新寶馬3系F30平臺普通車輛電氣系統技術剖析(一)

◆文/山東 劉春暉

新寶馬3系F30平臺普通車輛電氣系統技術剖析(一)

◆文/山東 劉春暉

2012年7月13日，基于“F30”平臺的寶馬新世代3系列在中國正式發布，現已開始銷售。新寶馬328i使用新的4缸渦輪增壓發動機，0-100km/h加速僅需5.9s，與6缸渦輪增壓發動機相比，只相差0.4s，從加速性能上來說，性價比很高。寶馬新世代3系列除了大家熟悉的四門、雙門、敞篷、旅行車版本之外，還加入了一位新成員，即3-GT series。新3系將采用寶馬MSB車身架構。本文將介紹寶馬新3系F30平臺普通車輛電氣系統技術剖析。

F30平臺的車輛電氣系統絕大部分以當前寶馬車型為基礎，本文沒有涉及到的普通車輛電氣系統方面的技術信息可參見新寶馬7系F01/F02車型的相關資料。F30平臺采用了F20平臺車型已有的多個集中式控制單元。與F20平臺類似，F30平臺安裝了前部電子模塊(FEM)和后部電子模塊(REM)兩個控制單元。FEM和REM控制裝置取代曾在E90上使用過的控制單元，如接線盒(JB)、腳部空間模塊(FRM)、便捷登車及啟動系統(CAS)、舒適登車系統(CA)和駐車距離控制(PDC)等。

一、車載網絡系統

1.總線概覽

F30平臺使用FlexRay作為實現行駛動態控制系統與發動機管理系統之間聯網的系統總線，F30平臺總線概覽如圖1所示，F30平臺的FlexRay系統電路圖如圖2所示。在集成于FEM的中央網關模塊(ZGM)內，裝有四個總線驅動器的星形連接器，總線驅動器將控制單元數據通過通信控制器傳輸給ZGM，FlexRay控制單元連接在這些總線驅動器上。為了避免在導線上反射，數據導線兩端都使用總線電阻。車身控制器區域網2(K-CAN2)以較高的數據傳輸率(500kBit/s)實現控制單元之間的通信。通過ZGM，K-CAN2也與其他總線系統相連。動力傳動系統控制器區域網絡2(PT-CAN2)是動力傳動系控制器區域網絡(PT-CAN)在發動機和變速器控制范圍內的冗余裝置。

為了對整車進行快速編程，F30平臺帶有一個以太網訪問接口。由于以太網數據傳輸速率很高(100MBit/s)，因此取消了連接MOST總線系統的編程接口。主控單元也可連接以太網，通過這一連接對MOST設備進行編程。在F30平臺上，FEM/ZGM負責在車輛內部將電碼發送到總線上并通過K-CAN2傳輸給主控單元，隨后主控單元將其發送到MOST上。CIC High(Professional導航系統)的導航數據保存在其硬盤上，通過OBD-II接口的以太網訪問接口和車輛內部ZGM與CIC間的以太網連接對這些導航數據進行更新，也可以通過DVD驅動器進行更新。車輛帶有CIC Basic 2(Business導航系統)時，通過以太網或連接相應USB接口的USB閃存盤對導航數據進行更新。連接OBD-II的D-CAN用于在經銷商機構處由“授權第三方”進行車輛編程。法律規定，所有控制單元必須能夠通過D-CAN進行編程，進行HDD更新例外。

2.診斷訪問接口OBD-ⅠⅠ

與其他寶馬車輛一樣，診斷插座孔也位于左側A柱上。無論是通過D-CAN進行車輛診斷還是通過以太網連接車輛進行編程，都需通過OBD-II接口實現。

二、供電系統

1.部件結構

F30平臺的供電系統電路圖如圖3所示，供電系統由車輛蓄電池、智能型蓄電池傳感器(IBS)、安全型蓄電池接線柱(SBK)、供電配電模塊(PDM)、前部配電盒、包含B+跨接啟動接線柱、發動機室配電盒、行李箱配電盒、蓄電池配電盒、蓄電池導線、啟動機、發電機組件等構成，其構成部件如圖4所示。

(1)蓄電池

蓄電池位于行李箱右側、活動廢物托盤的后方，位置如圖5所示。采用的是防磨損90Ah AGM蓄電池。

(2)線束

F30平臺供電系統更多地使用了鋁合金電導線用于供電。增加鋁合金材質使用的目的是減輕重量和節省成本。59mm2的全鋁扁平式B+地板導線從B+過渡接線柱(后部)一直連接至B+跨接啟動接線柱(前部)。在發動機室配電盒和行李箱配電盒上均使用配備二級鎖定裝置(插頭位置保證裝置CPA)的插頭，這樣可使連接更加牢固。與F20平臺類似，F30平臺也使用了橫截面僅為0.22mm2的較細導線。表1列出了車輛上銅導線和鋁合金導線的使用情況，從前部配電盒至EPS和接地線導線EPS的導線橫截面取決于車輛的轉向系統，17mm2鋁合金導線用于EPS Low；27mm2鋁合金導線用于EPS High或EPS+。

表1 F30平臺車輛上銅導線和鋁合金導線的使用情況

(3)配電盒

根據FEM/REM方案使用兩個獨立配電盒，發動機室配電盒(圖6)位于發動機室內右側前圍板上。蓄電池配電盒(圖7)不再安裝于蓄電池上，而是固定在蓄電池前方的車輪罩上。負荷繼電器集成在FEM/REM內的少數功能直接在FEM或REM內部進行熔斷保護。這一點同樣適用于FEM控制的總線端30F。應該注意的是，關閉端蓋時應正確鎖止四個固定裝置，從而確保配電盒密封性。

