寶馬CAN-BUS系統(tǒng)介紹

吳忠

（廣東省機械高級技工學(xué)校，廣東 廣州 510450）

1 寶馬CAN-BUS結(jié)構(gòu)原理

寶馬屬于高檔類汽車，其總線網(wǎng)絡(luò)集成非常獨特，它的總線控制系統(tǒng)很有特色，各類總線的通信功能并不復(fù)雜但很強大，寶馬轎車的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要有以下兩種。

1.1 以E38／E39／E46／E53等底盤車型為代表的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)控制模塊集成在儀表板中，連接的總線包括：CAN總線、K-BUS（車身控制總線）、I-BUS（儀表板控制總線）、D-BUS（診斷總線）。其中CAN總線、K-BUS、I-BUS等與儀表板之間采用并聯(lián)的連接方式，D-BUS與車輛的診斷座直接相連。在此基礎(chǔ)上，某些控制系統(tǒng)中還布置有局域網(wǎng)總線，如ZKE（外圍總線）系統(tǒng)等。在進行故障診斷時，診斷設(shè)備之所以能夠與所有總線上的控制模塊進行通信，是因為借助儀表板的網(wǎng)關(guān)功能，能將不同總線通信協(xié)議的電碼數(shù)據(jù)制成DBUS的數(shù)據(jù)信號，然后再將數(shù)據(jù)傳送至診斷設(shè)備，實現(xiàn)故障診斷、設(shè)碼、編程等專項檢測功能。圖1和圖2所示為寶馬E38網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)控制。

D-BUS：診斷BUS網(wǎng)絡(luò)，連接診斷ECU、診斷座及發(fā)動機變速器、ABS／ASC／DSC ECU、儀表板、防盜EWS、氣囊ECU。

K-BUS：連接儀表、空調(diào)車身ECU。

I-BUS：連接儀表、多功能轉(zhuǎn)向盤、收音機、信息顯示MID、放大器、電話、電視、Comand管理中心等。

P-BUS：車身BUS網(wǎng)絡(luò)，GM（車身ECU）連接K-BUS及左前門ECU、右前門ECU、座椅ECU、天窗ECU、遙控接收器等。

M-BUS：空調(diào)ECU與風(fēng)門分配電動機連接BUS線路。

1.2 以E60／E61／E65／E66底盤車型為代表的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整車的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也是本文要詳細介紹的，汽車上幾乎所有的電控系統(tǒng)都采用某種總線匯集在這個龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，就連結(jié)構(gòu)簡單的刮水器電控單元也被改進成K-CAN總線上的控制模塊，刮水指令信號由原先的模擬信號變成了總線的電碼數(shù)據(jù)信號，這就是總線網(wǎng)絡(luò)給汽車電控系統(tǒng)帶來的本質(zhì)變化。圖3為寶馬750LI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表1為其相關(guān)英文縮寫含義。

由于E60／E61／E65／E66底盤車型的總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)龐大，儀表板無法再承擔(dān)網(wǎng)關(guān)任務(wù)，因此便產(chǎn)生了獨立的網(wǎng)關(guān)控制模塊，網(wǎng)關(guān)控制模塊不止一個，但最重要的是中央網(wǎng)關(guān)控制模塊，它可以將PTCAN、K-CAN-S、K-CAN-P、MOST、Byteflight集合在一起，完成數(shù)據(jù)交換和共享任務(wù)。診斷總線依然與車輛的診斷座直接相連，實現(xiàn)診斷設(shè)備的診斷功能。

表1 圖3中相關(guān)英文縮寫的含義

1.3 舉例

寶馬音響控制器CAN－BUS實物連接如圖4所示，其相關(guān)英文縮寫含義見表2。

表2 圖4相關(guān)英文縮寫的含義

2 寶馬總線類型

寶馬車輛中安裝的總線系統(tǒng)原則上可劃分成兩種：①主總線系統(tǒng)：負責(zé)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換；②子總線系統(tǒng) （較早的車型也稱作儀表總線）：負責(zé)在系統(tǒng)內(nèi)部交換數(shù)據(jù)。見表3。

數(shù)據(jù)傳輸率說明在相應(yīng)的總線系統(tǒng)中以何種傳輸速度傳輸數(shù)據(jù)，總線結(jié)構(gòu)說明控制單元相互間的聯(lián)網(wǎng)方式 （線形、星形、環(huán)形）和通過3種傳輸媒介 （單線、雙線、光纜）傳輸數(shù)據(jù)。

