宝马745Li车载网络系统组成原理与故障诊断

公 路 与 汽 运

总第135期 H ighw ay s &A utomotive Ap p lications

宝马745Li 车载网络系统组成原理与故障诊断

蔺宏良

(陕西交通职业技术学院,陕西西安 710018)

摘 要:在介绍宝马745L i 汽车车载网络系统的组成及特点的基础上,从燃油泵、刮水器、音量及座椅控制等方面阐述了该车网络系统的基本工作原理和控制流程;介绍了该车网络系统常见的故障并分析了产生原因,说明了利用OBD 通用扫描工具和宝马专用检测仪进行故障诊断的方法与步骤。

关键词:汽车;轿车;控制网络系统;故障诊断

中图分类号:U 472.4 文献标识码:B 文章编号:1671-2668(2009)06-0029-04

控制局域网络系统CAN(Contro ller Area Net w ork)由于具有高速通信、安全性高、连接方便、通信协议简单和性能价格比高等突出优点,目前在汽车电子控制领域得到广泛应用。本文探讨宝马745Li 车载网络系统的原理及故障诊断方法。

1 宝马745Li 汽车车载网络的组成

宝马745Li 汽车E65/E66底盘采用的控制局域网络包括D-BU S 总线和K-CAN P 、K-CAN S 、M OST 、Byteflig ht 和PT -CAN 五个传输网络,

控制单元ZGM 为网关,共连接55个电脑或控制单元,涵盖了全车的电子控制系统。其网络拓扑结构如图1所示,图中简称的说明见表1。

1.1 中央网关模块ZGM

中央网关模块ZGM (Central Gatew ay M od

ule)是全车网络的传输中枢,起三个作用: 实现高速和低速网络的数据转换; 激活车辆控制单元;!车辆的故障诊断。1.2 车身控制总线K-C AN

K-CAN 包括车身外围总线K-CAN P(Body CAN Periphery)和车身总线系统K-CAN S(Body CAN System)。K-CAN 应用于车身控制,主要连接25个车身附件的控制单元,如空调控制单元、灯光控制单元等。该总线采用双绞线连接,主要特点是电磁兼容性好、可靠性高、传输数据速度较快,采用树形结构分布。

1.3 面向系统的多媒体传输总线MOST

MOST (M ultimedia Oriented System T rans por t)应用于信息与通信中,是光纤网络,连接全车10个娱乐系统的电控单元,如CD 、

收音机等控制单

图1 宝马745Li 汽车车载网络系统的拓扑结构

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H ighw ay s&A utomotive A p p lications第6期

2009年11月

表1 车载网络系统控制部件简称说明

控制网络简称说明控制网络简称说明

K-CA N P

K-CA N S

ZGM中央网关模块

CA S汽车进入系统

SM F A驾驶侧座椅电脑

SM BF乘客侧座椅电脑

T M FA T左前车门电脑

T M BFT右前车门电脑

T M FA T H左后车门电脑

T M BFT H右后车门电脑

SM F A H驾驶侧后座椅电脑

SM BF H后乘客侧座椅电脑

HK L行李箱盖升起控制

PM电源电脑

AH M拖车电脑

CO N按键控制

P DC驻车距离控制系统

BZM仪表板中控台操作中心

RDC轮胎压力警告系统

R LS雨水传感器

CIM底盘智能电脑

SH D天窗

L M灯光电脑

SH驻车加热

DW A防盗报警系统

BZM F后中控台操作中心

IHK A自动空调

WIM刮水器系统

M O ST

Byt ef lig ht

P T-CAN

CD控制显示单元

K ombi组合仪表

CDC CD转换盒

ASK音响控制

A VT天线放大器和调谐器

T EL电话

L OGI C7顶级高保真功率放大器

V IM音量控制电脑

SV S音量调节

NA V导航系统

SZL转向柱开关总成

SASL左前A柱碰撞传感器

ST V L左前门碰撞传感器

SSFA驾驶侧座椅碰撞传感器

SBSL左前B柱碰撞传感器

SSH后座椅碰撞传感器

SBSR右前B柱碰撞传感器

SSBF乘客侧座椅碰撞传感器

ST V R右前门碰撞传感器

SA SR右前A柱碰撞传感器

SFZ车辆中央碰撞传感器

SIM安全信息电脑

A RS动力驱动

EM F驻车制动

DM E发动机电脑

GR S GRS

EGS自动变速器

D SC动态稳定控制

EDC-K电子减震控制系统

元。其主要特点是分离传送与接受,能实施连续数字信号传输,最高速率达22.5M bps,采用环树形结构分布。M OST技术可以在不改变较低传输速度的前提下提高网络使用效率,实现物理层的低成本、简易化封装。

为了避免因MOST成员间的光纤总线问题而引起安全故障,仪表单元Kombi和总线的通信不仅通过MOST中枢控制显示单元CD进行,还通过另外一条安全分支网线(不用光纤)进行。

