BMW 總線系統(tǒng)詳解

1、系統(tǒng)分析

車輛中的電子控制單元通過一個網(wǎng)絡(luò)相互連接。中央網(wǎng)關(guān)模塊在這個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。中央網(wǎng)關(guān)模塊負責將信息從一個總線系統(tǒng)傳遞至另一個總線系統(tǒng)。發(fā)動機控制和底盤調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過PT-CAN（或PT-CAN2)和FlexRay總線系統(tǒng)與ZOM連接。常用車輛電氣系統(tǒng)的控制單元通過K-CAN和K-CAN2連接。對于信息和通信技術(shù)范圍內(nèi)的大部分控制單元來說在MOST用作信息載體使用。車輛診斷通過D-CAN連接通過訪問以太網(wǎng)進行車輛的編程／設(shè)碼?？偩W(wǎng)絡(luò)由保障各個控制單元之間通信的不同的總線系統(tǒng)構(gòu)成。

2、總線系統(tǒng)概述

兩組總線系統(tǒng)原則上有所不同：

a、主總線系統(tǒng)：以太網(wǎng)、FlexRay、 K-CAN、 K-CAN2、 MOST、 PT-CAN和PT -CAN2

b、子總線系統(tǒng)：BSD、 D-CAN（診斷CAN）、LIN、本地CAN

3、車身CAN（K-CAN）

K-CAN用于部件的低數(shù)據(jù)傳輸率通信，K-CAN通過中央網(wǎng)關(guān)模塊也可與其他總線系統(tǒng)連接。一些K-CAN中的控制單元使用一根LIN總線作為子總線，K-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為100kBit/s，并采用雙絞線結(jié)構(gòu)（兩根絞合的導(dǎo)線），K-CAN可在故障情況下作為單線總線運行，車身CAN2 （K-CAN2） K-CAN2用于控制單元的高數(shù)據(jù)傳輸率通信，K-CAN2通過中央網(wǎng)關(guān)模塊也可與其他總線系統(tǒng)連接。一根LIN總線作為子總線連接在K-CAN2內(nèi)的所有控制單元上，K-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線結(jié)構(gòu)。

4、傳動系CAN （PT-CAN）

PT-CAN將發(fā)動機控制與變速器控制以及安全和駕駛者輔助系統(tǒng)范圍內(nèi)的系統(tǒng)相連接，通過連接至各個系統(tǒng)的分支線構(gòu)成線型結(jié)構(gòu)，PT-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線結(jié)構(gòu)，動力傳動系CAN2 （PT-CAN2） PT-CAN2是發(fā)動機控制范圍內(nèi)的PT-CAN的一個冗余，也用于將信號傳送至燃油泵控制，PT-CAN2的數(shù)據(jù)傳輸率為500kBit/s，結(jié)構(gòu)是雙導(dǎo)線配以輔助喚醒導(dǎo)線。‘

5、以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是一種供應(yīng)商中立的、通過電纜連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用TCP/IP （ TransmissionControl Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）協(xié)議和UDP （User Datagramm Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）協(xié)議作為傳輸協(xié)議。

6、FlexRay

每個通道最大數(shù)據(jù)傳輸率高達10MBit/s、 FlexRay明顯快于今天在車輛中在車身和驅(qū)動機構(gòu)／底盤范圍內(nèi)使用的數(shù)據(jù)總線，中央網(wǎng)關(guān)模塊建立不同的總線系統(tǒng)和FlexRay之間的連接，根據(jù)車輛的裝備狀態(tài)在ZGM中有一個或兩個各帶有四個總線驅(qū)動器的星形藕合器，總線驅(qū)動器將控制單元的數(shù)據(jù)通過通信控制器傳輸至中央網(wǎng)關(guān)模塊（ZGM），受到限定的數(shù)據(jù)傳輸確保每條信息實時傳輸給定時控制的部件，實時表示在規(guī)定的時間內(nèi)進行傳送。

7、MOST總線系統(tǒng)

