寶馬E65 MOST總線光纖傳輸技術(shù)及其故障分析

1、寶馬E65 MOST總線光纖傳輸技術(shù)及其故障分析張宏彬(汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 汕頭 515041)摘要：寶馬E65轎車的MOST總線運(yùn)用了光纖傳輸技術(shù)。本文詳細(xì)介紹了MOST總線光纖傳輸技術(shù)的特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及工作原理，并分析了系統(tǒng)發(fā)生故障的原因。最后，結(jié)合一個檢修實(shí)例，進(jìn)一步闡明MOST總線系統(tǒng)的故障排除方法。關(guān)鍵詞：MOST; 光纖傳輸技術(shù); 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu); 故障; 診斷 Fibre-optic Technology of the MOST bus on BMW E65 and Its Failure AnalysisZHANG Hong-bin(SHANTOU POLYTECHNIC, S

2、hantou 515041 China)Abstract：The MOST bus on BMW E65 passenger car uses the fibre-optic technology.The features,network structure and working principle of the fibre-optic technology on the MOST bus are introduced in detail,The faults and their causes are analysed in the paper.In the end,with an exam

3、ple,troubleshooting methods of the MOST bus are further expatiated.Key words: Media Oriented System Transport (MOST); Fibre-optic technology; network structure; Failure; diagnosis1.前言基于世界各國法規(guī)對汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性以及廢氣排放等方面的要求日益苛刻，越來越多的電子技術(shù)被應(yīng)用到汽車上。然而，隨之而來的令人難以辨清的成捆線束和控制單元（ECU）的激增，不可避免的分布電容帶來的線間串?dāng)_與電磁輻射卻嚴(yán)重地影響

4、各系統(tǒng)的正常工作。為了解決這一問題，目前不少汽車相繼采用了多路復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如CAN-BUS（控制器局域網(wǎng)總線系統(tǒng)）、VAN（汽車局域網(wǎng)）等。一貫在電子控制領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的寶馬汽車公司，便在新7系E65底盤轎車的MOST(Media Oriented System Transport 意為“面向媒體的系統(tǒng)傳輸”)總線上運(yùn)用了光纖傳輸技術(shù)。2. MOST總線光纖傳輸技術(shù)的特點(diǎn)光學(xué)技術(shù)早已應(yīng)用于電信和工業(yè)通信領(lǐng)域，但汽車用的光纖傳輸技術(shù)與之略有不同。寶馬E65 MOST總線的光纖傳輸技術(shù)是一種無源光學(xué)技術(shù)。所謂無源光學(xué)技術(shù)，是指系統(tǒng)的光信號在光纖中進(jìn)行傳輸時，不能中繼放大或中繼產(chǎn)生能量的傳輸

5、技術(shù)。光纖技術(shù)在處理大量的傳輸數(shù)據(jù)（諸如聲音、圖像）、抗干擾能力以及提高數(shù)據(jù)傳輸速率等方面具有以下的優(yōu)點(diǎn)：2.1 光纖的重量輕、占用的空間小MOST總線系統(tǒng)采用聚甲基丙烯酸甲酯（俗稱有機(jī)玻璃）制造的塑料光纖作為傳輸媒介，這相比于以銅芯電纜為傳輸媒介的其它總線來說，在提供相同傳輸頻寬時，能減少重量約4.5kg，節(jié)省約250m長的線束，這對減少汽車油耗以及整車設(shè)備的布置有一定的意義。2.2 抗干擾能力強(qiáng) MOST總線采用光纖為媒介在傳輸信號時，是以光信號進(jìn)行的，不會出現(xiàn)線間串?dāng)_與電磁輻射的情況，故系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性與可靠性能夠得到保障。2.3 傳輸速率高 MOST總線采用光纖在傳輸數(shù)據(jù)時，其傳輸速率

6、可達(dá)22.5 Mbit/s，明顯高于其它總線的傳輸速率（如CAN-BUS的傳輸速率僅為500 Kbit/s），從而保證了系統(tǒng)優(yōu)良的工作品質(zhì)。但由于MOST總線采用的是無源光學(xué)技術(shù)，故也存在著信號自然衰減的缺點(diǎn)。3. MOST總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MOST總線采用環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。需要注意的是，車輛因使用地域或配置不同，圖中控制單元的數(shù)量可以不同。下面逐一介紹MOST總線各組件的情況。3.1 CD（Control Display控制顯示器）控制顯示器是整個MOST總線系統(tǒng)的主控單元。它由安裝在中控臺的多功能顯示器和安裝在中央扶手的控制器（如圖2所示）組成?？刂骑@示器通過光纖與其它MOST總線組

