寶馬車總線系統(tǒng)基礎(chǔ)(二)

文/山東 劉春暉

(接上期)

五、寶馬車總線系統(tǒng)概覽

寶馬車的總線系統(tǒng)原則上分為主總線系統(tǒng)和子總線系統(tǒng)兩組。主總線系統(tǒng)負責跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。子總線系統(tǒng)負責系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換。這些系統(tǒng)用于交換特定系統(tǒng)內(nèi)相對數(shù)據(jù)量較少的數(shù)據(jù)。主總線系統(tǒng)包括下列常見的總線(表1)，子總線系統(tǒng)包括下列常見的總線(表2)。

表1 主總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率和結(jié)構(gòu)

表2 子總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率和結(jié)構(gòu)

多數(shù)情況下車輛的總線系統(tǒng)(主總線系統(tǒng)和子總線系統(tǒng))通過一個總體概覽表示，寶馬F02總線系統(tǒng)概覽如圖16所示，每個總線系統(tǒng)都分配有一種顏色(與車輛中電纜的顏色相同)，另外還要考慮總線導(dǎo)線的數(shù)量(單線，雙線)。

1.主總線系統(tǒng)

(1)D-CAN

如圖17 所示，寶馬在世界范圍內(nèi)已用D-C A N(診斷CAN)替代了以前的診斷接口及其基于KWP2000(Keyword Protocol2000)的協(xié)議，診斷接口的安裝位置如圖18所示。診斷設(shè)備(圖19)連接一個寶馬診斷系統(tǒng)后，網(wǎng)關(guān)(中央網(wǎng)關(guān)模塊)將寶馬診斷系統(tǒng)的請求傳輸給內(nèi)部總線。同時沿相反方向傳輸應(yīng)答信息。進行診斷時只采用新通信協(xié)議。其原因是美國新法規(guī)要求從2008年款起所有車輛都必須裝備D-CAN。過渡階段從2006年9月開始。E70和R56是裝有D-CAN的第一批車輛。此后這項改進措施逐步應(yīng)用于所有新款寶馬車型。

圖16 F02總線系統(tǒng)概覽

D-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。D-CAN上的終端電阻位于中央網(wǎng)關(guān)模塊和D-CAN線束中。

圖17 診斷訪問接口

(2)K-CAN

K-CAN表示車身控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。Robert Bosch GmbH將CAN開發(fā)為應(yīng)用于車輛的總線系統(tǒng)。K-CAN負責傳輸車身范圍內(nèi)的信息。K-CAN通過雙絞銅線以100kBit/s的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)。K-CAN以線性拓撲方式為基礎(chǔ)。即符合總線結(jié)構(gòu)。

圖18 診斷插座

圖19 ICOM A

一個總線結(jié)構(gòu)形式網(wǎng)絡(luò)上的每個終端設(shè)備(節(jié)點、控制單元)都通過一根共同的導(dǎo)線連接起來。K-CAN是一個多主控總線，某網(wǎng)絡(luò)的總線結(jié)構(gòu)如圖20。連接在該總線上的每個控制單元都可以發(fā)送信息，圖21為E90的K-CAN。使用雙線導(dǎo)線的好處在于，即使出現(xiàn)故障時仍可使用其中另一根導(dǎo)線。K-CAN具有易于安裝、易于擴展、導(dǎo)線較短的優(yōu)點，具有通過一根導(dǎo)線應(yīng)急運行的特性。其缺點是訪問方式復(fù)雜，限制了網(wǎng)絡(luò)擴展能力。

圖20 某網(wǎng)絡(luò)的總線結(jié)構(gòu)

圖21 E90的K-CAN

從電氣角度來看，一根載流導(dǎo)線始終具有歐姆電阻、感應(yīng)電阻和電容電阻。從點“A”向點“B”傳輸數(shù)據(jù)時，這些電阻的總電阻值會對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生影響。傳輸頻率越高，有感電阻和電容電阻產(chǎn)生的影響就越大。這種情況可能導(dǎo)致在傳輸導(dǎo)線末端接收到一個無法識別的信號。因此要通過終端電阻對導(dǎo)線進行“適配”，以便保持原有信號。

終端電阻用于確保總線系統(tǒng)內(nèi)準確的信號流程。這些終端電阻位于總線系統(tǒng)的控制單元內(nèi)。這些電阻通常由總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸頻率、傳輸路徑上的電感或電容負荷以及進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|長度等參數(shù)決定。

控制單元(圖22)分為始終安裝的基礎(chǔ)控制單元(例如E90的組合儀表)和其余控制單元。通過電阻值進行劃分。K-CAN上的終端電阻值：基礎(chǔ)控制單元為820Ω，其余控制單元12000Ω。

圖22 控制單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

K-CAN上的電壓如圖23所示，當終端電阻損壞時，電壓就會改變。這種電壓變化會影響CAN系統(tǒng)。總線使用者之間的通信出現(xiàn)問題。識別和關(guān)閉損壞的控制單元為了防止損壞的總線使用者持續(xù)干擾總線上的數(shù)據(jù)通信，CAN協(xié)議中包含了監(jiān)控控制單元的信息。超過規(guī)定的錯誤率時，就會限制相關(guān)控制單元的運行自由甚至斷開該單元與網(wǎng)絡(luò)的連接。當出現(xiàn)一個CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(芯線)斷路，一個CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(芯線)對地短路，一個CAN數(shù)據(jù)導(dǎo)線(芯線)對供電電壓UB+短路等情況時，K-CAN作為單線總線運行。

圖23 K-CAN上的電壓

(3)K-CAN2

K-CAN2用于數(shù)據(jù)傳輸率較高的控制單元之間的通信。K-CAN2也通過中央網(wǎng)關(guān)模塊與其它總線系統(tǒng)相連，圖24所示為寶馬F02的K-CAN2。K-CAN2上的所有控制單元都通過LIN總線形式的子總線相連。K-CAN2通過總線來喚醒，無需附加喚醒導(dǎo)線。為了確保快速授權(quán)起動，CAS還有一個連接DME的冗余總線。在該CAS總線上使用K總線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。K-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。

圖24 F02的K-CAN2

在K-CAN2上裝有①CAS便捷登車及起動系統(tǒng)；②FRM腳部空間模塊；③FZD車頂功能中心；④JBE接線盒電子裝置；⑤PDC駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)(集成在JBE內(nèi))；⑥ZGM中央網(wǎng)關(guān)模塊；⑦K-CAN2上的終端電阻位于以下控制單元內(nèi)；⑧中央網(wǎng)關(guān)模塊；⑨接線盒電子裝置等控制單元。

(4)PT-CAN

PT-CAN表示動力傳動系控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。Robert Bosch GmbH將CAN開發(fā)為應(yīng)用于車輛的總線系統(tǒng)。PT-CAN以線性拓撲結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。即與總線結(jié)構(gòu)一致。PT-CAN的傳輸速度為500kBit/s。該總線將所有屬于傳動裝置的控制單元和模塊連接在一起，圖25所示為E90的PT-CAN。這種CAN總線的特點是使用了三根導(dǎo)線，而不是兩根導(dǎo)線。第三根導(dǎo)線用作喚醒導(dǎo)線，與CAN總線的原有功能無關(guān)。

圖25 E90的PT-CAN

PT-CAN的電壓(圖26)，總線未啟用時低位和高位的總線電壓為2.5V。啟用總線后，CAN低位的電壓降低到低位(1.5V)。而CAN高位的電壓升高到高位(3.5V)，因此為邏輯1。

圖26 PT-CAN的電壓

(未完待續(xù))