MOST是一種用于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)，MOST總線使用光脈沖用于數(shù)據(jù)傳輸，其結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)傳輸只沿一個方向進行，只有中央網(wǎng)關(guān)模塊才能實現(xiàn)MOST總線和其他總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，車輛信息電腦用作主控制單元，其余總線系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)是中央網(wǎng)關(guān)模塊、

8、總線系統(tǒng)中的故障可能

下列故障原因可能會導(dǎo)致總線故障：

a、總線導(dǎo)線短路；

b、總線導(dǎo)線斷路；

c、網(wǎng)關(guān)中出現(xiàn)故障；

d、控制單元發(fā)送和接收部件中出現(xiàn)故障；

二、總線結(jié)構(gòu)的常見問題概述（自E38起的所有車型和MINI）：

1、為什么有如此多的總線？

對這個問題原則上有3個答案：

a、總線其實本不多，因為：所有的CAN總線都源自最初的CAN總線PT-CAN和KCAN。

PT-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率較高；

K-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率較低；

系統(tǒng)中的許多CAN總線（子總線）是根據(jù)這些系統(tǒng)命名的，因此產(chǎn)生了許多總線名稱，車身總線也與此類似：外圍設(shè)備總線和儀表總線在技術(shù)上與車身總線相同；

b、這些總線是為不同的數(shù)據(jù)傳輸率而開發(fā)的。

_數(shù)據(jù)傳輸率很高的總線：Byteflight （ BMW安全總線系統(tǒng)）、MOST總線和F1exRay；

_中等數(shù)據(jù)傳輸率的總線：兩個CAN總線PT-CAN和K-CAN和類似的總線；

_低數(shù)據(jù)傳輸率的總線：例如LIN總線；

c、從歷史來看，總線要么是跨制造商開發(fā)的，要么是由BMW自行開發(fā)的：

_跨制造商的總線標準有：CAN、 LIN總線、MOST和F1exRay；

_BMW自己的標準有：Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）、車身總線和K - CAN；

2、CAN是什么？

CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)）是一個總線標準，CAN是在80年代由Robert Bosch GmbH（與高校合作）開發(fā)的，目標是驅(qū)動機構(gòu)和底盤范圍內(nèi)的控制單元的聯(lián)網(wǎng)。為了控制單元能夠相互通信，必須規(guī)定一個總線標準，此總線標準規(guī)定，在控制單元之間以何種方式發(fā)送哪些信息，一個CAN信息的組成部分有：SOF、CRC、ID、DEL、ACK、KBT、EOF、IFS。

a、SOF表示“幀起始”（也就是信息的開始）；

b、CRC表示“循環(huán)冗余檢查”（即校驗和比較）；

c、ID表示“識別標志”；

d、DEL表示“定界符”；

e、ACK表示“確認”（信息無故障）；

f、KBT表示“校驗位”；

g、EOF表示“幀結(jié)束”；

h、IFS表示“幀間空間”；

CAN目前是BMW最常用的總線標準，CAN是一種雙線總線，在每部車輛中都有多個具有不同數(shù)據(jù)傳輸率的CAN總線，具有不同數(shù)據(jù)傳輸率的CAN總線通過網(wǎng)關(guān)（即數(shù)據(jù)接口）相互連接。

3、“高速”和“低速”或“高”和“低”在CAN總線上有何含義？

“高速”和“低速”表示CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸率。BMW有2種不同的CAN總線數(shù)據(jù)傳輸率：

a、100kBit/s：K-CAN

b、500kBit/s s PT-CAN、F-CAN

“高”和“低”是一個雙線總線的兩條導(dǎo)線的表述。例如：

a、“K-CAN高”或“PT-CAN高”：較高電壓值信號的導(dǎo)線

b、“K-CAN低”或“PT-CAN低”：較低電壓值信號的導(dǎo)線

數(shù)據(jù)傳輸在2條導(dǎo)線上更可靠、更抗干擾，且支持電磁相容性。

CAN高速：PT-CAN或F-CAN圖所示顯示PT-CAN或F-CAN中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N電平。

