寶馬汽車BSD總線系統(tǒng)簡析

陸人定

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213164）

寶馬BSD總線是一種從屬于寶馬汽車PT-CAN動(dòng)力總線或FlexRay動(dòng)力總線系統(tǒng)的子總線系統(tǒng)［1］，主要用于汽車電源智能管理，保護(hù)蓄電池。同時(shí)，BSD總線還具有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油狀態(tài)監(jiān)測和電動(dòng)冷卻液泵的智能管理功能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。本文基于寶馬汽車BSD總線系統(tǒng)，與傳統(tǒng)汽車電源進(jìn)行比較，總結(jié)其主要功能與優(yōu)點(diǎn)。

1 基于BSD總線的蓄電池及發(fā)電機(jī)智能管理

汽車電源系統(tǒng)的核心作用主要體現(xiàn)在如何把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能有效轉(zhuǎn)化成使全車電器穩(wěn)定安全工作的電能。傳統(tǒng)汽車電源系統(tǒng)核心總成件是汽車發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸皮帶輪拖動(dòng)，當(dāng)勵(lì)磁繞組通電時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組由電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生交變電壓，并采用電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電壓，使之在汽車行駛過程中對(duì)全車用電設(shè)備供電，同時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。其弊端十分明顯，因?yàn)閭鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)充電機(jī)電壓輸出是個(gè)開環(huán)過程，無法進(jìn)行反饋智能控制，發(fā)動(dòng)機(jī)充電電壓趨向于恒定或者變動(dòng)范圍很小，當(dāng)蓄電池電能充足時(shí)，極易造成蓄電池的過充電，影響電池壽命，電源節(jié)能控制也無法實(shí)現(xiàn)。

BSD總線控制克服了上述缺點(diǎn)，如圖1所示。BSD總線系統(tǒng)是一種串行通信的單線總線，該總線系統(tǒng)基于汽車智能充電電壓調(diào)節(jié)器［2］，寶馬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE電控單元能根據(jù)蓄電池的充電需求通過智能充電電壓調(diào)節(jié)器改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈電流占空比，來確定對(duì)蓄電池是否充電和充電強(qiáng)度控制［3］。寶馬汽車蓄電池上帶有智能傳感器 (裝配微控制器)，有一定的信號(hào)處理能力，可以看作是一個(gè)小型ECU，該智能傳感器能實(shí)時(shí)檢測蓄電池的電流、電壓、電解液溫度信號(hào)，并計(jì)算蓄電池的當(dāng)前SOC與SOH值［4］，并通過BSD總線向上級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE電控單元上傳蓄電池?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，且蓄電池處于虧電狀態(tài)時(shí)，DME/DDE根據(jù)蓄電池智能傳感器檢測到的虧電信息，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈電流占空比，加大發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池的充電效能；當(dāng)蓄電池處于滿電狀態(tài)時(shí)，DME/DDE通過智能充電電壓調(diào)節(jié)器降低發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈電流占空比來降低充電效能，以防止蓄電池的過充電。例如，當(dāng)汽車在啟動(dòng)階段時(shí)，DME/DDE根據(jù)BSD總線傳送的智能蓄電池傳感器信號(hào)實(shí)時(shí)分析當(dāng)前的蓄電池狀態(tài)，如果蓄電池虧電，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)能力不足時(shí)，則DME/DDE通過動(dòng)力總線系統(tǒng)PT-CAN總線或Flexray總線聯(lián)絡(luò)網(wǎng)關(guān)ZGM，并通過網(wǎng)關(guān)ZGM聯(lián)絡(luò)車身舒適CAN總線系統(tǒng)關(guān)停相關(guān)車身電氣設(shè)備，如加熱元件等，最大程度降低能耗，達(dá)到順利啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目的。啟動(dòng)之后，將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速提高，同時(shí)提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁線圈通電電流占空比，增強(qiáng)發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池的充電效能。

2 基于BSD總線智能電動(dòng)冷卻液泵管理

如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE利用BSD總線，除了能根據(jù)蓄電池的狀態(tài)以及當(dāng)前實(shí)際車況需求智能管理汽車電源系統(tǒng)之外，還能通過BSD總線使電動(dòng)冷卻液泵能根據(jù)實(shí)際車況需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)速調(diào)整［3］。

圖1 BMW-E70轎車BSD總線功能模塊示意圖

傳統(tǒng)汽車機(jī)械冷卻液泵靠曲軸正時(shí)齒輪通過齒形帶驅(qū)動(dòng)，有極大的弊端。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)狀態(tài)或發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低時(shí)，冷卻液泵理論上應(yīng)處于關(guān)停狀態(tài)，以維持發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程所需熱量，但實(shí)際上此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻液泵已被驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)帶走大量發(fā)動(dòng)機(jī)熱量，與理論需求相悖；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高熱狀態(tài)時(shí)，出于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)目的，理論希望發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液泵能更加高速，帶走更多熱量，實(shí)際情況是此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)減少噴油量降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的冷卻液泵轉(zhuǎn)速也會(huì)降低，大大降低了散熱效果，與理論預(yù)期相悖。

