寶馬車總線系統(tǒng)基礎(chǔ)(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，終端電阻用于確保總線系統(tǒng)內(nèi)準(zhǔn)確的信號(hào)流程。PT-CAN的終端電阻安裝在距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)控制單元上。兩個(gè)120Ω電阻并聯(lián)連接得到總電阻60Ω?？稍贑AN-H和CAN-L導(dǎo)線之間的總線上測(cè)到該電阻。

(5)PT-CAN2

PT-CAN2(圖28)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)而言是PT-CAN的冗余系統(tǒng)，也用于向燃油泵控制系統(tǒng)傳輸信號(hào)。PT-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式且使用附加喚醒導(dǎo)線。PT-CAN2上的終端電阻位于數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)和電動(dòng)燃油泵控制單元內(nèi)。

圖27 PT-CAN的終端電阻

圖28 PT-CAN2

(6)F-CAN

CAN系列的另一個(gè)總線是F-CAN。圖29所示為E90的F-CAN，F(xiàn)-CAN表示底盤控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。該總線的機(jī)構(gòu)和功能與PT-CAN完全相同。但F-CAN只用于傳輸?shù)妆P組件的相關(guān)數(shù)據(jù)。例如動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。F-CAN通過總線喚醒，不需要喚醒線。

(7)MOST

MOST是一種專門針對(duì)車輛使用而開發(fā)的、服務(wù)于多媒體應(yīng)用的通信技術(shù)。MOST表示多媒體傳輸系統(tǒng)。MOST總線利用光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。MOST技術(shù)滿足兩個(gè)重要要求：①M(fèi)OST總線能夠傳輸控制、音頻和導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)；②MOST技術(shù)提供了一種控制數(shù)據(jù)多樣性和數(shù)據(jù)復(fù)雜性的邏輯框架模型。

MOST的優(yōu)點(diǎn)有：①可達(dá)到較高的數(shù)據(jù)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(wù)；③具有良好的電磁兼容性。

寶馬車輛內(nèi)裝有電話，收音機(jī)，電視，導(dǎo)航系統(tǒng)，CD/DVD換碟機(jī)，功率放大器，多功能信息顯示屏，環(huán)視攝像系統(tǒng)等多媒體組件。

寶馬車系需要MOST的原因在于，后繼研發(fā)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(kuò)展。這些組件組成的新邏輯網(wǎng)絡(luò)大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于以前使用的總線系統(tǒng)已無(wú)法應(yīng)對(duì)這種系統(tǒng)復(fù)雜性，因此需要一種新型總線技術(shù)：MOST。MOST總線采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，通過光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)只能朝一個(gè)方向傳輸。

圖29 E90的F-CAN

各組件通過MOST共同組成一個(gè)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(jiǎn)單地通過各組件擴(kuò)展系統(tǒng)。多媒體網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征在于，它不僅能夠傳輸控制數(shù)據(jù)，還能傳輸傳感器數(shù)據(jù)。MOST不僅表示一種傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)，還表示一種用于多媒體和網(wǎng)絡(luò)控制的集成技術(shù)。

MOST特點(diǎn)：①較高的數(shù)據(jù)傳輸率：22.5MBit/s；②同步/異步數(shù)據(jù)傳輸；③MOST將控制單元的節(jié)點(diǎn)分配到總線內(nèi)；④光纜作為傳輸介質(zhì)；⑤環(huán)形結(jié)構(gòu)(圖30)。

圖30 MOST網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形結(jié)構(gòu)

(8)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是一項(xiàng)使用電纜連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可供任何制造商使用?，F(xiàn)在的大部分計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都以這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)。以太網(wǎng)的開發(fā)要追溯到三十年以前。自此之后數(shù)據(jù)傳輸率便得到成倍提高。F系列使用數(shù)據(jù)傳輸率為100MBit/s的IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)。

IEEE 802.3xx是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)針對(duì)電纜連接網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)又稱為“快速以太網(wǎng)”。在此使用TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)和UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)協(xié)議作為傳輸協(xié)議。

①以太網(wǎng)應(yīng)用

以太網(wǎng)只有插入寶馬編程系統(tǒng)(ICOMA)時(shí)才會(huì)啟用診斷插座內(nèi)的以太網(wǎng)。編程插頭內(nèi)的線腳8與線腳16之間有一個(gè)啟用電橋，該電橋負(fù)責(zé)接通中央網(wǎng)關(guān)模塊內(nèi)以太網(wǎng)控制器的供電。也就是說(shuō)，車輛行駛時(shí)通過以太網(wǎng)連接中央網(wǎng)關(guān)模塊的功能處于停用狀態(tài)。信息和通信系統(tǒng)間的以太網(wǎng)連接不受診斷插座內(nèi)啟用電橋的影響，始終處于啟用狀態(tài)。

②以太網(wǎng)的特點(diǎn)

·數(shù)據(jù)傳輸率很高：100MBit/s；

·建立連接和分配地址時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)用時(shí)3s，進(jìn)入休眠模式時(shí)用時(shí)1s；

·只能通過寶馬編程系統(tǒng)訪問系統(tǒng)以太網(wǎng)的功能；

·進(jìn)行維修時(shí)更迅速地進(jìn)行車輛編程；

·在CIC與RSE間傳輸媒體數(shù)據(jù)。

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

圖31 F02的以太網(wǎng)

