BMW總線系統(tǒng)設(shè)計

1、一、總線系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析車輛中的電子控制單元通過一個網(wǎng)絡(luò)相互連接。 中央網(wǎng)關(guān)模塊在這個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。中央網(wǎng)關(guān)模塊負責將信息從一個總線系統(tǒng)傳遞 至另一個總線系統(tǒng)。發(fā)動機控制和底盤調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過 PT-CAN (或PT-CAN2 )和FlexRay總線系統(tǒng)與ZOM連接。常用車輛電氣系統(tǒng)的控制單元通過 K-CAN和K-CAN2連接。對于信息和通信技術(shù)范圍內(nèi)的大部分控制單元來說在MOST用作信息載體使用。車輛診斷通過D-CAN連接通過訪問以太 網(wǎng)進行車輛的編程/設(shè)碼?？偩W(wǎng)絡(luò)由保障各個控制單元之間通信的不同的總線系統(tǒng)構(gòu)成。總線系統(tǒng)概述兩組總線系統(tǒng)原則上有所不同：主總線系統(tǒng)：以太網(wǎng)、 FlexRay

2、、 K-CAN、 K-CAN2、 MOST、PT-CAN 禾口 PT -CAN2子總線系統(tǒng)：BSD、D-CAN (診斷CAN )、LIN、本地CAN車身 CAN (K-CAN )K-CAN用于部件的低數(shù)據(jù)傳輸率通信，K-CAN通過中央網(wǎng)關(guān)模塊也 可與其他總線系統(tǒng)連接。一些 K-CAN中的控制單元使用一根LIN總 線作為子總線，K-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為1OOkBit/s，并采用雙絞線結(jié)構(gòu)（兩根絞合的導(dǎo)線），K-CAN可在故障情況下作為單線總線運行，車身 CAN2（K-CAN2）K-CAN2用于控制單元的高數(shù)據(jù)傳輸率通信，K-CAN2通過中央網(wǎng)關(guān) 模塊也可與其他總線系統(tǒng)連接。一根 LIN總線作為子

3、總線連接在K-CAN2內(nèi)的所有控制單元上，K-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線 結(jié)構(gòu)。傳動系 CAN （ PT-CAN）PT-CAN將發(fā)動機控制與變速器控制以及安全和駕駛者輔助系統(tǒng)范圍內(nèi)的系統(tǒng)相連接，通過連接至各個系統(tǒng)的分支線構(gòu)成線型結(jié)構(gòu)， PT-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線結(jié)構(gòu)，動力傳動系 CAN2 （ PT-CAN2）PT-CAN2是發(fā)動機控制范圍內(nèi)的PT-CAN的一個冗余，也用于將信 號傳送至燃油泵控制，PT-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，結(jié)構(gòu)是 雙導(dǎo)線配以輔助喚醒導(dǎo)線。以太網(wǎng) 以太網(wǎng)是一種供應(yīng)商中立的、通過電纜連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使

4、用TCP/IP（TransmissionControl Protocol/InternetProtocol，傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）協(xié)議和 UDP （UserDatagrammProtocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）協(xié)議作為傳輸協(xié)議。FlexRay每個通道最大數(shù)據(jù)傳輸率高達10MBit/s、FlexRay明顯快于今天在車輛中在車身和驅(qū)動機構(gòu)/底盤范圍內(nèi)使 用的數(shù)據(jù)總線，中央網(wǎng)關(guān)模塊建立不同的總線系統(tǒng)和FlexRay之間的連接，根據(jù)車輛的裝備狀態(tài)在ZGM中有一個或兩個各帶有四個總線驅(qū)動器的星形藕 合器，總線驅(qū)動器將控制單元的數(shù)據(jù)通過通信控制器傳輸至中央網(wǎng)關(guān) 模塊（ZGM），受到限定的數(shù)據(jù)傳輸確保每