CAN 高速數(shù)據(jù)傳輸電平坐標：

a、CAN- H，即CAN高是較高電壓值信號的數(shù)據(jù)導(dǎo)線；

b、CAN- L，即CAN低是較低電壓值信號的數(shù)據(jù)導(dǎo)線；

PT-CAN是“原始”CAN（同Robert Bosch GMBH開發(fā)的一樣）；

F-CAN是底盤范圍內(nèi)速度更快的CAN總線（也用作PT-CAN的子總線）。

CAN低速：K-CAN

如圖顯示K-CAN中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N電平，K-CAN是一種降低速度的PT-CAN：數(shù)據(jù)傳輸率比PT-CAN上低。提示：K-CAN在出現(xiàn)故障時可作為單線總線繼續(xù)工作，如果在K-CAN中一條導(dǎo)線失效，則數(shù)據(jù)仍能通過第2條數(shù)據(jù)導(dǎo)線傳遞。因此K-CAN有很高的故障安全性。

CAN 低速數(shù)據(jù)傳輸電平坐標：

4、如何理解數(shù)據(jù)總線的“環(huán)形”、“星形”和“總線”？

在一條數(shù)據(jù)總線上的各個控制單元可以有不同的排列：

a、當控制單元在總線上一個挨一個排列時，就是：“線形”

b、當控制單元從一個中央控制單元開始呈放射狀排列時，就是：“星形”

c、如果控制單元排列成圓形，就是：“環(huán)形”

控制單元線形排列CAN總線具有此種結(jié)構(gòu)。

線形排列：

優(yōu)點：接線簡單，并可通過其他控制單元擴充總線結(jié)構(gòu)

缺點：如果過多的控制單元在該總線上發(fā)送信息，則產(chǎn)生問題，此總線結(jié)構(gòu)只允許最高約30％的負荷利用率，因此常常附加“子總線”。

控制單元呈環(huán)形排列BMW的MOST總線具有此種結(jié)構(gòu)，M-ASK或CCC是其他總線的網(wǎng)關(guān)。

環(huán)形排列：

優(yōu)點：前面和后面的控制單元已明確規(guī)定

缺點：必須有抵御某個控制單元失靈的保險裝置

控制單元呈星形排列的在BMWE65， E66上，ISIS具有此種結(jié)構(gòu)（ISIS：智能安全集成系統(tǒng)），SGM（安全和網(wǎng)關(guān)模塊）是星形結(jié)構(gòu)中的中央控制單元，在最早的E65和E66上，SIM（安全信息模塊）是星形結(jié)構(gòu)的中央控制單元。

優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸率高，安全性高：如果某個控制單元失靈，不會影響其他控制單元

缺點：接線復(fù)雜

5、何謂：“子總線”、“主控單元”和“副控制單元”？

“子總線”是從屬的總線。子總線通常存在于CAN總線上，以便無須通過CAN總線傳輸過多的數(shù)據(jù)。如果多個控制單元或部件屬于一個系統(tǒng)，則為該系統(tǒng)加一個專用總線分支。接在其他數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)接口上的控制單元常被稱為“主控單元”，子總線上的控制單元是“副控制單元”，主控單元和副控制單元之間發(fā)送的數(shù)據(jù)量只加在子總線上，上級總線保持空閑。

子總線有多個名稱：“本地CAN”，“專用CAN”。這些名稱已經(jīng)表明這是一個子總線。MOST總線上也有“主控元”和“副控制單元”：一個上級控制單元就是主控單元。主控單元控制所有功能，“副控制單元”只執(zhí)行功能，在診斷時BMW診斷系統(tǒng)也起“主控單元”的作用。診斷期間車輛中的所有控制單元都是“副控制單元”。這些控制單元向BMW診斷系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。在診斷期間BMW診斷系統(tǒng)是”主控單元”。