2.1 3種聯(lián)網(wǎng)方式 （圖5）

2.2 3種傳輸媒介

1）單線 總線系統(tǒng)中通過一根芯線傳輸數(shù)據(jù)。車輛搭鐵連接也用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇铊F連接。在車身范圍內(nèi)許多應(yīng)用中較低的傳輸速度已夠用，尤其是當各個部分范圍被當作子總線系統(tǒng)構(gòu)造時。低傳輸速度使這些總線的實現(xiàn)在技術(shù)上更容易，因此價格更便宜。

表3 寶馬車輛中安裝的兩種總線系統(tǒng)

2）雙線 總線系統(tǒng)中通過一條雙絞線傳輸數(shù)據(jù)。信號在導(dǎo)線上以所謂的推挽方式輸送。導(dǎo)線的絞合和信號傳輸方式保證總線系統(tǒng)的抗干擾強度非常高，而傳輸速度也高于單線總線系統(tǒng)數(shù)倍。技術(shù)費用與單線總線系統(tǒng)相比更高且更復(fù)雜，因此雙線總線系統(tǒng)當然也更貴。

3）光纜 總線系統(tǒng)中通過光纜進行數(shù)據(jù)傳送。借助光脈沖傳送數(shù)據(jù)，光學(xué)總線系統(tǒng)與導(dǎo)線連接的總線系統(tǒng)相比，對電磁和靜電干擾源的抗干擾能力更強，并且在光學(xué)總線系統(tǒng)中能夠以高得多的傳輸速度傳輸數(shù)據(jù)，因此它們一方面用于過程發(fā)生時間緊迫的車輛范圍，例如與安全有關(guān)的安全氣囊觸發(fā)裝置，另一方面用于傳送大數(shù)據(jù)量的車輛范圍，即特別是在多媒體應(yīng)用領(lǐng)域。對于光學(xué)總線系統(tǒng)，進行與光纜有關(guān)的工作時要特別仔細，以便數(shù)據(jù)傳輸能夠無故障地進行。

2.3 主總線控制系統(tǒng)

以寶馬750LI車型中的PT－CAN來介紹，如圖6所示。

PT－CAN（全稱：動力傳動系控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）在BMW汽車中用于驅(qū)動裝置控制單元的聯(lián)網(wǎng)，PTCAN作為絞合的雙線銅導(dǎo)線以500 kb／s的傳輸速度工作。包括AFS、EKP、EGS、AHL、SMG、DME、DSC、ACC和ARS等，PT-CAN的連接通過網(wǎng)關(guān)SGM進行。PT-CAN總線結(jié)構(gòu)與車內(nèi)其它CAN總線結(jié)構(gòu)的區(qū)別僅在于第3根導(dǎo)線，這第3根導(dǎo)線用作喚醒導(dǎo)線，喚醒導(dǎo)線與PT-CAN本身的功能無關(guān)，喚醒導(dǎo)線能夠?qū)⒖刂茊卧獜男菝吣Ｊ?（省電模式）置于正常運行狀態(tài)。

2.4 子總線控制系統(tǒng)

子總線系統(tǒng)是從屬的串行總線系統(tǒng)。最重要的子總線系統(tǒng)是單線總線系統(tǒng)，有如下3個。

1）LIN（局域互聯(lián)網(wǎng)） 是一種用于簡單執(zhí)行器和傳感器聯(lián)網(wǎng)的串行總線，是一種單線主副控制總線，主要由上級控制單元 （主控單元）、從屬控制單元 （副控制單元）和單線數(shù)據(jù)線3部分組成，當收到來自主控制單元權(quán)限時，副控制單元才允許發(fā)送。LIN是一種循環(huán)總線，數(shù)據(jù)總是在總線上反復(fù)傳遞，這與數(shù)據(jù)在要求后或發(fā)生變化時才發(fā)送的事件控制的總線相反。目前寶馬車在下列系統(tǒng)中安裝有LIN總線：空調(diào)器 （9.6 kb／s），駕駛員車門模塊和駕駛員側(cè)車門開關(guān)組之間 （19.2 kb／s），輪胎壓力監(jiān)控 （9.6kb／s）。

