宝马车总线系统基础(三)

◆文/山东 刘春晖

(接上期)

如图27所示，控制单元上的终端电阻值为120Ω，终端电阻用于确保总线系统内准确的信号流程。PT-CAN的终端电阻安装在距离最远的两个控制单元上。两个120Ω电阻并联连接得到总电阻60Ω。可在CAN-H和CAN-L导线之间的总线上测到该电阻。

(5)PT-CAN2

PT-CAN2(图28)对于发动机管理系统而言是PT-CAN的冗余系统，也用于向燃油泵控制系统传输信号。PT-CAN2的数据传输率为500kBit/s，采用双绞线形式且使用附加唤醒导线。PT-CAN2上的终端电阻位于数字式发动机电子系统和电动燃油泵控制单元内。

图27 PT-CAN的终端电阻

图28 PT-CAN2

(6)F-CAN

CAN系列的另一个总线是F-CAN。图29所示为E90的F-CAN，F-CAN表示底盘控制器区域网络。该总线的机构和功能与PT-CAN完全相同。但F-CAN只用于传输底盘组件的相关数据。例如动态稳定控制系统。F-CAN通过总线唤醒，不需要唤醒线。

(7)MOST

MOST是一种专门针对车辆使用而开发的、服务于多媒体应用的通信技术。MOST表示多媒体传输系统。MOST总线利用光脉冲传输数据。MOST技术满足两个重要要求：①MOST总线能够传输控制、音频和导航系统数据；②MOST技术提供了一种控制数据多样性和数据复杂性的逻辑框架模型。

MOST的优点有：①可达到较高的数据传输率；②可在不相互干扰的前提下，并行同步提供信息和娱乐服务；③具有良好的电磁兼容性。

宝马车辆内装有电话，收音机，电视，导航系统，CD/DVD换碟机，功率放大器，多功能信息显示屏，环视摄像系统等多媒体组件。

宝马车系需要MOST的原因在于，后继研发期间，车辆上所用的多媒体组件不断增多，组件功能范围也不断扩展。这些组件组成的新逻辑网络大大增加了系统的复杂性。由于以前使用的总线系统已无法应对这种系统复杂性，因此需要一种新型总线技术：MOST。MOST总线采用环形结构，通过光脉冲传输数据。数据只能朝一个方向传输。

图29 E90的F-CAN

各组件通过MOST共同组成一个中央单元。组件在更大程度上相互影响。利用即插即用(连接后即可使用)原则可以非常简单地通过各组件扩展系统。多媒体网络的一个重要特征在于，它不仅能够传输控制数据，还能传输传感器数据。MOST不仅表示一种传统意义上的网络，还表示一种用于多媒体和网络控制的集成技术。

MOST特点：①较高的数据传输率：22.5MBit/s；②同步/异步数据传输；③MOST将控制单元的节点分配到总线内；④光缆作为传输介质；⑤环形结构(图30)。

图30 MOST网络的环形结构

(8)以太网

以太网是一项使用电缆连接的网络技术，可供任何制造商使用。现在的大部分计算机网络都以这种数据传输技术为基础。以太网的开发要追溯到三十年以前。自此之后数据传输率便得到成倍提高。F系列使用数据传输率为100MBit/s的IEEE 802.3u标准。

IEEE 802.3xx是电气和电子工程师协会针对电缆连接网络的一项标准。该标准又称为“快速以太网”。在此使用TCP/IP(传输控制协议/网际协议)和UDP(用户数据报协议)协议作为传输协议。

①以太网应用

以太网只有插入宝马编程系统(ICOMA)时才会启用诊断插座内的以太网。编程插头内的线脚8与线脚16之间有一个启用电桥，该电桥负责接通中央网关模块内以太网控制器的供电。也就是说，车辆行驶时通过以太网连接中央网关模块的功能处于停用状态。信息和通信系统间的以太网连接不受诊断插座内启用电桥的影响，始终处于启用状态。

②以太网的特点

·数据传输率很高：100MBit/s；

·建立连接和分配地址时系统启动用时3s，进入休眠模式时用时1s；

·只能通过宝马编程系统访问系统以太网的功能；

·进行维修时更迅速地进行车辆编程；

·在CIC与RSE间传输媒体数据。

如图31所示，诊断插座、ZGM和CIC之间通过两个没有附加屏蔽层的双绞线连接。此外还有一个为各控制单元内以太网控制器供电的启用导线。CIC与RSE之间的导线带有屏蔽层，取代了启用导线。诊断插头与宝马编程系统之间必须使用一个所谓的五类线。这种五类线是使用四个非屏蔽双绞线的网络电缆，可以在频率带宽100MHz范围内传输数据。针对车辆所需的传输要求，使用两个双绞线即可满足要求。

