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絡相互連接。中央網關模塊在這個系統(tǒng)網絡中起重要作用。中央網關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范圍內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進行車輛的編程／設碼。總網絡由保障各個控制單元之間通信的不同的總線系統(tǒng)構成。

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、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用于部件的低數據傳輸率通信，K-CAN通過中央網關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的數據傳輸率為100kBit/s，并采用雙絞線結構（兩根絞合的導線），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據傳輸率通信，K-CAN2通過中央網關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內的所有控制單元上，K-CAN2的數據傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線結構。

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)范圍內的系統(tǒng)相連接，通過連接至各個系統(tǒng)的分支線構成線型結構，PT-CAN的數據傳輸率為500kBit/s，并采用雙絞線結構，動力傳動系CAN2 （PT-CAN2） PT-CAN2是發(fā)動機控制范圍內的PT-CAN的一個冗余，也用于將信號傳送至燃油泵控制，PT-CAN2的數據傳輸率為500kBit/s，結構是雙導線配以輔助喚醒導線。‘

5、以太網

以太網是一種供應商中立的、通過電纜連接的網絡技術，使用TCP/IP （ TransmissionControl Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/互聯網絡協議）協議和UDP （User Datagramm Protocol，用戶數據報協議）協議作為傳輸協議。

6、FlexRay

每個通道最大數據傳輸率高達10MBit/s、 FlexRay明顯快于今天在車輛中在車身和驅動機構／底盤范圍內使用的數據總線，中央網關模塊建立不同的總線系統(tǒng)和FlexRay之間的連接，根據車輛的裝備狀態(tài)在ZGM中有一個或兩個各帶有四個總線驅動器的星形藕合器，總線驅動器將控制單元的數據通過通信控制器傳輸至中央網關模塊（ZGM），受到限定的數據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)定的時間內進行傳送。

7、MOST總線系統(tǒng)

MOST是一種用于多媒體應用的數據總線技術，MOST總線使用光脈沖用于數據傳輸，其結構為環(huán)形結構，環(huán)形結構中的數據傳輸只沿一個方向進行，只有中央網關模塊才能實現MOST總線和其他總線系統(tǒng)之間的數據交換，車輛信息電腦用作主控制單元，其余總線系統(tǒng)的網關是中央網關模塊、

8、總線系統(tǒng)中的故障可能

下列故障原因可能會導致總線故障：

a、總線導線短路；

b、總線導線斷路；

c、網關中出現故障；

d、控制單元發(fā)送和接收部件中出現故障；

二、總線結構的常見問題概述（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的數據傳輸率較高；

K-CAN的數據傳輸率較低；

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

b、這些總線是為不同的數據傳輸率而開發(fā)的。

_數據傳輸率很高的總線：Byteflight （ BMW安全總線系統(tǒng)）、MOST總線和F1exRay；

_中等數據傳輸率的總線：兩個CAN總線PT-CAN和K-CAN和類似的總線；

_低數據傳輸率的總線：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)域網絡）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，目標是驅動機構和底盤范圍內的控制單元的聯網。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據傳輸率的CAN總線，具有不同數據傳輸率的CAN總線通過網關（即數據接口）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總線的數據傳輸率。BMW有2種不同的CAN總線數據傳輸率：

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線的表述。例如：

a、“K-CAN高”或“PT-CAN高”：較高電壓值信號的導線

b、“K-CAN低”或“PT-CAN低”：較低電壓值信號的導線

數據傳輸在2條導線上更可靠、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中數據傳輸的兩種電平。

CAN 高速數據傳輸電平坐標：

a、CAN- H，即CAN高是較高電壓值信號的數據導線；

b、CAN- L，即CAN低是較低電壓值信號的數據導線；

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中數據傳輸的兩種電平，K-CAN是一種降低速度的PT-CAN：數據傳輸率比PT-CAN上低。提示：K-CAN在出現故障時可作為單線總線繼續(xù)工作，如果在K-CAN中一條導線失效，則數據仍能通過第2條數據導線傳遞。因此K-CAN有很高的故障安全性。

CAN 低速數據傳輸電平坐標：

4、如何理解數據總線的“環(huán)形”、“星形”和“總線”？

在一條數據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總線具有此種結構。

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構

缺點：如果過多的控制單元在該總線上發(fā)送信息，則產生問題，此總線結構只允許最高約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總線具有此種結構，M-ASK或CCC是其他總線的網關。

