寶馬車總線系統基礎(二)

文/山東 劉春暉

(接上期)

五、寶馬車總線系統概覽

寶馬車的總線系統原則上分為主總線系統和子總線系統兩組。主總線系統負責跨系統的數據交換。子總線系統負責系統內的數據交換。這些系統用于交換特定系統內相對數據量較少的數據。主總線系統包括下列常見的總線(表1)，子總線系統包括下列常見的總線(表2)。

表1 主總線系統的數據傳輸率和結構

表2 子總線系統的數據傳輸率和結構

多數情況下車輛的總線系統(主總線系統和子總線系統)通過一個總體概覽表示，寶馬F02總線系統概覽如圖16所示，每個總線系統都分配有一種顏色(與車輛中電纜的顏色相同)，另外還要考慮總線導線的數量(單線，雙線)。

1.主總線系統

(1)D-CAN

如圖17 所示，寶馬在世界范圍內已用D-C A N(診斷CAN)替代了以前的診斷接口及其基于KWP2000(Keyword Protocol2000)的協議，診斷接口的安裝位置如圖18所示。診斷設備(圖19)連接一個寶馬診斷系統后，網關(中央網關模塊)將寶馬診斷系統的請求傳輸給內部總線。同時沿相反方向傳輸應答信息。進行診斷時只采用新通信協議。其原因是美國新法規要求從2008年款起所有車輛都必須裝備D-CAN。過渡階段從2006年9月開始。E70和R56是裝有D-CAN的第一批車輛。此后這項改進措施逐步應用于所有新款寶馬車型。

圖16 F02總線系統概覽

D-CAN的數據傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。D-CAN上的終端電阻位于中央網關模塊和D-CAN線束中。

圖17 診斷訪問接口

(2)K-CAN

K-CAN表示車身控制器區域網絡。Robert Bosch GmbH將CAN開發為應用于車輛的總線系統。K-CAN負責傳輸車身范圍內的信息。K-CAN通過雙絞銅線以100kBit/s的傳輸速率傳輸數據。K-CAN以線性拓撲方式為基礎。即符合總線結構。

圖18 診斷插座

圖19 ICOM A

一個總線結構形式網絡上的每個終端設備(節點、控制單元)都通過一根共同的導線連接起來。K-CAN是一個多主控總線，某網絡的總線結構如圖20。連接在該總線上的每個控制單元都可以發送信息，圖21為E90的K-CAN。使用雙線導線的好處在于，即使出現故障時仍可使用其中另一根導線。K-CAN具有易于安裝、易于擴展、導線較短的優點，具有通過一根導線應急運行的特性。其缺點是訪問方式復雜，限制了網絡擴展能力。

圖20 某網絡的總線結構

圖21 E90的K-CAN

從電氣角度來看，一根載流導線始終具有歐姆電阻、感應電阻和電容電阻。從點“A”向點“B”傳輸數據時，這些電阻的總電阻值會對數據傳輸產生影響。傳輸頻率越高，有感電阻和電容電阻產生的影響就越大。這種情況可能導致在傳輸導線末端接收到一個無法識別的信號。因此要通過終端電阻對導線進行“適配”，以便保持原有信號。

終端電阻用于確保總線系統內準確的信號流程。這些終端電阻位于總線系統的控制單元內。這些電阻通常由總線系統的數據傳輸頻率、傳輸路徑上的電感或電容負荷以及進行數據傳輸的電纜長度等參數決定。

控制單元(圖22)分為始終安裝的基礎控制單元(例如E90的組合儀表)和其余控制單元。通過電阻值進行劃分。K-CAN上的終端電阻值：基礎控制單元為820Ω，其余控制單元12000Ω。

圖22 控制單元的內部結構

K-CAN上的電壓如圖23所示，當終端電阻損壞時，電壓就會改變。這種電壓變化會影響CAN系統。總線使用者之間的通信出現問題。識別和關閉損壞的控制單元為了防止損壞的總線使用者持續干擾總線上的數據通信，CAN協議中包含了監控控制單元的信息。超過規定的錯誤率時，就會限制相關控制單元的運行自由甚至斷開該單元與網絡的連接。當出現一個CAN數據導線(芯線)斷路，一個CAN數據導線(芯線)對地短路，一個CAN數據導線(芯線)對供電電壓UB+短路等情況時，K-CAN作為單線總線運行。

圖23 K-CAN上的電壓

(3)K-CAN2

K-CAN2用于數據傳輸率較高的控制單元之間的通信。K-CAN2也通過中央網關模塊與其它總線系統相連，圖24所示為寶馬F02的K-CAN2。K-CAN2上的所有控制單元都通過LIN總線形式的子總線相連。K-CAN2通過總線來喚醒，無需附加喚醒導線。為了確保快速授權起動，CAS還有一個連接DME的冗余總線。在該CAS總線上使用K總線協議傳輸數據。K-CAN2的數據傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。

圖24 F02的K-CAN2

在K-CAN2上裝有①CAS便捷登車及起動系統；②FRM腳部空間模塊；③FZD車頂功能中心；④JBE接線盒電子裝置；⑤PDC駐車距離監控系統(集成在JBE內)；⑥ZGM中央網關模塊；⑦K-CAN2上的終端電阻位于以下控制單元內；⑧中央網關模塊；⑨接線盒電子裝置等控制單元。

(4)PT-CAN

PT-CAN表示動力傳動系控制器區域網絡。Robert Bosch GmbH將CAN開發為應用于車輛的總線系統。PT-CAN以線性拓撲結構為基礎。即與總線結構一致。PT-CAN的傳輸速度為500kBit/s。該總線將所有屬于傳動裝置的控制單元和模塊連接在一起，圖25所示為E90的PT-CAN。這種CAN總線的特點是使用了三根導線，而不是兩根導線。第三根導線用作喚醒導線，與CAN總線的原有功能無關。

圖25 E90的PT-CAN

PT-CAN的電壓(圖26)，總線未啟用時低位和高位的總線電壓為2.5V。啟用總線后，CAN低位的電壓降低到低位(1.5V)。而CAN高位的電壓升高到高位(3.5V)，因此為邏輯1。

圖26 PT-CAN的電壓

(未完待續)