6、“車身總線”和“外圍設(shè)備總線”是哪種總線標準？

車身總線和外圍設(shè)備總線是BMW自己開發(fā)的專用總線標準，外圍設(shè)備總線是基本模塊和活動天窗范圍內(nèi)的車身總線。因為車身總線已經(jīng)滿負荷（E38），所以開發(fā)了外圍設(shè)備總線。

7、為什么存在“日規(guī)儀表總線”？

在日本規(guī)格的E65， E66上，、JNAV和TEL不能與MOST總線相匹配（由于技術(shù)方面的原因），這．兩個控制單元連接在日規(guī)儀表總線上，并通過FBI與MOST總線相連（FBI：柔性總線接口）。

8、為什么儀表總線和車身總線也可能是子總線？

原則上每一種總線都可變?yōu)榱硪环N總線的子總線，前提是，子總線通過一個網(wǎng)關(guān)（數(shù)據(jù)接口）連接到上級總線上。2個例子：

_儀表總線在E87上是一個子總線，此儀表總線連接MRS控制單元和TCU控制單元

_車身總線在E87和E90上是一個從CAS至TAGE的子總線，E83、E85、E86、E87、E90：車身總線是一個從DWA至SINE的子總線

提示：

在插圖中用帶點的線段描述子總線，儀表總線、車身總線和F-CAN也可能是子總線，子總線在現(xiàn)行插圖中用帶點的線段描述。

9、什么是MOST總線上的同步或異步信道？

MOST總線在光纜中有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌诺溃?/p>

a、同步數(shù)據(jù)傳輸：TV（數(shù)字音頻信號的數(shù)據(jù)傳輸）、CD光盤、DVD光盤

b、異步數(shù)據(jù)傳輸：NAV和TV（例如視頻文本信息和電臺列表的傳輸）

c、控制數(shù)據(jù)的傳送：網(wǎng)關(guān)的狀態(tài)、診斷、信息

10、Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）的“同步和異步”有何含義？

Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）將同步和異步數(shù)據(jù)傳輸相組合，因此能夠確保隨時傳輸重要的安全數(shù)據(jù)量：

a、同步數(shù)據(jù)傳輸：各個控制單元周期性地（定期地）發(fā)送信息

b、異步數(shù)據(jù)傳輸：除了同步數(shù)據(jù)傳輸外，也可發(fā)送受事件控制的信息

Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）上這種同步和異步數(shù)據(jù)傳輸組合的優(yōu)點：．

所有控制單元定期地發(fā)送數(shù)據(jù)，而不會使Byteflight （BMW安全總線系統(tǒng)）過載（過載是同步數(shù)據(jù)傳輸可能存在的缺點），緊急信息始終可用較高的優(yōu)先權(quán)發(fā)送。

11、何謂喚醒導(dǎo)線？

PT-CAN需要一條喚醒導(dǎo)線，沒有喚醒導(dǎo)線則PT-CAN不能工作，喚醒導(dǎo)線（總線端KL 15喚醒）已部分集成到PT-CAN的扁平導(dǎo)線中（3芯扁平導(dǎo)線）。在E90上喚醒導(dǎo)線在局部也單獨敷設(shè)，不在PT-CAN的扁平導(dǎo)線中，在本Si技術(shù)（SBT）中的系統(tǒng)一覽上，喚醒導(dǎo)線作為直線標于PT一CAN的兩條導(dǎo)線之間：PT-CAN高和PT一CAN低。

12、為什么在一些車型系列上PT-CAN有喚醒導(dǎo)線，而在其他車型系列上沒有？

帶車載網(wǎng)絡(luò)2000的車輛通常有一根用于PT-CAN上的控制單元的喚醒導(dǎo)線，在這些車輛上，總線端KL 15一接通，CAS（便捷進入及啟動系統(tǒng)）就通過一個喚醒信號喚醒PT-CAN上的其他控制單元，以前的車型系列具有不帶喚醒導(dǎo)線的PT-CAN，因為：在以前的車型系列（例如E85）上，每個控制單元都有一個總線端KL 15的專用輸入端，因此總線端KL 15一接通，每個控制單元都被通過總線端KL 15的輸入端”喚醒”，所以不需要一根專用喚醒導(dǎo)線。