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具有此種結構（ISIS：智能安全集成系統(tǒng)），SGM（安全和網關模塊）是星形結構中的中央控制單元，在最早的E65和E66上，SIM（安全信息模塊）是星形結構的中央控制單元。

優(yōu)點：數據傳輸率高，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總線傳輸過多的數據。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。接在其他數據總線的數據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)送的數據量只加在子總線上，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)送數據。在診斷期間BMW診斷系統(tǒng)是”主控單元”。

6、“車身總線”和“外圍設備總線”是哪種總線標準？

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

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，子總線通過一個網關（數據接口）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據傳輸的不同信道：

a、同步數據傳輸：TV（數字音頻信號的數據傳輸）、CD光盤、DVD光盤

b、異步數據傳輸：NAV和TV（例如視頻文本信息和電臺列表的傳輸）

c、控制數據的傳送：網關的狀態(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)）將同步和異步數據傳輸相組合，因此能夠確保隨時傳輸重要的安全數據量：

a、同步數據傳輸：各個控制單元周期性地（定期地）發(fā)送信息

b、異步數據傳輸：除了同步數據傳輸外，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據傳輸組合的優(yōu)點：．

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

11、何謂喚醒導線？

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

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

帶車載網絡2000的車輛通常有一根用于PT-CAN上的控制單元的喚醒導線，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據總線上反射乙終端電阻損壞的后果是，總線上的數據傳輸有故障。終端電阻設計成與相應的數據總線匹配：PT-CAN需要的終端電阻就與F-CAN不一樣。根據裝備情況，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線：

a、K-Line是診斷導線的正式國際有效名稱，帶車載網絡2000的車輛有一個中央網關和1根診斷導線（例如BMW7系自2000年起、BMW5系和BMW6系）。在網關上，診斷導線連接在診斷插座的線腳Pin?上，診斷導線把所有控制單元與BMW診斷系統(tǒng)連接（通過中央網關），為車載網絡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的數據傳輸率發(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，網關根據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，網關將OBD記錄發(fā)送到PT-CAN上，僅與排氣相關的控制單元應答。

b、TxD1和TxD2是用于診斷不帶中央網關（數據接口）的車型系列的數據線。

_TxD1是用于驅動系（英語“Powertrain”）的所有與排氣無關的控制單元的診斷導線

_TxD2是用于驅動系的所有與排氣相關的控制單元的診斷導線，TxD2向測

試儀的掃描工具發(fā)送OBD記錄的所有官方規(guī)定數據

所有其他控制單元將通過網關控制單元（例如KOMBI）診斷。這兩根TO導線的技術背景是：通過診斷插座只讀取與排氣相關的控制單元，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導線。

15、“BSD”：串行數據接口有何含義？

BSD表示“串行數據接口”，因為各個位不是并行，而是串行發(fā)送和接收，相應的發(fā)動機控制單元通過串行數據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，調節(jié)發(fā)電機電壓

串行數據接口按如下方式支持發(fā)電機電壓調節(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)送有關型號、功率和制造商的數據。

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)送數據，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一中央網關（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動），此電動冷卻液泵由發(fā)動機控制單元（通過BSD）按需調節(jié)。

d、機油狀態(tài)傳感器

機油狀態(tài)傳感器探測發(fā)動機機油的質量、油位和溫度（英語“Quality， Level； Tempera-Ture”），這些數據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據。

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的數據傳輸率為 500kBit/s，采用2線結構，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編程系統(tǒng)（OPS）或一個光學檢測和編程系統(tǒng)（OPPS）以及1根新的適配導線（導線帶綠色標記和“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據量，必須要用S-CAN，否則這個數據量會超過現有總線系統(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)新功能未來聯網的高要求。對車輛中用于控制單元聯網的通信系統(tǒng)的技術要求不斷增長，并且人們認識到必須為基礎設施系統(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體制造商和來自通信技術行業(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據傳輸，數據傳輸率高達10MBit/s， FlexRay明顯快于今天在車輛中在車身和驅動機構／底盤范圍內使用的數據總線。

FlexRay的優(yōu)點：

a、帶寬高；

_數據傳輸率10MBit/s（比較CAN：0. 5 MBit/s）

_循環(huán)時間短2. 5 ms（比較CAN:10ms）

_能夠實現簡明扼要的總線結構（例如避免網關）

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個通道用于冗余數據傳輸）

d、系統(tǒng)集成簡單。