以空調(diào)器為例說明：空調(diào)器操作面板是LIN總線主控單元；空氣分配風(fēng)門調(diào)整電動機、風(fēng)扇調(diào)節(jié)器和電控輔助加熱器是典型的LIN總線副控制單元。LIN總線副控制單元等待LIN總線主控單元的命令，LIN總線主控單元把控制單元的要求轉(zhuǎn)發(fā)至副控制單元，并檢查總線導(dǎo)線上的信息通信，LIN總線副控制單元根據(jù)要求與主控單元通信。

2）BSD（串行數(shù)據(jù)接口） 使用串行數(shù)據(jù)接口將發(fā)電機和智能型蓄電池傳感器與數(shù)字式發(fā)動機電子伺控系統(tǒng)連接在一起。如圖7所示。

3）車身總線協(xié)議 它是基于車身總線技術(shù)，并由發(fā)射器、接收器和一根單線導(dǎo)線構(gòu)成，通過車身總線協(xié)議的單向數(shù)據(jù)傳輸。車身總線協(xié)議連接每個車門的車門外把手電子裝置和便捷進入起動系統(tǒng)。此外，通過該總線可防止喚醒整個總線系統(tǒng)（如：玩車門把手的兒童）。車身總線協(xié)議把駕駛員側(cè)車門開關(guān)組的信號傳遞到車門模塊 （如：車窗升降機、遮陽卷簾功能）。防盜報警系統(tǒng)的功能已分配到2個控制單元上 （防盜報警系統(tǒng)和應(yīng)急電源報警器）。通過車身總線協(xié)議能夠在這些控制單元之間相互通信。如圖8所示。

車身總線協(xié)議目前用于下列系統(tǒng)：多重乘員保護系統(tǒng)，電子信息系統(tǒng)控制單元 （緊急呼叫），座位占用識別裝置，車門外把手電子裝置，駕駛員側(cè)車門，防盜報警系統(tǒng)。

3 網(wǎng)關(guān)

由于車輛中同時存在著多個總線系統(tǒng)，在安裝的各總線系統(tǒng)之間為了完成不同的任務(wù)而發(fā)生數(shù)據(jù)交換。但是各總線系統(tǒng)以不同的傳輸速度工作，電平各不相同，并且在光學(xué)總線系統(tǒng)中借助光脈沖傳輸數(shù)據(jù)，要怎樣才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸呢？為了能夠在總線系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)，在不同的總線系統(tǒng)之間實現(xiàn)連接，就必須借助專用控制單元 （即網(wǎng)關(guān)）實現(xiàn)。網(wǎng)關(guān)就是各總線系統(tǒng)之間的接口，使各個總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)得以交換使用。

3.1 網(wǎng)關(guān)的總線連接

網(wǎng)關(guān)的總線連接如圖9所示。寶馬汽車上安裝有網(wǎng)關(guān)功能的控制單元如下：中央網(wǎng)關(guān)模塊ZGM，安全和網(wǎng)關(guān)模塊SGM，多音頻系統(tǒng)控制器MASK，便捷進入及起動系統(tǒng)CAS，控制顯示CD，組合儀表，車身網(wǎng)關(guān)模塊KGM。

3.2 控制原理

以ZGM為例說明，如圖10所示為信息轉(zhuǎn)換原理圖。

現(xiàn)在將DME和DSC的信息轉(zhuǎn)換到KCAN上，通過圖10可知其原理：發(fā)動機電子控制系統(tǒng)控制單元DME和動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制單元DSC分別向PT-CAN上發(fā)送一個信息，信息通過PT-CAN到達中央網(wǎng)關(guān)模塊，在網(wǎng)關(guān)的一個中間存儲器中緩沖存儲PT-CAN的信息。由于K-CAN系統(tǒng)總線比PT-CAN慢，這些信息將在網(wǎng)關(guān)中按照規(guī)定的網(wǎng)關(guān)規(guī)則和轉(zhuǎn)換表轉(zhuǎn)換成適用于K-CAN系統(tǒng)總線的信息，兩個信息被連接在一起并通過K-CAN系統(tǒng)總線到達它們的目的地。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對寶馬汽車的總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)認識，總線的通信性能直接影響相關(guān)電子控制系統(tǒng)的工作，而且也決定了故障診斷工作是否能夠順利進行。作為現(xiàn)代汽車維修技術(shù)人員，必須掌握總線的結(jié)構(gòu)與控制原理，與此同時還必須理解總線網(wǎng)絡(luò)知識，才能排除汽車上的各種疑難雜癥。

［1］李巍.寶馬汽車結(jié)構(gòu)原理與維修［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2008.