5、條信息實時傳輸給定時控制的部件，實時表示在規(guī)定的時間內(nèi)進行傳送。MOST總線系統(tǒng)MOST是一種用于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)， MOST總線使用光 脈沖用于數(shù)據(jù)傳輸，其結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)傳輸只沿 一個方向進行，只有中央網(wǎng)關(guān)模塊才能實現(xiàn)MOST總線和其他總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，車輛信息電 腦用作主控制單元，其余總線系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)是中央網(wǎng)關(guān)模塊?？偩€系統(tǒng)中的故障可能下列故障原因可能會導(dǎo)致總線故障：總線導(dǎo)線短路總線導(dǎo)線斷路網(wǎng)關(guān)中出現(xiàn)故障控制單元發(fā)送和接收部件中出現(xiàn)故障二、總線結(jié)構(gòu)的常見問題概述總線結(jié)構(gòu)的常見問題(自E38起的所有車型和MINI):1. 為什么有如此多的總線？對這個問題原則上有

6、3個答案：(1) 總線其實本不多，因為：所有的 CAN總線都源自最初的CAN 總線PT-CAN和KCAN。相對而言，PT-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率較高， K-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率較低。系統(tǒng)中的許多CAN總線(子總線)是根據(jù)這些系統(tǒng)命名的，因此產(chǎn) 生了許多總線名稱，車身總線也與此類似：外圍設(shè)備總線和儀表總線 在技術(shù)上與車身總線相同。(2) 這些總線是為不同的數(shù)據(jù)傳輸率而開發(fā)的。數(shù)據(jù)傳輸率很高的總線：Byteflight （ BMW安全總線系統(tǒng)）、MOST 總線和FlexRay中等數(shù)據(jù)傳輸率的總線：兩個 CAN總線PT-CAN和K-CAN和類 似的總線低數(shù)據(jù)傳輸率的總線：例如 LIN總線（3）從歷史來看，

7、總線要么是跨制造商開發(fā)的，要么是由BMW自行開發(fā)的：跨制造商的總線標準有：CAN、 LIN總線、MOST和F1exRay BMW自己的標準有：Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）、車身總 線和K - CAN2. CAN是什么？CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）是一個總線標準，CAN是在80年代由RobertBoschGmbH （與高校合作）開發(fā)的，目標是驅(qū)動機構(gòu)和底盤范圍內(nèi)的控制 單元的聯(lián)網(wǎng)。為了控制單元能夠相互通信，必須規(guī)定一個總線標準， 此總線標準規(guī)定，在控制單元之間以何種方式發(fā)送哪些信息，一個 CAN信息的組成部分有：SOF、CRC、ID、DEL、ACK、KBT、EOF、IFS。 SOF表

8、示幀起始”（也就是信息的開始） CRC表示 循環(huán)冗余檢查”（即校驗和比較） ID表示識別標志 DEL表示定界符” ACK表示 確認”（信息無故障） KBT表示校驗位” EOF表示幀結(jié)束” IFS表示幀間空間”CAN目前是BMW最常用的總線標準，CAN是一種雙線總線，在每 部車輛中都有多個具有不同數(shù)據(jù)傳輸率的 CAN總線，具有不同數(shù)據(jù) 傳輸率的CAN總線通過網(wǎng)關(guān)（即數(shù)據(jù)接口）相互連接。3. 高速艷和低速”或髙”和低”在CAN總線上有何含義？髙速”和低速”表示CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸率。BMW有2種不同的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸率： 1OOkBit/s : K-CAN 500kBit/s s PT-CAN、

9、F-CAN高”和低”是一個雙線總線的兩條導(dǎo)線的表述。例如： “ -CAN高”或“PTCAN高”：較高電壓值信號的導(dǎo)線 “ -CAN低”或“PTCAN低”：較低電壓值信號的導(dǎo)線數(shù)據(jù)傳輸在2條導(dǎo)線上更可靠、更抗干擾，且支持電磁相容性。CAN高速：PT-CAN或F-CAN圖1所示顯示PT-CAN或F-CAN中 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N電平。 CAN- H，即CAN高是較高電壓值信號的數(shù)據(jù)導(dǎo)線 CAN- L ,即CAN低是較低電壓值信號的數(shù)據(jù)導(dǎo)線PT-CAN 是 原始” CAN（同 Robert Bosch GMBH 開發(fā)的一樣），F(xiàn)-CAN是底盤范圍內(nèi)速度更快的 CAN總線（也用作PT-CAN的子總 線）。C