(9)FlexRay

FlexRay是一種新型通信系統(tǒng)，目標(biāo)是在電氣與機(jī)械電子組件之間實(shí)現(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)傳輸，以確保現(xiàn)在和將來(lái)車內(nèi)創(chuàng)新功能的聯(lián)網(wǎng)。將來(lái)，行駛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)、駕駛員輔助系統(tǒng)及其全新聯(lián)網(wǎng)方式將越來(lái)越有助于突出寶馬品牌的特色。由于以前通過CAN總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達(dá)到效率極限，因此必須盡快為CAN找到一個(gè)合適的替代方案。

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

圖32 FlexRay協(xié)會(huì)成員

FlexRay最大數(shù)據(jù)傳輸率為每通道10MBit/s，明顯高于以前在車身和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)/底盤方面所用的數(shù)據(jù)總線。以前只有使用光纜才能達(dá)到該數(shù)據(jù)傳輸率。除較高帶寬外，F(xiàn)lexRay還支持確定性數(shù)據(jù)傳輸且能以容錯(cuò)方式進(jìn)行配置，即個(gè)別組件失靈后余下的通信系統(tǒng)仍能可靠地繼續(xù)運(yùn)行。寶馬F02的FlexRay如圖33所示。

FlexRay的優(yōu)點(diǎn)：①帶寬較高(10MBit/s，CAN僅為0.5MBit/s)；②確定性實(shí)時(shí))數(shù)據(jù)傳輸；③數(shù)據(jù)通信可靠；④支持系統(tǒng)集成；⑤汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

FlexRay總線系統(tǒng)是一項(xiàng)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此許多制造商都參與其中并進(jìn)行了后續(xù)開發(fā)。FlexRay總線系統(tǒng)以跨系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)行駛動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。中央網(wǎng)關(guān)模塊用于不同總線系統(tǒng)與FlexRay之間的連接。

2.子總線系統(tǒng)

除主總線系統(tǒng)外，車輛上還使用了子總線系統(tǒng)。子總線系統(tǒng)從屬于串行總線系統(tǒng)。LIN總線(局域互聯(lián)網(wǎng)總線)和BSD(位串行數(shù)據(jù)接口)是寶馬車系最重要的子總線系統(tǒng)。

(1)LIN總線

圖33 寶馬F02的FlexRay

開發(fā)LIN總線的目的是為汽車行業(yè)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)化可節(jié)省研發(fā)、生產(chǎn)和車輛維修方面的成本。LIN總線系統(tǒng)由上級(jí)控制單元(主控單元)、從屬控制單元(副控單元)和單線導(dǎo)線構(gòu)成。LIN總線使用一根雙向單線總線導(dǎo)線作為傳輸介質(zhì)。總線協(xié)議嚴(yán)格按等級(jí)分為主控單元和副控單元。一個(gè)LIN總線系統(tǒng)最多只能有一個(gè)主控單元。寶馬E90的LIN總線如圖34所示。

LIN總線的數(shù)據(jù)傳輸速度最高為19.2kBit/s，可實(shí)現(xiàn)傳輸速度有2.4kBit/s、9.6kBit/s、19.2kBit/s。

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

空調(diào)系統(tǒng)的LIN總線副控單元為用于氣流分布的風(fēng)門伺服電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)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(jù)需要與主控單元進(jìn)行通信。為結(jié)束休眠模式，LIN總線副控單元可自行發(fā)送序列喚醒信號(hào)。LIN總線副控單元安裝在LIN總線系統(tǒng)設(shè)備上(例如用于調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)門的步進(jìn)電機(jī))。

圖34 寶馬E90的LIN總線

(2)BSD總線(位串行數(shù)據(jù)接口)

如圖35所示，BSD總線用于將發(fā)電機(jī)和智能型蓄電池傳感器與數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)連接起來(lái)。BSD總線速度為9.6kbit/s。

圖35 比特串行數(shù)據(jù)接口概覽

(3)局域CAN(Local-CAN)

如圖36，局域CAN將環(huán)境傳感器較大的數(shù)據(jù)量傳輸至ICM，數(shù)據(jù)量較大是因?yàn)榄h(huán)境傳感器需要將包括所有探測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)的大量列表內(nèi)容傳輸至ICM。這種數(shù)據(jù)量可能已經(jīng)超出現(xiàn)有總線系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，采用雙絞線形式。終端電阻位于遠(yuǎn)程傳感器和集成式底盤管理系統(tǒng)的控制單元內(nèi)。

(4)總線系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換

如圖37所示，網(wǎng)關(guān)用于連接不同類型的總線系統(tǒng)。具有不同邏輯和物理特性的總線系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)連接起來(lái)，以此確保不同傳輸速度的總線系統(tǒng)仍可進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)關(guān)執(zhí)行集合不同網(wǎng)絡(luò)的信息和將信息準(zhǔn)確發(fā)送給相關(guān)網(wǎng)絡(luò)雙重功能。

圖36 局域CAN

圖37 網(wǎng)關(guān)連接示例

如圖38所示，各個(gè)總線系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)到達(dá)網(wǎng)關(guān)處。各信息的傳輸速度、數(shù)據(jù)量和優(yōu)先級(jí)信息在網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行過濾，必要時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)。網(wǎng)關(guān)根據(jù)網(wǎng)關(guān)規(guī)定和轉(zhuǎn)換表為相關(guān)總線系統(tǒng)轉(zhuǎn)換信息，此時(shí)可以操作相關(guān)總線系統(tǒng)，信息到達(dá)其目標(biāo)地址。必要時(shí)次要信息將保存在網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)器內(nèi)，稍后再發(fā)送保留的信息。

圖38 網(wǎng)關(guān)內(nèi)的通信路徑

(未完待續(xù))