車載網絡技術在寶馬汽車上的應用(中)

◆文/河南 牛本寬 牛賓強

(接上期)

三、車載網絡技術在寶馬汽車發動機控制系統的應用

寶馬整車采用網絡控制，發動機是網絡控制的一部分。 寶馬N62型發動機主要裝配在E65/E66底盤車型中，它采用ME9.2控制系統，其控制單元被稱為數字式電子伺控DME發動機控制模塊，DME發動機控制模塊與Valvetronic氣門行程控制模塊、VIM控制模塊一起，安裝在發動機艙右側電控箱內。DME控制模塊與Valvetronic氣門行程控制模塊一起控制氣門行程，其中DME控制模塊屬于主控單元。

ME9.2控制系統通信方式采用的總線類型包括：CAN總線(CAN F H和CAN F L)、發動機LocaI CAN總線(Lo CAN H和Lo CAN L)。

1.總線網絡技術與 Valvetronic 氣門行程控制系統

(1)Valvetronic氣門行程控制系統線路連接

Valvetronic氣門行程控制系統的線路連接見圖4，該系統中術語功能含義見表3。

表3 Valvetronic氣門行程控制系統術語功能含義

(2)Valvetronic氣門行程控制流程

如圖4所示，當打開點火開關時，由發動機控制模塊DME主繼電器K1將15號電源KL15提供給Valvetronic氣門行程控制模塊，Valvetronic氣門行程控制模塊開始工作，同時向系統中的電子元件提供工作電源，如Valvetronic氣門行程傳感器的5V工作電源，以便進行系統自檢。附加繼電器K2將延遲約100ms之后才吸合，這段延遲時間是為了對負載電路進行保護。

DM發動機控制模塊與Valvetronic氣門行程控制模塊之間采用Lo CAN總線進行通信。通過該總線，發動機控制模塊將指令信息傳送至氣門行程控制模塊，然后由氣門行程控制模塊輸出16kHz的脈沖信號驅動氣門行程電動機。偏心輪的調整角度由氣門行程傳感器輸送至氣門行程控制模塊，再通過Lo CAN總線傳送至發動機控制模塊。如果達到了調整目標值，那么控制模塊將反方向調整偏心輪，以進行精確測試和系統學習。

表4 Valvetronic氣門行程控制系統的故障類型

若Valvetronic氣門行程控制模塊監測到外圍故障，則會將相關信息傳送至DME發動機控制模塊，并由DME發動機控制模塊記錄一個故障碼。Valvetronic氣門行程控制系統的故障類型見表4。

如圖4所示，為了避免因Lo CAN總線故障而造成DME發動機控制模塊與Valvetronic氣門行程控制模塊之間通信失敗，在兩個控制模塊之間增加了一條備用數據線，稱為緊急運行數據線。在這條專用數據線上傳輸的是100Hz的電信號，而且只能傳送兩種功能的數據信息，一個是測試功能的數據信息，另一個是進氣門升至最高的指令信息。測試功能在駕駛前期被執行，電信號的脈沖寬度為50%。在出現Lo CAN總線通信故障時，進氣門升至高的指令功能才被執行，電信號的脈沖寬度為80%。

(3)Valvetronic控制模塊

相對于DME發動機控制模塊而言，Valvetronic氣門行程控制模塊是一個智能的執行器控制單元，它與發動機控制模塊之間采用Lo CAN總線進行數據通信。Lo CAN總線只是DME控制系統中的局域網總線，而不是整車網絡中的總線，因此檢測儀只能通過DME控制模塊的診斷功能對氣門行程控制系統進行檢測。也就是說，如果DME控制模塊損壞，那么檢測儀將無法與氣門行程控制模塊進行通信連接。當然，如果氣門行程控制模塊監測到外圍部件存在故障，那么相關的故障信息將通過Lo CAN總線儲存到DME控制模塊中。

(4)DME控制模塊

Valvetronic氣門行程控制程序儲存在DME發動機控制模塊中。通過Lo CAN總線將程序指令傳送至氣門行程控制模塊，實現氣門行程控制功能。

(5)DME主繼電器

Valvetronic氣門行程控制模塊的工作電源由發動機DME主繼電器提供。

(6)附加繼電器

在N42型發動機控制系統中，附加繼電器K2是一個單觸點繼電器；在N62型發動機控制系統中，附加繼電器K2是一個雙觸點繼電器。附加繼電器的功用是向氣門行程電動機提供工作電源。

(7)Valvetronic電動機

Valvetronic氣門行程電動機是直流電動機，由氣門行程控制模塊輸出16kHz脈沖信號進行控制。為了提高控制靈敏度，脈沖信號是雙向的，這樣可確保發動機出現嚴重故障(如機械卡死等)時，Valvetronic電動機能夠立即停止運轉。

DME發動機控制模塊必須對Valvetronic氣門行程電動機的工作行程進行記憶，如果系統斷電或對發動機進行了解體維修，那么就需要進行初始化設定。初始化設定可以自動進行，在200ms內通過激活Valvetronic氣門行程電動機，DME發動機控制模塊能夠重新識別到氣門的最小升程和最大升程。如果初始化自動設定失敗，那么可以使用GT1檢測儀的保養功能進行初始化設定。

