寶馬車總線系統基礎(三)

◆文/山東 劉春暉

(接上期)

如圖27所示，控制單元上的終端電阻值為120Ω，終端電阻用于確?？偩€系統內準確的信號流程。PT-CAN的終端電阻安裝在距離最遠的兩個控制單元上。兩個120Ω電阻并聯連接得到總電阻60Ω。可在CAN-H和CAN-L導線之間的總線上測到該電阻。

(5)PT-CAN2

PT-CAN2(圖28)對于發動機管理系統而言是PT-CAN的冗余系統，也用于向燃油泵控制系統傳輸信號。PT-CAN2的數據傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式且使用附加喚醒導線。PT-CAN2上的終端電阻位于數字式發動機電子系統和電動燃油泵控制單元內。

圖27 PT-CAN的終端電阻

圖28 PT-CAN2

(6)F-CAN

CAN系列的另一個總線是F-CAN。圖29所示為E90的F-CAN，F-CAN表示底盤控制器區域網絡。該總線的機構和功能與PT-CAN完全相同。但F-CAN只用于傳輸底盤組件的相關數據。例如動態穩定控制系統。F-CAN通過總線喚醒，不需要喚醒線。

(7)MOST

MOST是一種專門針對車輛使用而開發的、服務于多媒體應用的通信技術。MOST表示多媒體傳輸系統。MOST總線利用光脈沖傳輸數據。MOST技術滿足兩個重要要求：①MOST總線能夠傳輸控制、音頻和導航系統數據；②MOST技術提供了一種控制數據多樣性和數據復雜性的邏輯框架模型。

MOST的優點有：①可達到較高的數據傳輸率；②可在不相互干擾的前提下，并行同步提供信息和娛樂服務；③具有良好的電磁兼容性。

寶馬車輛內裝有電話，收音機，電視，導航系統，CD/DVD換碟機，功率放大器，多功能信息顯示屏，環視攝像系統等多媒體組件。

寶馬車系需要MOST的原因在于，后繼研發期間，車輛上所用的多媒體組件不斷增多，組件功能范圍也不斷擴展。這些組件組成的新邏輯網絡大大增加了系統的復雜性。由于以前使用的總線系統已無法應對這種系統復雜性，因此需要一種新型總線技術：MOST。MOST總線采用環形結構，通過光脈沖傳輸數據。數據只能朝一個方向傳輸。

圖29 E90的F-CAN

各組件通過MOST共同組成一個中央單元。組件在更大程度上相互影響。利用即插即用(連接后即可使用)原則可以非常簡單地通過各組件擴展系統。多媒體網絡的一個重要特征在于，它不僅能夠傳輸控制數據，還能傳輸傳感器數據。MOST不僅表示一種傳統意義上的網絡，還表示一種用于多媒體和網絡控制的集成技術。

MOST特點：①較高的數據傳輸率：22.5MBit/s；②同步/異步數據傳輸；③MOST將控制單元的節點分配到總線內；④光纜作為傳輸介質；⑤環形結構(圖30)。

圖30 MOST網絡的環形結構

(8)以太網

以太網是一項使用電纜連接的網絡技術，可供任何制造商使用。現在的大部分計算機網絡都以這種數據傳輸技術為基礎。以太網的開發要追溯到三十年以前。自此之后數據傳輸率便得到成倍提高。F系列使用數據傳輸率為100MBit/s的IEEE 802.3u標準。

IEEE 802.3xx是電氣和電子工程師協會針對電纜連接網絡的一項標準。該標準又稱為“快速以太網”。在此使用TCP/IP(傳輸控制協議/網際協議)和UDP(用戶數據報協議)協議作為傳輸協議。

①以太網應用

以太網只有插入寶馬編程系統(ICOMA)時才會啟用診斷插座內的以太網。編程插頭內的線腳8與線腳16之間有一個啟用電橋，該電橋負責接通中央網關模塊內以太網控制器的供電。也就是說，車輛行駛時通過以太網連接中央網關模塊的功能處于停用狀態。信息和通信系統間的以太網連接不受診斷插座內啟用電橋的影響，始終處于啟用狀態。

②以太網的特點

·數據傳輸率很高：100MBit/s；

·建立連接和分配地址時系統啟動用時3s，進入休眠模式時用時1s；

·只能通過寶馬編程系統訪問系統以太網的功能；

·進行維修時更迅速地進行車輛編程；

·在CIC與RSE間傳輸媒體數據。

如圖31所示，診斷插座、ZGM和CIC之間通過兩個沒有附加屏蔽層的雙絞線連接。此外還有一個為各控制單元內以太網控制器供電的啟用導線。CIC與RSE之間的導線帶有屏蔽層，取代了啟用導線。診斷插頭與寶馬編程系統之間必須使用一個所謂的五類線。這種五類線是使用四個非屏蔽雙絞線的網絡電纜，可以在頻率帶寬100MHz范圍內傳輸數據。針對車輛所需的傳輸要求，使用兩個雙絞線即可滿足要求。