1.4 BMW安全总线系统Byteflight

BMW安全总线系统(BM W Safety Bus Sys tem)By teflight协议由BMW、Mo torola、Elm os及Infineo n公司联合开发,用于汽车安全气囊系统中时间临界数据、车身及底盘电子控制系统相关数据的传输。Byteflig ht应用在该车的智能安全和集成系统中,连接全车10个安全系统的电控单元,如安全信息模块等。Byteflight的传输速率为10Mbps,采用塑料光纤作为传输介质。其主要特点是可靠性高、分离传送与接受。Byteflight总线通过智能型星型耦合器配置为星型网络结构。

与MOST数据单向传递不同,By teflig ht总线的光纤是双向传输数据。

1.5 动力传动系统总线PT-CAN

PT-CAN(Pow er T rain CAN)应用于动力和底盘控制中,主要连接全车7个发动机与底盘部分的控制单元,如发动机控制单元、自动变速器控制单

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总第135期 H ighw ay s &A utomotive Ap p lications 元等。该总线也采用双绞线连接,主要特点是通信速率较高,最高为10M bps 。采用树形结构分布。

2 宝马745Li 汽车车载网络的工作原理

宝马745Li 汽车车载网络系统可以实现各电子控制系统之间的信息交换。下面举例说明其基本工作原理和控制流程。

2.1 燃油泵的控制

发动机运转时,燃油需求量由发动机控制单元DM E 计算获得,先通过PT-CAN 传到中央网关模块ZGM ,再通过Byteflight 传递到安全信息电脑SIM,接着通过光纤传递给右前B 柱碰撞传感器SBSR 。SBSR 内部经过处理输出一个脉冲宽度调制信号(PWM ),控制燃油泵的工作(如图2所示)

。

图2 电动燃油泵的控制原理

2.1.1 电动燃油泵供油量调节

SBSR 内部集成有油量调节装置和发生碰撞事故时的断油装置,可以从电动燃油泵EKP 的耗电量测算出当前油泵的转速并由此推算出已经输送的燃油量,根据SBSR 内设定的供油特性曲线修正控制信号PWM ,最终调整燃油泵的供油量。2.1.2 失效保护功能

当DM E 的燃油量需求信号失灵或SBSR 中的EKP 转速信号有故障时,燃油泵会通过读入总线端KL.15的信息,发出指令使电动燃油泵以最大转速运转,这样,即使控制信号失效也能保证燃油供应。2.2 刮水器的控制

如图3所示,刮水器开关SWS 把信号传递给转向柱开关总成SZL,再通过Byteflig ht 总线传送到安全信息电脑SIM ,然后通过Byteflight 总线传送到中央网关模块ZGM,最后通过K-CAN S 传到刮水器系统,

控制相应刮水电动机的工作。

图3 刮水器的控制原理

2.3 音量的控制

音量的控制原理如图4所示。音量开关WVL 把信号传递到驻车距离控制系统PDC,再通过K-CAN S 传递到CD,然后通过M OST 传递到音响控制ASK,最终控制相应的音响,

实现音量调节。

图4 音量的控制原理

2.4 座椅的控制

座椅的控制原理如图5所示。座椅控制开关SBFA 把信号传递给仪表板中控台操作中心BZM ,再通过K-CAN S 传递给汽车进入系统CAS,然后通过K-CAN P 传递给驾驶侧座椅电脑,最终控制相应的电动机动作,实现座椅的调节。

图5 座椅的控制原理

3 宝马745Li 汽车车载网络的故障诊断

导致汽车网络系统故障的原因一般有三类:1)汽车电源系统引起的故障。如果汽车电源系统提供的工作电压低于电控单元的正常工作电压,则电控单元可能短暂地停止工作,从而造成整个汽车局域网络暂时无法通信的故障。此时,可以利用示波器等仪器检查发电机、蓄电池等电源系统部件的工作是否正常。

2)汽车局域网络系统的通信线路故障。当汽车局域网络系统的通信线路出现故障(如通信线路短路、断路等)时,会引起多个电控单元无法工作或电控系统动作错误。可以利用示波器或专用汽车故障诊断仪观察通信数据信号是否与标准通信数据信号相符来判断此类故障。

3)汽车局域网络系统中的电控单元故障。包括软件故障和硬件故障两类,软件故障是指传输协议或软件程序有缺陷或冲突,从而导致局域网络系统通信出现混乱或无法工作;硬件故障一般是由于通信芯片或集成电路故障造成汽车局域网络系统无法正常工作。软件故障一般成批出现,且无法维修;

硬件故障可以通过替换法排除。

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3.1 故障诊断思路

使用OBD通用扫描工具、宝马专用检测仪M odic或DISplus可以对宝马745Li汽车局域网络系统所有电脑故障进行诊断。诊断总线D-BU S 的所有诊断操作必须通过中央网关模块ZGM才能实现与其他控制单元的连通。通过分析各个电脑与网关电脑的相互逻辑关系和诊断连接通路,可以推算出系统内具体某个电脑不良及由此给整个系统带来的影响。例如,如果安全信息电脑SIM不良,则整个安全气囊系统无法进行故障自诊断;但如果转向柱开关总成SZL电脑不良,则只是SZL电脑无法诊断,其他电脑可以正常进行故障诊断。