寶馬汽車采用帶有智能芯片電動(dòng)冷卻液泵，發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE電控單元根據(jù)當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等實(shí)際工況信號(hào)設(shè)定最佳冷卻效果電動(dòng)冷卻液泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速值或直接關(guān)停，同時(shí)通過BSD總線向電動(dòng)冷卻液泵智能芯片傳送目標(biāo)轉(zhuǎn)速或關(guān)停命令，控制電動(dòng)冷卻液泵內(nèi)部電機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速或關(guān)停，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳冷卻狀態(tài)。

3 基于BSD總線智能機(jī)油狀態(tài)傳感器管理

寶馬汽車BSD總線還具有智能發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測功能［3］，比傳統(tǒng)的定期機(jī)械地更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油方式更加高效、環(huán)保與節(jié)能。

如圖2所示，寶馬智能油狀態(tài)傳感器上帶有小型芯片，通過BSD總線與發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE相連。該智能機(jī)油狀態(tài)傳感器有3個(gè)核心傳感器：機(jī)油液位傳感器檢測當(dāng)前機(jī)油液位，并在儀表顯示通知車主及時(shí)更換機(jī)油；溫度傳感器檢測當(dāng)前機(jī)油溫度，當(dāng)油溫過高時(shí)及時(shí)報(bào)警；機(jī)油狀態(tài)傳感器實(shí)質(zhì)是一個(gè)電容器，當(dāng)汽車剛換過新機(jī)油后，機(jī)油內(nèi)金屬雜質(zhì)較少，電容極板間金屬顆粒物較少，當(dāng)機(jī)油使用時(shí)間較長后機(jī)油中金屬雜質(zhì)明顯增多，電容極板間也充滿金屬顆粒，機(jī)油狀態(tài)傳感器的電容值隨著機(jī)油使用時(shí)間增加，金屬雜質(zhì)濃度增大，電容值發(fā)生明顯變化，智能機(jī)油狀態(tài)傳感器智能芯片根據(jù)電容值的變化判定機(jī)油的使用時(shí)間和當(dāng)前機(jī)油品質(zhì)，并通過BSD總線傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE，由DME/DDE實(shí)時(shí)計(jì)算判定機(jī)油更換時(shí)間，達(dá)到機(jī)油更換的高效、節(jié)能、環(huán)保效果。

圖2 BMW-E70轎車智能機(jī)油狀態(tài)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

4 寶馬汽車BSD總線系統(tǒng)故障診斷及結(jié)論

寶馬BSD總線系統(tǒng)是一種以寶馬發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE電控單元為核心，通過BSD總線，發(fā)動(dòng)機(jī)DME/DDE連接智能蓄電池傳感器、智能發(fā)電機(jī)充電電壓調(diào)節(jié)器、智能電動(dòng)冷卻液泵、智能機(jī)油狀態(tài)傳感器獲取相應(yīng)的復(fù)合信號(hào)或傳輸控制信號(hào)。雖然形式上與一般的發(fā)動(dòng)機(jī)到傳感器或執(zhí)行器線束連接方法類似，但其傳感器及執(zhí)行器本質(zhì)卻完全不同，因?yàn)槭切枰幚矶喾N類復(fù)合信號(hào)的智能裝置，因此BSD總線系統(tǒng)的傳感器或執(zhí)行器全部帶有處理多種類信息的微型芯片，它們已經(jīng)可以歸類為小型的或簡化版的ECU。如圖3所示［3］，在BSD總線故障診斷過程中除了可以讀取一般的各智能裝置的故障碼以外，尤其需要注意BSD通信線，它一定帶有常電壓8V左右，由DME/DDE電控單元供給，作用是給各個(gè)智能裝置的智能芯片供電，收集和處理多種類復(fù)合信號(hào)。往往在BSD總線系統(tǒng)故障檢修過程中會(huì)忽略BSD總線的帶電特質(zhì)，對(duì)故障點(diǎn)造成誤判。

圖3 BMW-E70轎車BSD總線功能模塊電路圖

文章主要分析了寶馬BSD總線系統(tǒng)的核心功能，與傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)傳感器或執(zhí)行器進(jìn)行對(duì)比，分析傳感器或執(zhí)行器BSD總線控制方式的智能與高效?？梢灶A(yù)見，BSD不僅僅局限于上述幾種智能傳感器與執(zhí)行器，其擴(kuò)展版本控制范圍將會(huì)越來越廣泛。