13、終端電阻有什么用途？

為了防止信息反射，總線需要使用終端電阻。如果沒有終端電阻，則信息和信號會在數(shù)據(jù)總線上反射乙終端電阻損壞的后果是，總線上的數(shù)據(jù)傳輸有故障。終端電阻設(shè)計成與相應(yīng)的數(shù)據(jù)總線匹配：PT-CAN需要的終端電阻就與F-CAN不一樣。根據(jù)裝備情況，在不同控制單元中有終端電阻。

14、“K-Line”、“TxD1”和“TxD2”有何含義？

這3個名稱表示下列不同的診斷導(dǎo)線：

a、K-Line是診斷導(dǎo)線的正式國際有效名稱，帶車載網(wǎng)絡(luò)2000的車輛有一個中央網(wǎng)關(guān)和1根診斷導(dǎo)線（例如BMW7系自2000年起、BMW5系和BMW6系）。在網(wǎng)關(guān)上，診斷導(dǎo)線連接在診斷插座的線腳Pin?上，診斷導(dǎo)線把所有控制單元與BMW診斷系統(tǒng)連接（通過中央網(wǎng)關(guān)），為車載網(wǎng)絡(luò)2000開發(fā)了一個新的診斷記錄：BMW Fast Protocol-Fast Accessfor Service and Testing，該診斷記錄被以115MBit的數(shù)據(jù)傳輸率發(fā)送至所有控制單元，OBD記錄觸發(fā)所有與排氣相關(guān)的控制單元，所有對遵守廢氣排放標準有影響的控制單元都與排氣相關(guān)，網(wǎng)關(guān)根據(jù)OBD記錄識別掃描工具，當某個掃描工具連接在診斷插座上時，網(wǎng)關(guān)將OBD記錄發(fā)送到PT-CAN上，僅與排氣相關(guān)的控制單元應(yīng)答。

b、TxD1和TxD2是用于診斷不帶中央網(wǎng)關(guān)（數(shù)據(jù)接口）的車型系列的數(shù)據(jù)線。

_TxD1是用于驅(qū)動系（英語“Powertrain”）的所有與排氣無關(guān)的控制單元的診斷導(dǎo)線

_TxD2是用于驅(qū)動系的所有與排氣相關(guān)的控制單元的診斷導(dǎo)線，TxD2向測

試儀的掃描工具發(fā)送OBD記錄的所有官方規(guī)定數(shù)據(jù)

所有其他控制單元將通過網(wǎng)關(guān)控制單元（例如KOMBI）診斷。這兩根TO導(dǎo)線的技術(shù)背景是：通過診斷插座只讀取與排氣相關(guān)的控制單元，因此排除了其他控制單元可能發(fā)生的故障。在BMW診斷系統(tǒng)的診斷插座中已將這兩根導(dǎo)線跨接，因此，BMW診斷系統(tǒng)能夠同時讀取和分析這兩根TxD導(dǎo)線。

15、“BSD”：串行數(shù)據(jù)接口有何含義？

BSD表示“串行數(shù)據(jù)接口”，因為各個位不是并行，而是串行發(fā)送和接收，相應(yīng)的發(fā)動機控制單元通過串行數(shù)據(jù)接口與下列部件通信（視車型系列、發(fā)動機和裝備而定）：

a、發(fā)電機，調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓

串行數(shù)據(jù)接口按如下方式支持發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)：在每次發(fā)動機啟動時，發(fā)動機控制單元都通過BSD查詢發(fā)電機。發(fā)電機向發(fā)動機控制單元發(fā)送有關(guān)型號、功率和制造商的數(shù)據(jù)。