3.2 故障诊断步骤

1)了解具体车型的局域网络系统的特点,包括传输介质、子网数量及类型、局域网络系统的组成和结构形式等信息。

2)了解汽车控制局域网络系统的功能及控制流程,如有无唤醒功能和休眠功能等。

3)检查汽车电源系统是否存在故障,如交流发电机的输出波形是否正常等。

4)检查汽车局域网络系统的通信线路是否存在故障,可以采用替换法和跨线法进行检测。

5)检查电控单元是否存在故障,如果某个电控单元存在故障,可以采用替换法排除故障。

3.3 总线诊断

对E60/E65/E66底盘进行总线诊断时,可以在故障诊断仪DIS(诊断信息系统)?功能选择#下按照如下方式调用测试模块:整车?车身?总线功能?总线分析?系统分析。此时,故障诊断仪上会显示如下操作步骤:

1)识别发动机型号,即确定车辆发动机型号。

2)读取所有控制单元中存储的故障记录,检查是否存在涉及总线故障或通信故障的故障码存储记录,包括总线失灵、无法收发信息的故障码记录等。

3)检查是否有低电压。检查是否在至少2个控制单元中有关于低电压的故障码存储记录。如果至少2个控制单元显示低电压信息,则退出总线诊断并进行如下操作:检查蓄电池;对具有低电压条目的控制单元,检查插接器连接;检查供电;进行休眠电流检测。如果不存在低电压,则继续下一步骤。

4)统计故障码存储记录数量。此时诊断仪会显示如下信息: 已发现%%个故障。如果发现的故障码存储记录少于2个,则显示下一条信息。系统检查没有得出结果,不能推断存储的故障码的故障原因在总线通信范围内。如果存在至少2个故障码存储记录,则继续下一步骤。

5)分析故障码存储记录,列出3个最可能的故障原因,并按照故障概率从高到低排列于表中。

6)选择测试模块。根据步骤5的显示,诊断应用程序针对3个可能的故障原因之一选择测试模块进行具体检测。

3.4 系统电压检测

CAN系统采用双绞线连接,通信线有2根,即CAN-H和CAN-L。CAN系统所有控制单元的通信线接头都处于容易检测的位置,可通过示波器检测其通信电压,进而判断其是否工作正常。K-CAN、PT-CAN工作电压波形如图6~7

所示。

图6 K-CAN

工作电压波形

图7 PT-CAN工作电压波形

需要注意的是,在进行电压检测前,要确认系统是否已退出休眠状态。

4 结 语

宝马745Li汽车的车载网络系统应用高速CAN、低速CAN、M OST和Byteflight网络协议,实现了对动力系统、安全系统、车身与底盘系统以及多媒体娱乐系统的综合控制,是目前多种车载网络技术融合应用于轿车上的先进典型。

近年来,线控操作(X-by-W ir e)和无线通信等技术的发展,对汽车网络系统提出了不同要求。

(下转第58页)

管理机构。建立由政府领导、综合协调、公安机关交通管理部门为主,交通各级部门共同协作的交通安全综合管理机制。农村公路交通安全管理工作应纳入政府经常性的议事日程,建立和完善交通安全联席会议制度,明确相关职能部门的责任、目标和任务,发挥综合协调和监督管理作用。公安交通管理部门要调整警力,做到警力下沉,优化结构,合理设置交通队;交通部门要搞好公路的养护管理,加大对公路安全保障工程的整改;各相关部门要联手管理客运市场,加强对驾驶员的教育培训,努力提高驾驶员的安全素质;乡(镇)要把各项公路安全畅通任务落到实处,县(市)要把交通安全工作作为重要考核内容,对典型的违法案例进行曝光,逐步建立农村交通安全问责制度、责任追究制度、检查督促制度和考评激励制度等,推行群死群伤交通事故?四长#负责制,即?市长、县长、乡(镇)长、村长#是管区内重特大交通事故的第一责任人。各级公安交通管理部门要积极参与交通安全联席会议制度建设,做好党委政府的参谋和助手。

4 结 语

加强农村公路建设是一项德政工程,对于社会主义新农村建设具有重大意义。同样,加强农村公路的交通安全管理也是关系到农村人民群众生命和财产安全的一件刻不容缓的大事。针对目前中国农村公路交通安全状况和存在的问题,应当在分析产生原因的基础上对症下药,从人、车、路、管理等方面综合采取对策,改善农村公路交通安全现状,实现农村公路快速、科学、安全、协调发展。参考文献:

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收稿日期:2009-08-09

(上接第32页)

在未来的5~10年,X-by-Wire技术将使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。因此,随着线控操作和无线通信等技术的发展,车载网络系统在未来汽车上将拥有更加广阔的发展空间。

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收稿日期:2009-06-17