10、AN 低速：K-CAN如圖2顯示K-CAN中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N電平，K-CAN是一種降低速度的PT-CAN :數(shù)據(jù)傳輸率比PT-CAN上低。提示：K-CAN在出現(xiàn)故 障時可作為單線總線繼續(xù)工作，如果在 K-CAN中一條導(dǎo)線失效，則數(shù)據(jù)仍能通 過第2條數(shù)據(jù)導(dǎo)線傳遞。因此K-CAN有很高的故障安全性。4. 如何理解數(shù)據(jù)總線的 環(huán)形”、星形”和總線”？在一條數(shù)據(jù)總線上的各個控制單元可以有不同的排列：當控制單元在總線上一個挨一個排列時，就是：線形”當控制單元從一個中央控制單元開始呈放射狀排列時，就是：星形”如果控制單元排列成圓形，就是：環(huán)形”控制單兀線形排列CAN總線具有此種結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。優(yōu)點：接線

11、簡單，并可通過其他控制單元擴充總線結(jié)構(gòu)缺點：如果過多的控制單元在該總線上發(fā)送信息，則產(chǎn)生問題，此總線結(jié)構(gòu)只允許最高約30 %的負荷利用率，因此常常附加 子總線” 控制單元呈環(huán)形排列BMW的MOST總線具有此種結(jié)構(gòu)，M-ASK或 CCC是其他總線的網(wǎng)關(guān)（如圖4所示）。優(yōu)點：前面和后面的控制單元已明確規(guī)定缺點：必須有抵御某個控制單元失靈的保險裝置控制單元呈星形排列的在 BMWE65 ,E66 上, ISIS具有此種結(jié)構(gòu)（ISIS :智能安全集成系統(tǒng)），SGM （安全和網(wǎng)關(guān)模塊）是星形結(jié) 構(gòu)中的中央控制單元，在最早的 E65和E66上，SIM （安全信息模 塊）是星形結(jié)構(gòu)的中央控制單元。優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳

12、輸率高，安全性高：如果某個控制單元失靈，不會影響其他控制單元缺點：接線復(fù)雜5 .何謂：子總線” 主控單元”和副控制單元”子總線”是從屬的總線。子總線通常存在于 CAN總線上，以便無須通過CAN總線傳輸過多的數(shù)據(jù)。如果多個控制單元或部件屬于一個 系統(tǒng)，則為該系統(tǒng)加一個專用總線分支。接在其他數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)接口上的控制單元常被稱為 主 控單元”子總線上的控制單元是 副控制單元”主控單元和副控制單 元之間發(fā)送的數(shù)據(jù)量只加在子總線上，上級總線保持空閑。子總線有多個名稱：本地CAN ,專用CAN。這些名稱已經(jīng)表明這 是一個子總線。MOST總線上也有主控元”和副控制單元” 一個上 級控制單元就是主控單元。主

13、控單元控制所有功能， 副控制單元”只執(zhí)行功能，在 診斷時BMW診斷系統(tǒng)也起 主控單元”的作用。診斷期間車輛中的所 有控制單兀都是副控制單元”這些控制單元向BMW診斷系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在診斷期間BMW 診斷系統(tǒng)是”主控單元”6. 車身總線”和外圍設(shè)備總線”是哪種總線標準？車身總線和外圍設(shè)備總線是 BMW自己開發(fā)的專用總線標準，外圍設(shè) 備總線是基本模塊和活動天窗范圍內(nèi)的車身總線。因為車身總線已經(jīng) 滿負荷（E38），所以開發(fā)了外圍設(shè)備總線。7. 為什么存在日規(guī)儀表總線”？在日本規(guī)格的E65 ,E66上，、JNAV和TEL不能與MOST總線相匹配（由于技術(shù)方面的原因），這.兩個控制單元連接在日規(guī)儀表總 線