圖31 F02的以太網

(9)FlexRay

FlexRay是一種新型通信系統，目標是在電氣與機械電子組件之間實現可靠、實時、高效的數據傳輸，以確保現在和將來車內創新功能的聯網。將來，行駛動態控制系統、駕駛員輔助系統及其全新聯網方式將越來越有助于突出寶馬品牌的特色。由于以前通過CAN總線實現聯網的方式已經達到效率極限，因此必須盡快為CAN找到一個合適的替代方案。

1999年，寶馬AG與DaimlerChrysler AG和半導體制造商Freescale(以前為Motorola)和Philips合作創建了FlexRay協會，以開發新型通信技術。后來Bosch和General Motors也加入了該協會。從2002年至今Ford汽車公司、Mazda、Elmos和Siemens VDO也相繼加入該協會。在此期間，世界范圍內幾乎所有有影響的汽車制造商和供貨商都加入了FlexRay協會，FlexRay協會成員如圖32所示。

圖32 FlexRay協會成員

FlexRay最大數據傳輸率為每通道10MBit/s，明顯高于以前在車身和動力傳動系統/底盤方面所用的數據總線。以前只有使用光纜才能達到該數據傳輸率。除較高帶寬外，FlexRay還支持確定性數據傳輸且能以容錯方式進行配置，即個別組件失靈后余下的通信系統仍能可靠地繼續運行。寶馬F02的FlexRay如圖33所示。

FlexRay的優點：①帶寬較高(10MBit/s，CAN僅為0.5MBit/s)；②確定性實時)數據傳輸；③數據通信可靠；④支持系統集成；⑤汽車行業標準。

FlexRay總線系統是一項汽車行業標準，因此許多制造商都參與其中并進行了后續開發。FlexRay總線系統以跨系統方式實現行駛動態管理系統和發動機管理系統的聯網。中央網關模塊用于不同總線系統與FlexRay之間的連接。

2.子總線系統

除主總線系統外，車輛上還使用了子總線系統。子總線系統從屬于串行總線系統。LIN總線(局域互聯網總線)和BSD(位串行數據接口)是寶馬車系最重要的子總線系統。

(1)LIN總線

圖33 寶馬F02的FlexRay

開發LIN總線的目的是為汽車行業提供一個標準化網絡。標準化可節省研發、生產和車輛維修方面的成本。LIN總線系統由上級控制單元(主控單元)、從屬控制單元(副控單元)和單線導線構成。LIN總線使用一根雙向單線總線導線作為傳輸介質。總線協議嚴格按等級分為主控單元和副控單元。一個LIN總線系統最多只能有一個主控單元。寶馬E90的LIN總線如圖34所示。

LIN總線的數據傳輸速度最高為19.2kBit/s，可實現傳輸速度有2.4kBit/s、9.6kBit/s、19.2kBit/s。

LIN總線目前安裝在空調系統(9.6kBit/s)、駕駛員車門模塊與駕駛員車門開關組件之間(19.2kBit/s)以及輪胎充氣壓力監控裝置(9.6kBit/s)等系統內。LIN總線主控單元控制總線導線上的信息傳輸情況。LIN總線主控單元將控制單元的請求發送至其系統的副控單元(從屬控制單元)。

空調系統的LIN總線副控單元為用于氣流分布的風門伺服電機、鼓風機調節器和電氣輔助加熱器。LIN總線副控單元等待LIN總線主控單元的指令，僅根據需要與主控單元進行通信。為結束休眠模式，LIN總線副控單元可自行發送序列喚醒信號。LIN總線副控單元安裝在LIN總線系統設備上(例如用于調節風扇風門的步進電機)。

圖34 寶馬E90的LIN總線

(2)BSD總線(位串行數據接口)

如圖35所示，BSD總線用于將發電機和智能型蓄電池傳感器與數字式發動機電子系統連接起來。BSD總線速度為9.6kbit/s。

圖35 比特串行數據接口概覽

(3)局域CAN(Local-CAN)

如圖36，局域CAN將環境傳感器較大的數據量傳輸至ICM，數據量較大是因為環境傳感器需要將包括所有探測目標數據的大量列表內容傳輸至ICM。這種數據量可能已經超出現有總線系統的有效傳輸能力。局域CAN上的終端電阻位于以下控制單元局域CAN的數據傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。終端電阻位于遠程傳感器和集成式底盤管理系統的控制單元內。

(4)總線系統間的數據交換

如圖37所示，網關用于連接不同類型的總線系統。具有不同邏輯和物理特性的總線系統通過網關連接起來，以此確保不同傳輸速度的總線系統仍可進行數據交換。網關執行集合不同網絡的信息和將信息準確發送給相關網絡雙重功能。

圖36 局域CAN

圖37 網關連接示例

如圖38所示，各個總線系統發送的數據到達網關處。各信息的傳輸速度、數據量和優先級信息在網關中進行過濾，必要時暫時存儲起來。網關根據網關規定和轉換表為相關總線系統轉換信息，此時可以操作相關總線系統，信息到達其目標地址。必要時次要信息將保存在網關存儲器內，稍后再發送保留的信息。

圖38 網關內的通信路徑

(未完待續)