奔馳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展與典型故障案例(上)

◆文/河南 劉勤中

奔馳車(chē)載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展史，基本上也是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展史，依據(jù)結(jié)構(gòu)和所使用的技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，奔馳網(wǎng)絡(luò)發(fā)展可分為4代(圖1)。

圖1 奔馳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展歷程

第1代的技術(shù)特點(diǎn)是直接線(xiàn)路(K線(xiàn))+CAN總線(xiàn)。在這個(gè)版本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，雖然使用了CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是沒(méi)有控制單元作為網(wǎng)關(guān)。為了進(jìn)行診斷，不同功能的控制單元不得不在X11/4(OBD接口)上設(shè)立專(zhuān)門(mén)的診斷數(shù)據(jù)線(xiàn)。從這一代開(kāi)始，就設(shè)立了以CAN-B與CAN-C為核心的網(wǎng)絡(luò)布局方式。更早的車(chē)型上網(wǎng)絡(luò)只有CAN-C，再早的只有發(fā)動(dòng)機(jī)電腦可以診斷。

第2代的技術(shù)特點(diǎn)是純CAN線(xiàn)。在2002年220 FL(中期改款)上市時(shí)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生了變化，同時(shí)期的其他車(chē)型，比如210也都已經(jīng)采用了這種結(jié)構(gòu)。相比第1代，第2代最大的不同是采用了單獨(dú)的中央網(wǎng)關(guān)控制單元N93進(jìn)行統(tǒng)籌管理，這樣X(jué)11/4上的導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量得到了減少。這種結(jié)構(gòu)也是我們所熟悉的結(jié)構(gòu)，也是很多其它品牌采用的結(jié)構(gòu)。

第3代的技術(shù)特點(diǎn)是多層邏輯。隨著2005年221車(chē)型的上市，標(biāo)志著全新一代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的誕生，奔馳網(wǎng)絡(luò)圖(圖2)也是從這時(shí)候開(kāi)始變的復(fù)雜起來(lái)。

圖2 奔馳第三代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

從第3代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開(kāi)始，奔馳對(duì)于網(wǎng)絡(luò)功能有著非常明確的分類(lèi)，分別對(duì)應(yīng)不同的功能區(qū)域，包括CAN-A是遠(yuǎn)程信息處理網(wǎng)絡(luò)，CAN-B是車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，CAN-C是傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，CAN-D是診斷網(wǎng)絡(luò)，CAN-E是底盤(pán)網(wǎng)絡(luò)，CAN-F是中央網(wǎng)絡(luò)，CAN-G是前端網(wǎng)絡(luò)，CAN-H是動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，CAN-I是傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，CAN-L是混動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。再加上信號(hào)采集及促動(dòng)控制模組SAM與熔絲盒集成在一起，線(xiàn)束插頭很多。CAN-E雖然也經(jīng)過(guò)信號(hào)采集及促動(dòng)控制模組SAM(N10)，但是只是“過(guò)橋”，目的是方便線(xiàn)束布置和裝配，信號(hào)采集及促動(dòng)控制模組SAM(N10)不是CAN-E的用戶(hù)，而是CAN-B的用戶(hù)，所以大家在看電路圖時(shí)，容易迷失方向。

多層邏輯結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)網(wǎng)關(guān)是無(wú)法完成的，在網(wǎng)絡(luò)中，有非常多的小網(wǎng)關(guān)，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元N3/10，娛樂(lè)主機(jī)A40/3。如果小網(wǎng)關(guān)癱瘓，那么小網(wǎng)關(guān)下屬的網(wǎng)絡(luò)將不能被診斷到。這種多層邏輯結(jié)構(gòu)，有著非常強(qiáng)的上下級(jí)關(guān)系。許多同行常用“大哥”、“小弟”這樣的通俗化稱(chēng)呼來(lái)區(qū)分層級(jí)的高低。如：遠(yuǎn)程信息處理CAN(CAN-A)的網(wǎng)關(guān)娛樂(lè)主機(jī)A40/3就是掛在中央CAN(CAN-F)上，要再經(jīng)過(guò)中央網(wǎng)關(guān)N93才可以與其它CAN總線(xiàn)或診斷儀進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，換句話(huà)說(shuō)N93就是大網(wǎng)關(guān)，A40/3是小網(wǎng)關(guān)；又如：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元是CAN-C的大哥(網(wǎng)關(guān))，如果大哥掛了，那么CAN-C上的變速器控制單元Y3/8n4、換擋模塊控制單元A80、油泵控制單元N118也就無(wú)法通信。

當(dāng)然不是所有同時(shí)連接兩條CAN線(xiàn)的控制單元都是網(wǎng)關(guān)，比如點(diǎn)火開(kāi)關(guān)N73，連接了車(chē)內(nèi)CAN-B和底盤(pán)CAN-E，但是它并不是網(wǎng)關(guān)，只是他需要單獨(dú)與兩條CAN總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但并不承擔(dān)兩條總線(xiàn)之間的數(shù)據(jù)交流。

奔馳221車(chē)型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)作為母版，在減配后，使用在了后續(xù)生產(chǎn)的其它車(chē)型上，其中204和212車(chē)型的中央網(wǎng)關(guān)N93集成到了信號(hào)采集及促動(dòng)控制模組SAM(N10/1)中。當(dāng)時(shí)SUV車(chē)型還在使用第2代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同時(shí)期的其他品牌車(chē)型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就簡(jiǎn)單許多，一般是一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)全車(chē)電腦的通信。