14、上，并通過FBI與MOST總線相連（FBI :柔性總線接口）。8. 為什么儀表總線和車身總線也可能是子總線？原則上每一種總線都可變?yōu)榱硪环N總線的子總線，前提是，子總線通過一個網(wǎng)關(guān)（數(shù)據(jù)接口）連接到上級總線上。2個例子：儀表總線在E87上是一個子總線，此儀表總線連接MRS控制單元 和TCU控制單元車身總線在E87和E90上是一個從CAS至TAGE的子總線，E83、E85、E86、E87、E90 :車身總線是一個從 DWA至SINE的子總線提示：在插圖中用帶點的線段描述子總線，儀表總線、車身總線和F-CAN也可能是子總線，子總線在現(xiàn)行插圖中用帶點的線段描述。9. 什么是MOST總線上的同步或異步信

15、道？MOST總線在光纜中有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌诺溃和綌?shù)據(jù)傳輸：TV （數(shù)字音頻信號的數(shù)據(jù)傳輸）、CD光盤、DVD 光盤異步數(shù)據(jù)傳輸：NAV和TV（例如視頻文本信息和電臺列表的傳輸）控制數(shù)據(jù)的傳送：網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)、診斷、信息10. Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）的 同步和異步”有何含義？ Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）將同步和異步數(shù)據(jù)傳輸相組合， 因此能夠確保隨時傳輸重要的安全數(shù)據(jù)量：同步數(shù)據(jù)傳輸：各個控制單元周期性地（定期地）發(fā)送信息異步數(shù)據(jù)傳輸：除了同步數(shù)據(jù)傳輸外，也可發(fā)送受事件控制的信息Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）上這種同步和異步數(shù)據(jù)傳輸組合 的優(yōu)

16、點：.所有控制單元定期地發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會使 Byteflight （BMW安全總 線系統(tǒng)）過載（過載是同步數(shù)據(jù)傳輸可能存在的缺點），緊急信息始 終可用較高的優(yōu)先權(quán)發(fā)送。11. 何謂喚醒導(dǎo)線？PT-CAN需要一條喚醒導(dǎo)線，沒有喚醒導(dǎo)線則 PT-CAN不能工作，喚醒導(dǎo)線（總線端KL15喚醒）已部分集成到PT-CAN的扁平導(dǎo)線中（3芯扁平導(dǎo)線）。在E90上喚醒導(dǎo)線在局部也單獨敷設(shè)，不在PT-CAN的扁平導(dǎo)線中， 在本Si技術(shù)（SBT ）中的系統(tǒng)一覽上，喚醒導(dǎo)線作為直線標于PT 一 CAN的兩條導(dǎo)線之間：PT-CAN高和PT 一 CAN低。12 .為什么在一些車型系列上 PT-CAN有喚醒導(dǎo)線，而在其

17、他車型 系列上沒有？帶車載網(wǎng)絡(luò)2000的車輛通常有一根用于PT-CAN上的控制單元的喚 醒導(dǎo)線，在這些車輛上，總線端 KL15 一接通，CAS （便捷進入及啟動系統(tǒng)）就通過一個喚醒信號喚醒PT-CAN上的其他控制單元，以前的車型系列具有不帶喚醒導(dǎo)線的PT-CAN，因為：在以前的車型系列（例如E85 ）上，每個控制單元都有一個總線端KL 15的專用輸入端，因此總線端KL 15 一接通，每個控制單元都被 通過總線端KL15的輸入端”喚醒”所以不需要一根專用喚醒導(dǎo)線。13 .終端電阻有什么用途？為了防止信息反射，總線需要使用終端電阻。如果沒有終端電阻，則 信息和信號會在數(shù)據(jù)總線上反射乙終端電阻損壞的

18、后果是，總線上的數(shù)據(jù)傳輸有故障。終端電阻設(shè)計成與相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線匹配：PT-CAN需要的終端電阻就與F-CAN 不一樣。根據(jù)裝備情況，在不同控制單元中有終端電阻。14. “Kine ”“ TxD1 和 “ TxD2”何含義？這3個名稱表示下列不同的診斷導(dǎo)線：（1）K-Line是診斷導(dǎo)線的正式國際有效名稱，帶車載網(wǎng)絡(luò)2000的車輛有 一個中央網(wǎng)關(guān)和1根診斷導(dǎo)線（例如BMW7系自2000年起、BMW5 系和BMW6系）。在網(wǎng)關(guān)上，診斷導(dǎo)線連接在診斷插座的線腳 Pin?上， 診斷導(dǎo)線把所有控制單元與BMW診斷系統(tǒng)連接（通過中央網(wǎng)關(guān)）， 為車載網(wǎng)絡(luò)2000開發(fā)了一個新的診斷記錄：BMW Fast Pro