(8)Valvetronic氣門行程傳感器

Valvetronic氣門行程傳感器屬于磁感式傳感器，與霍爾效應式傳感器相比，磁感式傳感器具有較好的抗震性和抗熱性。在每個氣門行程傳感器內部設置有測量傳感器(2個)、測量和信號處理器(2個)、數據傳輸處理器(2個)，構成了兩個處理單元，一個稱為主導傳感器，另一個稱為參考傳感器。主導傳感器與參考傳感器呈180°對稱分布，由氣門行程控制模塊提供5V工作電源和地線回路。

每個Valvetronic氣門行程傳感器配置3條數據線，分別為CS數據線、DAT數據線、CLK數據線。CLK數據線設置在氣門行程傳感器內部，它能夠確保主導傳感器的測量頻率比參考傳感器快。CS數據線用于氣門行程控制模塊，將指令信號傳送至氣門行程傳感器。DAT數據線則用于主導傳感器將精準的Valvetronic工作行程數據傳送至氣門行程控制模塊。這里要注意的是，參考傳感器并不是通過DAT數據線向氣門行程控制模塊傳送數據信息的。

2.總線網絡技術與發動機燃油泵控制系統

(1)燃油泵控制功能

如圖5所示，DME控制模塊不直接控制燃油泵，而是將控制指令先傳送至中央網關控制模塊(ZGM控制模塊)，再經綜合安全和信息系統(ISIS)的Byteflight總線傳送至右側B柱衛星式傳感器SBSR，SBSR再控制燃油泵運轉。采用這種設計方案主要是為了在發生碰撞事故時，能夠及時切斷燃油泵工作電源。

(2)燃油泵(EKP)的控制流程

N62型發動機裝配的燃油泵是一個二級齒輪電動泵，這種燃油泵的控制流程如圖6所示。燃油供給信號由DME發動機控制模塊通過PT CAN傳動總線傳送至中央網關控制模塊，然后通過安全氣囊系統的Byteflight安全總線傳送至右側B柱衛星式傳感器SBSR。SBSR對信號進行分析處理，依據發動機的燃油需求，向燃油泵輸出PWM指令信號，控制燃油泵運轉。燃油泵的工作狀態由SBSR進行監控并不斷地被修正，這是因為SBSR在設碼(編程)期間已儲存了燃油量需求的數據信息。另外，采用這種復雜的控制方式有故障運行功能，如果信號傳輸線路出現故障，那么燃油泵將接通15號電源，并以最高速運轉。

四、車載網絡技術在寶馬汽車底盤控制系統的應用

寶馬整車采用網絡控制，底盤系統是網絡控制的一部分。下面闡述網絡技術在寶馬汽車自動變速器、懸架動態行駛穩定系統和轉向柱控制系統中的應用。

1.總線網絡技術與自動變速器控制系統

下面介紹總線接口技術在GA6HP19Z自動變速器中的應用。GA6HP19Z自動變速器是寶馬公司與ZF公司共同研發的全電子6擋自動變速器，它是目前最為先進的寶馬自動變速器，作為特種裝備(SA205)安裝在新5系E60等底盤車型中。

(1)GA6HP19Z電子變速器控制系統通過總線獲取數據信息

GA6HP19Z電子變速器控制系統通過總線獲取數據信息，包括：

①制動燈開關信號

制動燈開關信號用于換擋桿鎖定裝置和自適應變速控制系統。信號傳輸方式是制動燈開關通過一根導線直接與DME發動機控制模塊相連，DME控制模塊接收到的是模擬開關信號，DME控制模塊將以電碼(數碼)的形式傳送制動燈開關信號。制動燈開關信號的整個傳輸過程為制動燈開關信號→直接連接的導線→DME發動機控制模塊→傳動總線(PT CAN 總線)→EGS變速器控制模塊。

②加速踏板模塊信號

加速踏板模塊信號用于自適應變速器控制系統。加速踏板模塊信號屬于模擬信號，它通過一根直接連接的導線傳送給DME控制模塊，DME控制模塊將以電碼的形式傳送該信號。加速踏板模塊信號的整個傳輸過程為加速踏板模塊→直接連接的導線→DME／DDE控制模塊→傳動總線(PT CAN 總線)→EGS控制模塊。

③動態穩定控制(DSC)系統

DSC系統優化了啟動和加速時的行車穩定性和牽引力，同時能夠糾正偏差和錯誤的行駛狀態，如在物理極限內的轉向過度和轉向不足等問題。因此，DSC控制模塊需要接收與行駛有關的動態信號，如車輪轉速、橫向加速度、車輛行駛速度、方向盤位置等。

DSC控制模塊將處理后的數據通過傳動系統PT CAN總線傳輸到EGS控制模塊(信號傳輸路徑同上)，EGS控制模塊對轉向、加速、路況(氣候)等參數進行識別。(未完待續)