發(fā)動機控制單元由此計算出發(fā)電機運行的額定值。

b、充電指示燈

在帶BSD的車輛上，發(fā)電機不直接與充電指示燈連接，發(fā)電機只向發(fā)動機控制單元發(fā)送數(shù)據(jù)，充電指示燈通過發(fā)動機控制單元接通。信道：發(fā)電機＊BSD->DME或DDE一中央網(wǎng)關(guān)（SGM或ZGM） →KOMBI。

c、電動冷卻液泵

僅與發(fā)動機N52配合，發(fā)動機N52有一個電動冷卻液泵（不再由多楔三角皮帶以機械方式驅(qū)動），此電動冷卻液泵由發(fā)動機控制單元（通過BSD）按需調(diào)節(jié)。

d、機油狀態(tài)傳感器

機油狀態(tài)傳感器探測發(fā)動機機油的質(zhì)量、油位和溫度（英語“Quality， Level； Tempera-Ture”），這些數(shù)據(jù)BSD發(fā)送至發(fā)動機控制單元，發(fā)動機控制單元分析這些數(shù)據(jù)。

16、何謂“D-CAN”：Diagnose-on-CAN （CAN上的診斷）？

D-CAN （CAN上的診斷）在全世界代替以前的診斷接口，轉(zhuǎn)換的背景是美國的一項新的法律規(guī)定，按照該規(guī)定，自2008年款起的所有車輛都必須裝備D-CAN。 D-CAN的數(shù)據(jù)傳輸率為 500kBit/s，采用2線結(jié)構(gòu)，因為診斷收發(fā)器沒有D-CAN接口，所以進行診斷時需要一個光學(xué)編程系統(tǒng)（OPS）或一個光學(xué)檢測和編程系統(tǒng)（OPPS）以及1根新的適配導(dǎo)線（導(dǎo)線帶綠色標記和“CANincluded”說明）。

17、為什么存在“S-CAN”：傳感器CAN?

傳感器CAN連接縱向動態(tài)管理控制單元與遠距離傳感器和近距離傳感器。由于雷達傳感器的大數(shù)據(jù)量，必須要用S-CAN，否則這個數(shù)據(jù)量會超過現(xiàn)有總線系統(tǒng)的空閑傳輸容量。

18、何謂”FlexRay”：FlexRay總線系統(tǒng)？

FlexRay是一個新的通信系統(tǒng)，并且滿足車輛中目前和未來的創(chuàng)新功能未來聯(lián)網(wǎng)的高要求。對車輛中用于控制單元聯(lián)網(wǎng)的通信系統(tǒng)的技術(shù)要求不斷增長，并且人們認識到必須為基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)尋找一個開放的標準化解決方案，是開發(fā)FlexRay的真正原因。為共同開發(fā)FlexRay成立了一個FlexRay聯(lián)合組織，在此期間全世界幾乎所有著名汽車制造商和供貨商以及半導(dǎo)體制造商和來自通信技術(shù)行業(yè)的系統(tǒng)專家參與其中。FlexRay在車輛的電氣和機械電子組件之間提供實時和非常高效的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率高達10MBit/s， FlexRay明顯快于今天在車輛中在車身和驅(qū)動機構(gòu)／底盤范圍內(nèi)使用的數(shù)據(jù)總線。

FlexRay的優(yōu)點：

a、帶寬高；

_數(shù)據(jù)傳輸率10MBit/s（比較CAN：0. 5 MBit/s）

_循環(huán)時間短2. 5 ms（比較CAN:10ms）

_能夠?qū)崿F(xiàn)簡明扼要的總線結(jié)構(gòu)（例如避免網(wǎng)關(guān)）

b、時間上確定的、可輸寫的功能方式（決定論方式）；

_有保證的信息實時傳輸（比較CAN：無實時能力）

_控制單元同步在一個空間上分散的控制系統(tǒng)中，能夠同時采用不同控制單元的標準值

c、可用性和安全性高；

_通過決定論方式和可選裝的第2個通道（第2個通道用于冗余數(shù)據(jù)傳輸）

d、系統(tǒng)集成簡單。