2.穩定車載網絡供電

在帶有發動機節能啟停功能MSA的車輛上，執行啟動過程的頻率明顯增多，因此導致車載網絡電壓下降。為了保護某些對電壓敏感的電氣組件，在這些車輛上會根據配置情況安裝一個DC/DC轉換器。DC/DC轉換器負責為總線端30B_DC/DC提供恒定電壓，即使是在啟動過程中。在帶有Business導航系統(SA 606)、Professional導航系統(SA 609)或HarmanKardon環繞聲系統(SA 688)的任一選裝配置的車輛上安裝一個DC/DC轉換器。

3.能量管理系統

(1)充電狀態顯示

F30平臺處于運輸模式時，始終在運行過程中顯示蓄電池充電狀態，運輸人員可以及時為蓄電池充電以免電量過低繼而造成蓄電池損壞。經銷商驗收車輛時可檢查蓄電池是否電量充足或是否需要更換。

(2)轉向功率影響

電子助力轉向系統(電動機械式助力轉向系統，EPS，其電路圖如圖8所示)耗電量很大。為了避免短時間降低轉向助力，F30平臺的能量管理系統會提前針對轉向力度較大的駕駛操控(駐車或三點式轉彎)做出響應。為此需對特定輸入變量(例如車速、制動踏板操控和轉向角)進行分析。能量管理系統可采取以下措施：①提高怠速轉速和調節點火角度從而提高發動機扭矩；②通過發電機提高車載網絡電壓；③關閉舒適功能(后窗玻璃加熱裝置、車外后視鏡加熱裝置和座椅加熱裝置)。

(3)前部配電盒

為了減小發電機產生車載網絡電壓波峰，在前部配電盒內裝有一個電容器。更換損壞的電子扇時必須測量電壓波峰，如果波峰過大，說明電容器已損壞，必須進行更換。

4.EPS供電

F30平臺標配EPS，作為選裝配置可提供Servotronic(SA216)和可變轉向比運動型轉向裝置(SA2VL)。可變轉向比運動型轉向裝置包含Servotronic功能。與傳統液壓轉向系統相比，EPS可使平均油耗量降低約3%，有助于降低CO2排放量。

5.蓄電池防護功能

蓄電池防護識別出可能嚴重影響發動機啟動的危險蓄電池狀態并將相應信息直接發送到客戶或寶馬售后服務授權維修車間人員的移動電話上。蓄電池防護功能需要帶有藍牙連接的移動電話準備選裝配置，具有通訊服務(SA 6NL)的USB設備以及有效的寶馬互聯駕駛協議。

在下列情況下，車輛將自動啟動寶馬遠程服務蓄電池防護呼叫功能。

(1)如果忘記關閉駐車燈/側燈，蓄電池電壓達到啟動性能的上限，那么寶馬遠程服務蓄電池防護功能將通過短信或電子郵件形式通知客戶。寶馬售后服務授權維修車間 也會收到類似信息。在德國、荷蘭和奧地利上市的F30平臺系列提供這項功能。

(2)如果存在總線喚醒信號、睡眠模式被關閉或備用電流違規造成蓄電池電壓達到啟動性能的下限，那么在下次啟動車輛時寶馬遠程服務蓄電池防護功能會將這一情況通知寶馬售后服務授權維修車間(總線端15開啟)。隨后，維修車間可主動聯系客戶，預約服務以排除故障。在德國、荷蘭和奧地利、美國和加拿大上市的F30平臺系列提供這項功能。

三、前部電子模塊(FEM)

F30平臺同F20平臺相似，也采用了前部電子模塊FEM。FEM取代接線盒(JB)、便捷登車及啟動系統(CAS)、舒適登車系統(CA)、腳部空間模塊(FRM)。ZGM作為獨立控制單元集成在FEM內。FEM位于前乘客側的A柱上，安裝位置如圖9所示，其內部結構見圖10。

在FEM內通過保險絲為以下功能提供保護：①轉向柱開關中心(SZL)、駕駛人輔助系統操作單元、車燈操作單元；②駕駛人LED前燈模塊、后部電子模塊(REM)；③OBD-II插頭、IHKA；④車門外側拉手電子裝置；⑤電動車窗升降器；⑥中控鎖。

以下功能通過FEM內的繼電器接通：①駕駛人側電動車窗升降器；②前乘客側電動車窗升降器；③中控鎖；④前燈清洗裝置；⑤啟動機；⑥喇叭；⑦刮水器擋位1/2，表2為FEM的功能與相關控制單元對比。

1.中央網關模塊(ZGM)

ZGM的任務是將所有總線系統彼此連接起來，通過這種方式連接可綜合利用總線系統提供的信息。ZGM能夠將不同協議和速度轉換到其他總線系統上，可通過以太網將編程數據傳輸到車輛上。在車載網絡結構2020中，ZGM以模塊形式集成在FEM內，可是說是控制單元內的控制單元，因為FEM內ZGM的工作方式就像是一個獨立的控制單元。擁有一個由引導裝載程序和應用程序構成的完整獨立軟件單元以及一個獨立的診斷地址。ZGM沒有設碼功能，引導裝載程序和應用軟件可獨立于FEM進行刷新。