图31 F02的以太网

(9)FlexRay

FlexRay是一种新型通信系统，目标是在电气与机械电子组件之间实现可靠、实时、高效的数据传输，以确保现在和将来车内创新功能的联网。将来，行驶动态控制系统、驾驶员辅助系统及其全新联网方式将越来越有助于突出宝马品牌的特色。由于以前通过CAN总线实现联网的方式已经达到效率极限，因此必须尽快为CAN找到一个合适的替代方案。

1999年，宝马AG与DaimlerChrysler AG和半导体制造商Freescale(以前为Motorola)和Philips合作创建了FlexRay协会，以开发新型通信技术。后来Bosch和General Motors也加入了该协会。从2002年至今Ford汽车公司、Mazda、Elmos和Siemens VDO也相继加入该协会。在此期间，世界范围内几乎所有有影响的汽车制造商和供货商都加入了FlexRay协会，FlexRay协会成员如图32所示。

图32 FlexRay协会成员

FlexRay最大数据传输率为每通道10MBit/s，明显高于以前在车身和动力传动系统/底盘方面所用的数据总线。以前只有使用光缆才能达到该数据传输率。除较高带宽外，FlexRay还支持确定性数据传输且能以容错方式进行配置，即个别组件失灵后余下的通信系统仍能可靠地继续运行。宝马F02的FlexRay如图33所示。

FlexRay的优点：①带宽较高(10MBit/s，CAN仅为0.5MBit/s)；②确定性实时)数据传输；③数据通信可靠；④支持系统集成；⑤汽车行业标准。

FlexRay总线系统是一项汽车行业标准，因此许多制造商都参与其中并进行了后续开发。FlexRay总线系统以跨系统方式实现行驶动态管理系统和发动机管理系统的联网。中央网关模块用于不同总线系统与FlexRay之间的连接。

2.子总线系统

除主总线系统外，车辆上还使用了子总线系统。子总线系统从属于串行总线系统。LIN总线(局域互联网总线)和BSD(位串行数据接口)是宝马车系最重要的子总线系统。

(1)LIN总线

图33 宝马F02的FlexRay

开发LIN总线的目的是为汽车行业提供一个标准化网络。标准化可节省研发、生产和车辆维修方面的成本。LIN总线系统由上级控制单元(主控单元)、从属控制单元(副控单元)和单线导线构成。LIN总线使用一根双向单线总线导线作为传输介质。总线协议严格按等级分为主控单元和副控单元。一个LIN总线系统最多只能有一个主控单元。宝马E90的LIN总线如图34所示。

LIN总线的数据传输速度最高为19.2kBit/s，可实现传输速度有2.4kBit/s、9.6kBit/s、19.2kBit/s。

LIN总线目前安装在空调系统(9.6kBit/s)、驾驶员车门模块与驾驶员车门开关组件之间(19.2kBit/s)以及轮胎充气压力监控装置(9.6kBit/s)等系统内。LIN总线主控单元控制总线导线上的信息传输情况。LIN总线主控单元将控制单元的请求发送至其系统的副控单元(从属控制单元)。

空调系统的LIN总线副控单元为用于气流分布的风门伺服电机、鼓风机调节器和电气辅助加热器。LIN总线副控单元等待LIN总线主控单元的指令，仅根据需要与主控单元进行通信。为结束休眠模式，LIN总线副控单元可自行发送序列唤醒信号。LIN总线副控单元安装在LIN总线系统设备上(例如用于调节风扇风门的步进电机)。

图34 宝马E90的LIN总线

(2)BSD总线(位串行数据接口)

如图35所示，BSD总线用于将发电机和智能型蓄电池传感器与数字式发动机电子系统连接起来。BSD总线速度为9.6kbit/s。

图35 比特串行数据接口概览

(3)局域CAN(Local-CAN)

如图36，局域CAN将环境传感器较大的数据量传输至ICM，数据量较大是因为环境传感器需要将包括所有探测目标数据的大量列表内容传输至ICM。这种数据量可能已经超出现有总线系统的有效传输能力。局域CAN上的终端电阻位于以下控制单元局域CAN的数据传输率为500kBit/s，采用双绞线形式。终端电阻位于远程传感器和集成式底盘管理系统的控制单元内。

(4)总线系统间的数据交换

如图37所示，网关用于连接不同类型的总线系统。具有不同逻辑和物理特性的总线系统通过网关连接起来，以此确保不同传输速度的总线系统仍可进行数据交换。网关执行集合不同网络的信息和将信息准确发送给相关网络双重功能。

图36 局域CAN

图37 网关连接示例

如图38所示，各个总线系统发送的数据到达网关处。各信息的传输速度、数据量和优先级信息在网关中进行过滤，必要时暂时存储起来。网关根据网关规定和转换表为相关总线系统转换信息，此时可以操作相关总线系统，信息到达其目标地址。必要时次要信息将保存在网关存储器内，稍后再发送保留的信息。

图38 网关内的通信路径

(未完待续)