7、件通信； 圖1 MOST的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 同時也作為一個網(wǎng)關(guān)（接口）與K-CAN總線進(jìn)行通信。另外，通過控制器可以激活MOST的服務(wù)模式，即可查閱到整個MOST總線中所有組件的列表，這包括以下信息：分類號、硬件編號、設(shè)碼索引、診斷索引、系列號、生產(chǎn)日期、制造商代號、信息目錄版本、軟件版本和操作系統(tǒng)版本。值得注意的是：控制顯示器有時以“MMI”的縮寫出現(xiàn)。3.2 Kombi (Instrument cluster 組合儀表)E65采用了第四代液晶儀表總成，它除了常規(guī)的車速表、 圖2 控制器轉(zhuǎn)速表以及各種指示和警告燈之外，還集成了強(qiáng)大的行車電腦、檢查控制和多達(dá)20項(xiàng)的測試功能?；诎踩矫娴目紤]，組合儀

8、表還連結(jié)于K-CAN總線，當(dāng)MOST總線失效時，組合儀表仍能為行車提供諸如報警信號燈、車速等信息顯示。3.3 ASK (Audio System Controller 音頻系統(tǒng)控制器)在E65上首次應(yīng)用了音頻系統(tǒng)控制器，它安裝在中控臺中。音頻系統(tǒng)控制器有三個主要功能：作為次級網(wǎng)絡(luò)主控單元，具體表現(xiàn)為：喚醒與休眠、初始化設(shè)置；配置監(jiān)控；運(yùn)行監(jiān)控；存儲故障代碼等。作為音頻系統(tǒng)的主控單元：ASK負(fù)責(zé)把車輛中的所有音頻信號進(jìn)行集中處理，并進(jìn)行分配。作為音頻系統(tǒng)連接的主控單元：ASK負(fù)責(zé)為其成員提供通道并把音頻信號分發(fā)到各個揚(yáng)聲器。3.4 TEL (Telephone 電話)電話屬于選裝件，在E65上可

9、選裝一部安裝在中控臺的GSM電話和用于后座區(qū)的串聯(lián)電話，該電話最大的發(fā)射功率為8W。根據(jù)車輛使用地區(qū)的不同，有三種規(guī)格可供選擇：歐洲規(guī)格900MHZ；美國規(guī)格810MHZ和1990 MHZ；日本規(guī)格800MHZ和1500 MHZ。電話有時以“Telefon”的形式出現(xiàn)。3.5 VM (Video module 視頻模塊) E65采用寶馬專為多媒體環(huán)境而設(shè)計的第五代視頻模塊，該模塊能夠完成以下的功能：接收電視信號；電視臺列表；接收電視文字廣播；轉(zhuǎn)換電視信號；作為視頻信號的控制中心。視頻模塊有時以“TV Tuner”的形式出現(xiàn)。3.6 NAV (Navigation System 導(dǎo)航控制模塊)

10、導(dǎo)航控制模塊是Mk-3的改進(jìn)版（Mk-3之前曾應(yīng)用在E38轎車上），導(dǎo)航控制模塊能提供車輛導(dǎo)航控制、報文服務(wù)以及寶馬在線服務(wù)等功能。導(dǎo)航控制也屬于選裝系統(tǒng)。3.7 SVS (Voice Processing System 語音輸入處理系統(tǒng))語音輸入處理系統(tǒng)是連接使用者與整個MOST總線系統(tǒng)的紐帶，即實(shí)現(xiàn)了真正的人機(jī)對話。該系統(tǒng)是對多功能顯示器的補(bǔ)充，使用時必須借助車載電話的話筒作為輸入端，這提高了車輛操作控制的方便性，但有關(guān)安全駕駛方面的操作不受語音輸入處理系統(tǒng)的控制。語音輸入處理系統(tǒng)也屬于選裝系統(tǒng)。電話模塊、視頻模塊、導(dǎo)航控制模塊與語音輸入處理系統(tǒng)模塊均安裝在行李箱的左后側(cè)。3.8 LOGI

