer de ruitenwissermotor wordt losgekoppeld, probeert de master de slave te bereiken. Dit kan wanneer de motor een voedingsprobleem heeft, of wanneer de LIN-bus-draad is onderbroken. De master verzendt de Break, Sync en ID fields met een Respons bit, maar de ruitenwissermotor antwoordt niet. De master zal in dat geval een DTC-storingscode opslaan die betrekking heeft op het communicatieprobleem. Zo’n foutcode wordt aangegeven met U (User Network). Ook zal hij continu proberen om de slave te bereiken om de communicatie te hervatten.

Dit scoopbeeld is met ingeschakelde ruitenwissermotor. De ECU van de ruitenwissermotor herkent in dit signaal dat hij ingeschakeld moet worden.

Om deze storing op te lossen, dient de LIN-busdraad van de ruitenwissermotor te worden gecontroleerd. Mogelijk is er vocht in de stekker gekomen met corrosie tot gevolg, waardoor de verbinding tussen de draad en de ruitenwissermotor onderbroken is. Een andere mogelijkheid is dat de LIN-busdraad ergens in de kabelboom onderbroken is.

De master probeert de slave te bereiken, maar de ruitenwissermotor is losgekoppeld.

Dit scoopbeeld dient als referentie. In dit geval is er geen overgangsweerstand.

Overgangsweerstand in de LIN-busdraad

Een beschadiging van een draad doordat hij klem heeft gezeten, ergens tegenaan heeft geschuurd of doordat iemand met meten met een meetprobe in de draad geprikt heeft, kan leiden tot een overgangsweerstand en dus tot een spanningsverlies. Een spanningsverlies in een voedingsdraad van een verbruiker zorgt ervoor dat de verbruiker minder spanning heeft om goed te kunnen functioneren. De locatie van de overgangsweerstand kan in dat geval worden opgespoord met een V4-meting.

Hier zorgt een overgangsweerstand voor verandering van het signaal. De op- en neergaande flanken in het beeld zijn schuiner en hebben aan de boven- en onderkant een puntvorm in plaats van dat ze afgevlakt zijn.

Een overgangsweerstand in een LIN-busdraad zorgt er niet voor dat de recessieve spanning (de accuspanning) daalt. Wel heeft het grote invloed op het signaal. Een te grote overgangsweerstand kan ervoor zorgen dat het signaal op de oscilloscoop nog wel zichtbaar is, maar dat het kwalitatief te slecht is voor een goede communicatie. De slaves op de betreffende LIN-bus zullen in dat geval niets meer uitvoeren.

Nu is er bijna niets meer van het signaal over. Hier is sprake van een nog hogere overgangsweerstand. Het break field, het synchronisation field en een aantal brede recessieve delen in het signaal zijn te herkennen, maar zijn onbruikbaar.

De reparatie

Wanneer het scoopsignaal een zaagtandvorming heeft, kan er dus sprake zijn van een overgangsweerstand, ondanks dat het recessieve spanningsniveau gelijk is aan de accuspanning. Houd daarbij in de gaten dat de flanken nooit exact verticaal zijn, maar altijd een klein beetje schuin staan. Echter, het verschil in de signalen toont een duidelijke afwijking. Om de locatie van de beschadigde draad te vinden, zul je in veel gevallen de kabelboom tussen de master en de meerdere slaves moeten nalopen.

Richt je aandacht eerst op de plaatsen waar de kabelboom naast felsnaden van de carrosserie of scherpe dashboarddelen ligt. En zoek daar waar sporen te vinden zijn van de- of montagewerkzaamheden van andere delen. Het repareren van een deel van de draad waar de beschadiging zich bevindt is vaak voldoende. Ook kun je ervoor kiezen om de oude LIN-busdraad aan alle uiteinden bij de master en de slaves los te koppelen en een volledig nieuwe LIN-busdraad te monteren.

Reageer op dit artikel