19、tocol-Fast Accessfor Service andTesti ng,該診斷記錄被以115MBit的數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)送至所有控制單 元，OBD記錄觸發(fā)所有與排氣相關(guān)的控制單元，所有對遵守廢氣排 放標準有影響的控制單元都與排氣相關(guān)，網(wǎng)關(guān)根據(jù) OBD記錄識別掃描工具，當某 個掃描工具連接在診斷插座上時，網(wǎng)關(guān)將 OBD記錄發(fā)送到PT-CAN 上，僅與排氣相關(guān)的控制單元應(yīng)答。（2）TxD1和TxD2是用于診斷不帶中央網(wǎng)關(guān)（數(shù)據(jù)接口）的車型系列的數(shù)據(jù)線。 TxD1是用于驅(qū)動系（英語“Powertrain） ”的所有與排氣無關(guān)的控制 單元的診斷導(dǎo)線 TxD2是用于驅(qū)動系的所有與排氣相關(guān)的控制單元的

20、診斷導(dǎo)線，TxD2向測試儀的掃描工具發(fā)送 OBD記錄的所有官方規(guī)定數(shù)據(jù) 所有其他控制單元將通過網(wǎng)關(guān)控制單元（例如KOMBI ）診斷。這兩根TO導(dǎo)線的技術(shù)背景是：通過診斷插座只讀取與排氣相關(guān)的控制單 元，因此排除了其他控制單元可能發(fā)生的故障。在BMW診斷系統(tǒng)的診斷插座中已將這兩根導(dǎo)線 跨接，因此，BMW診斷系統(tǒng)能夠同時讀取和分析這兩根 TxD導(dǎo)線。15“ BSD串行數(shù)據(jù)接口有何含義？BSD表示串行數(shù)據(jù)接口 ”，因為各個位不是并行，而是串行發(fā)送和接 收，相應(yīng)的發(fā)動機控制單元通過串行數(shù)據(jù)接口與下列部件通信 （視車 型系列、發(fā)動機和裝備而定）：發(fā)電機，調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓串行數(shù)據(jù)接口按如下方式支持發(fā)電機電壓

21、調(diào)節(jié)： 在每次發(fā)動機啟動時, 發(fā)動機控制單元都通過BSD查詢發(fā)電機。發(fā)電機向發(fā)動機控制單元 發(fā)送有關(guān)型號、功率和制造商的數(shù)據(jù)。發(fā)動機控制單元由此計算出發(fā)電機運行的額定值。充電指示燈在帶BSD的車輛上，發(fā)電機不直接與充電指示燈連接，發(fā)電機只向 發(fā)動機控制單元發(fā)送數(shù)據(jù)，充電指示燈通過發(fā)動機控制單元接通。 信 道：發(fā)電機* BSD->DME或DDE 一中央網(wǎng)關(guān)（SGM或ZGM ）KOMBI。電動冷卻液泵僅與發(fā)動機N52配合，發(fā)動機N52有一個電動冷卻液泵（不再由多 楔三角皮帶以機械方式驅(qū)動），此電動冷卻液泵由發(fā)動機控制單元（通 過BSD）按需調(diào)節(jié)。機油狀態(tài)傳感器機油狀態(tài)傳感器探測發(fā)動機機油的質(zhì)量、油位和溫度（英語“QualityLevel; Tempera-Ture ” ,這些數(shù)據(jù)BSD發(fā)送至發(fā)動機控制單元， 發(fā)動機控制單元分析這些數(shù)據(jù)。16. 何謂 “BCAN : Diagnose-on-CAN（CAN 上的診斷）？D-CAN （CAN上的診斷）在全世界代替以前的診斷接口，轉(zhuǎn)換的背 景是美國的一項新的法律規(guī)定，按照該規(guī)定，自2008年款起的所有車輛都必須裝備D-CAN。D-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，采用2線結(jié)構(gòu)，因為診斷收發(fā)器沒有 D-CAN接口，所以 進行診斷時需要一個光學編程系統(tǒng) （OPS）或一個光學檢測