11、C7 (TOP HiFi amplifier高保真功率放大器)LOGIC7杜比環(huán)繞高保真專業(yè)音響系統(tǒng)利用13個揚(yáng)聲器，高質(zhì)量地再現(xiàn)所有音頻格式，能最大程度地降低重低音失真以及改進(jìn)環(huán)繞音響效果。它由七個中音揚(yáng)聲器（安裝在左右兩側(cè)的前后門、后擱物架和前儀表板中央）、四個高音揚(yáng)聲器（安裝在左右兩側(cè)的前后門）和兩個位于中央的低音揚(yáng)聲器（安裝在前排座椅下面）組成。3.9 AVT (Antenna amplifier/Tuner 天線放大器/調(diào)諧器) 為確保系統(tǒng)信號的接收效果，E65配置了兩套天線放大器，兩套天線放大器以同軸電纜進(jìn)行連接，安裝在C柱后面的左右兩側(cè)。接收信號時，每隔20ms天線放大器便檢查一

12、次接收品質(zhì)，如果接收效果較差，就切換另一套天線再次進(jìn)行搜索，直到接收品質(zhì)最佳為止。調(diào)諧器有時以“AmFm Tuner”的形式出現(xiàn)。3.10 CDC (Compact Disk Changer光盤轉(zhuǎn)換器)E65配置了一個六碟光盤轉(zhuǎn)換器，它安裝在靠乘客側(cè)的中控臺飾板后面。光盤轉(zhuǎn)換器能夠提供如下的功能：正常播放；快進(jìn)和快退；音樂軌道的搜索；瀏覽；隨機(jī)播放；顯示光盤序號。光盤轉(zhuǎn)換器有時以“CD Changer”的形式出現(xiàn)。至于K-CAN（車身總線）、ZGM（中央網(wǎng)關(guān)）和D-BUS（診斷總線），則是MOST總線系統(tǒng)的外圍連接系統(tǒng)，現(xiàn)簡述如下：K-CAN是控制諸如空調(diào)、防盜、燈光等系統(tǒng)的一種總線設(shè)備，它的

13、傳輸速率為100 Kbit/s。ZGM是一種接口，它連接在不同的總線系統(tǒng)之間，起著數(shù)據(jù)和信息中轉(zhuǎn)站的作用，即允許不同的總線系統(tǒng)以不同的傳輸速率進(jìn)行不同類型的數(shù)據(jù)交換，從而使不同的總線系統(tǒng)的信息共享成為可能。通過D-BUS，利用寶馬專用檢測電腦MoDiC-或DISplus等儀器，便可以輕松地檢測到包括MOST總線在內(nèi)的電控系統(tǒng)的運(yùn)行以及故障存儲情況。D-BUS的傳輸速率為115 Kbit/s。4. MOST總線光纖傳輸技術(shù)的工作原理由于MOST總線采用環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就意味著環(huán)內(nèi)各個獨(dú)立的控制單元需有二條光纖進(jìn)行連接，其中一條負(fù)責(zé)發(fā)送，另一條負(fù)責(zé)接收，并使用專用的連接器。只有當(dāng)MOST環(huán)形結(jié)構(gòu)

14、封閉且功能良好時，信息才能順利地進(jìn)行傳輸，并只能沿一個方向進(jìn)行傳輸。而如果MOST環(huán)形結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，則只能通過診斷接口，或組合儀表，或控制顯示器進(jìn)行通信，因?yàn)榻M合儀表和控制顯示器這兩個控制單元是直接連接在K-CAN總線上的。MOST總線中任何兩個控制單元之間以光學(xué)方式點(diǎn)對點(diǎn)連接。首先，某控制單元中的發(fā)射模塊的發(fā)射（電光）二極管把電信號轉(zhuǎn)換為光信號，接著，光信號沿光纖內(nèi)芯進(jìn)行傳送給下一控制單元的接收模塊，然后，接收模塊中的接收（光電）二極管再把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖3所示。以此類推，通過光纖，在各個控制單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。 1 發(fā)射二極管2 封裝層5. MOST總線的故障原因分析

15、3 光纖內(nèi)芯4 接收二極管引發(fā)系統(tǒng)發(fā)生故障的原因一般有以下幾方面： 圖3 光纖傳輸原理示意圖5.1電源性故障MOST總線系統(tǒng)的核心部分是含有通訊IC芯片的電控模塊，其正常的工作電壓在10.5V15V之間。若電源提供的工作電壓偏離該值，則各電控模塊便無法正常工作。5.2 傳輸鏈路的故障傳輸鏈路出現(xiàn)故障時，一般都將導(dǎo)致光信號的衰減，故分析故障時，確定光衰減的原因是關(guān)鍵。以下為一些容易導(dǎo)致光信號衰減的原因：5.2.1受熱過度E65所采用的塑料光纖，其設(shè)計的極限溫度一般不超過85，故在進(jìn)行烤漆或焊接等高溫作業(yè)時，因漆房或焊炬的溫度過高，極易使光纖受損，應(yīng)格外小心。圖4 過度彎曲導(dǎo)致的光衰減 圖5 擦傷

