宝马CAN-BUS系统介绍

2013-03-01吴忠

汽车电器 2013年5期

关键词：单线传输速度网关

吴忠

（广东省机械高级技工学校，广东广州 510450）

1 宝马CAN-BUS结构原理

宝马属于高档类汽车，其总线网络集成非常独特，它的总线控制系统很有特色，各类总线的通信功能并不复杂但很强大，宝马轿车的总线网络系统主要有以下两种。

1.1 以E38／E39／E46／E53等底盘车型为代表的总线网络系统

该系统的网关控制模块集成在仪表板中，连接的总线包括：CAN总线、K-BUS（车身控制总线）、I-BUS（仪表板控制总线）、D-BUS（诊断总线）。其中CAN总线、K-BUS、I-BUS等与仪表板之间采用并联的连接方式，D-BUS与车辆的诊断座直接相连。在此基础上，某些控制系统中还布置有局域网总线，如ZKE（外围总线）系统等。在进行故障诊断时，诊断设备之所以能够与所有总线上的控制模块进行通信，是因为借助仪表板的网关功能，能将不同总线通信协议的电码数据制成DBUS的数据信号，然后再将数据传送至诊断设备，实现故障诊断、设码、编程等专项检测功能。图1和图2所示为宝马E38网络结构和网络控制。

D-BUS：诊断BUS网络，连接诊断ECU、诊断座及发动机变速器、ABS／ASC／DSC ECU、仪表板、防盗EWS、气囊ECU。

K-BUS：连接仪表、空调车身ECU。

I-BUS：连接仪表、多功能转向盘、收音机、信息显示MID、放大器、电话、电视、Comand管理中心等。

P-BUS：车身BUS网络，GM（车身ECU）连接K-BUS及左前门ECU、右前门ECU、座椅ECU、天窗ECU、遥控接收器等。

M-BUS：空调ECU与风门分配电动机连接BUS线路。

1.2 以E60／E61／E65／E66底盘车型为代表的总线网络系统

该系统是整车的总线网络系统，也是本文要详细介绍的，汽车上几乎所有的电控系统都采用某种总线汇集在这个庞大的网络系统中，就连结构简单的刮水器电控单元也被改进成K-CAN总线上的控制模块，刮水指令信号由原先的模拟信号变成了总线的电码数据信号，这就是总线网络给汽车电控系统带来的本质变化。图3为宝马750LI网络结构，表1为其相关英文缩写含义。

由于E60／E61／E65／E66底盘车型的总线网络系统庞大，仪表板无法再承担网关任务，因此便产生了独立的网关控制模块，网关控制模块不止一个，但最重要的是中央网关控制模块，它可以将PTCAN、K-CAN-S、K-CAN-P、MOST、Byteflight集合在一起，完成数据交换和共享任务。诊断总线依然与车辆的诊断座直接相连，实现诊断设备的诊断功能。

表1 图3中相关英文缩写的含义

1.3 举例

宝马音响控制器CAN－BUS实物连接如图4所示，其相关英文缩写含义见表2。

表2 图4相关英文缩写的含义

2 宝马总线类型

宝马车辆中安装的总线系统原则上可划分成两种：①主总线系统：负责跨系统的数据交换；②子总线系统（较早的车型也称作仪表总线）：负责在系统内部交换数据。见表3。

数据传输率说明在相应的总线系统中以何种传输速度传输数据，总线结构说明控制单元相互间的联网方式（线形、星形、环形）和通过3种传输媒介（单线、双线、光缆）传输数据。

2.1 3种联网方式（图5）

2.2 3种传输媒介

1）单线总线系统中通过一根芯线传输数据。车辆搭铁连接也用作数据传输的搭铁连接。在车身范围内许多应用中较低的传输速度已够用，尤其是当各个部分范围被当作子总线系统构造时。低传输速度使这些总线的实现在技术上更容易，因此价格更便宜。

表3 宝马车辆中安装的两种总线系统

2）双线总线系统中通过一条双绞线传输数据。信号在导线上以所谓的推挽方式输送。导线的绞合和信号传输方式保证总线系统的抗干扰强度非常高，而传输速度也高于单线总线系统数倍。技术费用与单线总线系统相比更高且更复杂，因此双线总线系统当然也更贵。

3）光缆总线系统中通过光缆进行数据传送。借助光脉冲传送数据，光学总线系统与导线连接的总线系统相比，对电磁和静电干扰源的抗干扰能力更强，并且在光学总线系统中能够以高得多的传输速度传输数据，因此它们一方面用于过程发生时间紧迫的车辆范围，例如与安全有关的安全气囊触发装置，另一方面用于传送大数据量的车辆范围，即特别是在多媒体应用领域。对于光学总线系统，进行与光缆有关的工作时要特别仔细，以便数据传输能够无故障地进行。