第3代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)另外一個(gè)改進(jìn)就是通信娛樂(lè)系統(tǒng)由第2代采用的D2B技術(shù)升級(jí)為MOST技術(shù)，均為光纖傳輸，傳輸速率提高了4倍。

第3.5代(圖3)的技術(shù)特點(diǎn)是多層邏輯加強(qiáng)版。當(dāng)?shù)?代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用到SUV車(chē)型后，恰逢2011年166(ML)車(chē)型上市，加之新的技術(shù)與166的定位，第3代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生了細(xì)微變化。這種細(xì)微變化也為第4代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)打下了基礎(chǔ)。這些變化主要體現(xiàn)在底盤(pán)CAN-E上，出現(xiàn)了CAN-E1和CAN-E2兩條底盤(pán)CAN，在功能區(qū)域上，都屬于底盤(pán)，都需要底盤(pán)的數(shù)據(jù)，但是又有不同，所以不得已使用數(shù)字來(lái)區(qū)分了。

圖3 奔馳第3.5代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

除了底盤(pán)CAN的區(qū)別，原來(lái)獨(dú)立的中央網(wǎng)關(guān)N93集成到了點(diǎn)火開(kāi)關(guān)N73中，其實(shí)集成與獨(dú)立(如：傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元N127從發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元N3/10中獨(dú)立出來(lái)，N3/10不再承擔(dān)網(wǎng)關(guān)的職能，只專(zhuān)注于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的管理和控制，對(duì)外交流等網(wǎng)關(guān)的功能由N127承擔(dān))，在奔馳車(chē)型技術(shù)的發(fā)展中都出現(xiàn)過(guò)，但隨著科技的發(fā)展，集成化是大勢(shì)所趨。

第4代的技術(shù)特點(diǎn)是采用FlexRay結(jié)構(gòu)(圖4)。2013年奔馳222車(chē)型的上市，標(biāo)志著FlexRay通信技術(shù)正式在奔馳車(chē)型上廣泛使用。在此基礎(chǔ)上，減配后的FlexRay網(wǎng)絡(luò)，陸續(xù)被205、253、213等后續(xù)車(chē)型采用。

第4代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解決了第3.5代的命名的問(wèn)題，取消了E1和E2的叫法。在功能區(qū)分上，參考了第3代的分法。

圖4 奔馳第4代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

第4代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，F(xiàn)lexRay的加入，替代了之前的底盤(pán)CAN-E1或者底盤(pán)CAN-E。在第3代或者第3.5代中，大燈都?xì)w入了底盤(pán)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)中。由于大燈模塊不需要FlexRay高速傳輸，在第4代中還是安排在CAN網(wǎng)絡(luò)中，由于大燈在車(chē)輛周?chē)杂辛送鈬鶦AN PER。

第4代中CAN HMI和第3代中的中央CAN(CAN F)有著相同的定位，都是掛娛樂(lè)主機(jī)的地方。那么用戶(hù)界面也就容易理解了。安全帶A76和A76/1、儀表A1、娛樂(lè)主機(jī)A26/17，這些都是駕駛員能直接接觸和看到的模塊，所以起名用戶(hù)界面CAN HMI。

此外隨著213 FL中期改款引入新一代方向盤(pán)后，由于帶觸摸控制功能的按鈕組N163/1和N163/2數(shù)據(jù)量的增加和傳輸速度的需求，轉(zhuǎn)向柱管模塊控制單元N80和方向盤(pán)電子裝置N135由LIN線(xiàn)通信升級(jí)為方向盤(pán)CAN(CAN LR)，轉(zhuǎn)向柱管模塊控制單元N80構(gòu)成與其他總線(xiàn)系統(tǒng)相連的控制單元之間的數(shù)據(jù)交換接口(網(wǎng)關(guān))，傳輸速率為 125 kbit/s。

FlexRay技術(shù)本身的結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有固定下來(lái)(這說(shuō)明正在發(fā)展過(guò)程中)，在不同車(chē)型，不同配置下，F(xiàn)lexRay的結(jié)構(gòu)都有區(qū)別。在222車(chē)型上，共有6條FlexRay，星形結(jié)構(gòu)，N127是第2條FlexRay的終端節(jié)點(diǎn)；而205只有1條FlexRay，線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，N127是中間節(jié)點(diǎn)；

在2015年后，奔馳采用了新的車(chē)型命名體系，這也意味著轎車(chē)與SUV兩條產(chǎn)品線(xiàn)的融合，這種融合也會(huì)體現(xiàn)在技術(shù)的融合上，第4代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在不斷的發(fā)展中，比如在2018上市的177車(chē)型和2019年上市的167車(chē)型。

在新款車(chē)型中，很多功能相近的模塊，進(jìn)行了集成，比如205和213橫擺率傳感器B24/15被集成到氣囊控制單元N2/10中，177的空調(diào)控制單元N22/1和整條CAN B的分配器都被集成到了SAM中，213的360度攝像頭控制單元N148集成到駐車(chē)控制單元N62中，167的無(wú)鑰匙進(jìn)入/起動(dòng)(KG)控制單元N69/5集成到了電子點(diǎn)火開(kāi)關(guān)N73中等等。每一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的迭代，都會(huì)傳承上一代的優(yōu)點(diǎn)，又會(huì)根據(jù)芯片和通訊技術(shù)的發(fā)展以及新功能的需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和創(chuàng)新，不斷的優(yōu)化和集成。

下面通過(guò)3個(gè)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的故障案例，總結(jié)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷和測(cè)試的方法和技巧。