16、的光纖導(dǎo)致光衰減5.2.2過度拉伸、擠壓、彎曲與擦傷一些技術(shù)人員在診斷光纖的連接情況時，經(jīng)常拉扯光纖，容易造成對光纖的過度拉伸，使光纖的橫斷面變小，導(dǎo)致光衰減。若過度擠壓光纖，則會造成永久性的損壞。另外，在鋪設(shè)光纖時，應(yīng)該十分小心，因?yàn)镸OST的光纖，允許的最大曲率半徑僅為50mm，若超過此值，光信號的衰減將成倍增長，從而引發(fā)通信錯誤，如圖4所示。若光纖被擦傷、封裝層損壞，會造成光逃逸而增加光衰減，從而影響信號的正常傳輸，如圖5所示。 5.2.3臟物、油污的影響 眾所周知，許多維修工人在檢修汽車故障的時，雙手經(jīng)常沾滿灰塵與油污，如果此時不小心地碰觸到裸露的光纖末端，那么，沾附在裸露的光纖末端的

17、臟物或油污便會吸收光，從而造成光衰減，如圖6所示。 值得注意的是：光纖一旦損壞，一般只能維修一次， 圖6 臟物或油污導(dǎo)致光衰減否則，光衰減將成倍增加。5.3 控制模塊的故障 因?yàn)镸OST總線采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以如若系統(tǒng)中某一個控制模塊出現(xiàn)故障，將會造成整個系統(tǒng)的通信中斷，即所謂“環(huán)形斷裂”。5.4 系統(tǒng)的軟件故障當(dāng)系統(tǒng)的傳輸協(xié)議或軟件程序?qū)儆诘桶姹净蛴腥毕莼驔_突，會使MOST總線系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，造成無法正常工作。 6. 故障實(shí)例 6.1 故障現(xiàn)象一輛05款740Li E65底盤寶馬轎車，里程表顯示行駛了9872Km。車主反映：近來汽車的音響時好時壞，但今天車載電話、CD機(jī)、收音機(jī)等全部不能正常

18、使用。6.2故障診斷與排除接車后，試車，現(xiàn)象與車主所述一致。盡管故障所涉及的器件較多，但都屬于MOST總線的組件，所以我初步判斷故障是在MOST總線，于是本著由簡到繁的原則進(jìn)行如下檢修。檢查電源：用萬用表檢查蓄電池的電壓值為12.8V，說明蓄電池正常；開大燈、空調(diào)，鼓風(fēng)機(jī)置于最大檔，測得蓄電池的電壓為13.8V，在13.0V14.5V之間，說明交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電也正常，所以供電系統(tǒng)沒問題。檢查光纖的連接情況：通過操縱中間扶手上的控制器（如圖2所示），進(jìn)入“服務(wù)模式”，此時，顯示器屏幕中間顯示了整個MOST總線的所有組件（共有7個控制模塊），如圖7所示。于是，參照前述圖1的MOST總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，拆開有關(guān)線路的飾板，檢查光纖的連接情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在音頻系統(tǒng)控制器的接頭附近有一處光纖彎曲過大，故障應(yīng)該就在這里，隨即小心地把它展開。打開收音機(jī)，此時，收音機(jī)發(fā)出斷斷續(xù)續(xù)的聲音，說明故障仍然未能完全排除。檢查控制模塊是否存在故障：參照MOST總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，采用“摘除法”，逐個拆下控制模塊進(jìn)行排查，仍然未發(fā)現(xiàn)故障的原因。故障原因及排除：經(jīng)仔細(xì)詢問車主，車主反映：前不久曾打算改裝原車的音響，曾讓音響師檢查過原車音響，但后來因故沒有改裝。這時，我意識到這應(yīng)是一例復(fù)合故障：一是音響師在檢查音響時，可能弄彎了光纖，導(dǎo)致光纖過度彎曲，影響了光信號的正常傳送；二 ASK