2.3 主总线控制系统

以宝马750LI车型中的PT－CAN来介绍，如图6所示。

PT－CAN（全称：动力传动系控制器区域网络）在BMW汽车中用于驱动装置控制单元的联网，PTCAN作为绞合的双线铜导线以500 kb／s的传输速度工作。包括AFS、EKP、EGS、AHL、SMG、DME、DSC、ACC和ARS等，PT-CAN的连接通过网关SGM进行。PT-CAN总线结构与车内其它CAN总线结构的区别仅在于第3根导线，这第3根导线用作唤醒导线，唤醒导线与PT-CAN本身的功能无关，唤醒导线能够将控制单元从休眠模式（省电模式）置于正常运行状态。

2.4 子总线控制系统

子总线系统是从属的串行总线系统。最重要的子总线系统是单线总线系统，有如下3个。

1）LIN（局域互联网）是一种用于简单执行器和传感器联网的串行总线，是一种单线主副控制总线，主要由上级控制单元（主控单元）、从属控制单元（副控制单元）和单线数据线3部分组成，当收到来自主控制单元权限时，副控制单元才允许发送。LIN是一种循环总线，数据总是在总线上反复传递，这与数据在要求后或发生变化时才发送的事件控制的总线相反。目前宝马车在下列系统中安装有LIN总线：空调器（9.6 kb／s），驾驶员车门模块和驾驶员侧车门开关组之间（19.2 kb／s），轮胎压力监控（9.6kb／s）。

以空调器为例说明：空调器操作面板是LIN总线主控单元；空气分配风门调整电动机、风扇调节器和电控辅助加热器是典型的LIN总线副控制单元。LIN总线副控制单元等待LIN总线主控单元的命令，LIN总线主控单元把控制单元的要求转发至副控制单元，并检查总线导线上的信息通信，LIN总线副控制单元根据要求与主控单元通信。

2）BSD（串行数据接口）使用串行数据接口将发电机和智能型蓄电池传感器与数字式发动机电子伺控系统连接在一起。如图7所示。

3）车身总线协议它是基于车身总线技术，并由发射器、接收器和一根单线导线构成，通过车身总线协议的单向数据传输。车身总线协议连接每个车门的车门外把手电子装置和便捷进入起动系统。此外，通过该总线可防止唤醒整个总线系统（如：玩车门把手的儿童）。车身总线协议把驾驶员侧车门开关组的信号传递到车门模块（如：车窗升降机、遮阳卷帘功能）。防盗报警系统的功能已分配到2个控制单元上（防盗报警系统和应急电源报警器）。通过车身总线协议能够在这些控制单元之间相互通信。如图8所示。

车身总线协议目前用于下列系统：多重乘员保护系统，电子信息系统控制单元（紧急呼叫），座位占用识别装置，车门外把手电子装置，驾驶员侧车门，防盗报警系统。

3 网关

由于车辆中同时存在着多个总线系统，在安装的各总线系统之间为了完成不同的任务而发生数据交换。但是各总线系统以不同的传输速度工作，电平各不相同，并且在光学总线系统中借助光脉冲传输数据，要怎样才能实现数据传输呢？为了能够在总线系统之间交换数据，在不同的总线系统之间实现连接，就必须借助专用控制单元（即网关）实现。网关就是各总线系统之间的接口，使各个总线系统的数据得以交换使用。

3.1 网关的总线连接

网关的总线连接如图9所示。宝马汽车上安装有网关功能的控制单元如下：中央网关模块ZGM，安全和网关模块SGM，多音频系统控制器MASK，便捷进入及起动系统CAS，控制显示CD，组合仪表，车身网关模块KGM。

3.2 控制原理

以ZGM为例说明，如图10所示为信息转换原理图。

现在将DME和DSC的信息转换到KCAN上，通过图10可知其原理：发动机电子控制系统控制单元DME和动态稳定控制系统控制单元DSC分别向PT-CAN上发送一个信息，信息通过PT-CAN到达中央网关模块，在网关的一个中间存储器中缓冲存储PT-CAN的信息。由于K-CAN系统总线比PT-CAN慢，这些信息将在网关中按照规定的网关规则和转换表转换成适用于K-CAN系统总线的信息，两个信息被连接在一起并通过K-CAN系统总线到达它们的目的地。