汽車檢測與維修技術畢業(yè)設計（論文）寶馬F02車載總線系統(tǒng)淺談

1、目錄第1章 緒論51.1 綜述51.2車載網(wǎng)絡的優(yōu)點51.3 網(wǎng)絡的拓撲結構分類6第 2 章 車載總線的基礎知識與網(wǎng)絡協(xié)議92.1 汽車總線數(shù)字系統(tǒng)92.2 信息傳輸方式92.3 網(wǎng)關7第3章 車載網(wǎng)路的物理層和結構原理213.1 can 網(wǎng)的物理層結構213.2 most 中的光纖傳輸223.3 flexray 的物理結構（拓撲結構）25第4章 bmw f02車載網(wǎng)絡的總線研究274.1 bmw f02車載網(wǎng)絡詳細分析274.2 dsc模塊的功能分析與工作原理37第5章 總結與展望46參考文獻48致謝50附錄51第1章 緒論 綜述目前，各種高檔車都很重視總線系統(tǒng)我在寧波寶恒寶馬4s店工作一年

2、深深的感覺到學校里的那些東西已經(jīng)跟不上高端車的發(fā)展了今天我給介紹一下寶馬f02為主的車在網(wǎng)絡總線系統(tǒng)目前，從小型車輛到高級車輛都使用了大量的電子裝置。在未來幾年內車輛還會使用更多的電子系統(tǒng)。立法機構關注于降低廢氣排放和燃油消耗。而客戶則希望不斷改善駕駛舒適性和安全性。由此實現(xiàn)的復雜功能必然要求控制單元之間進行數(shù)據(jù)交換。通常情況下，通過信號線路傳輸數(shù)據(jù)。各控制單元原本獨立的處理過程通過各種總線系統(tǒng)相互聯(lián)系起來。增加車載網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)交換。論文以寶馬 f02 參照對象，分析研究了寶馬 f02 的車載網(wǎng)絡在車身的分布以及其主要的傳輸功能，結合車身總線的分布，分析了各個總線上的相關模塊的功能及其工作原理

3、，光纖在車載網(wǎng)絡的應用。從寶馬車載網(wǎng)絡的應用歷史，分析了 can 總線，most 總線， flexray 等車載總線在汽車的發(fā)展歷程，以及車載網(wǎng)絡的未來方向。車載網(wǎng)絡的優(yōu)點以前車輛使用的車載網(wǎng)絡有很大的局限性，限制了車輛電氣化的進程，主要以下的缺點：布線成本提高， 生產(chǎn)成本提高，車內空間要求提高，組件配置難以控制，整個系統(tǒng)可靠性下降。為了盡可能減少這些不利因素。汽車使用了的網(wǎng)絡系統(tǒng)我們稱之為總線系統(tǒng)?？偩€系統(tǒng)可通過“串行接口”使車內各個控制單元聯(lián)網(wǎng)。由此帶來的種種好處促進了這些系統(tǒng)在車輛上的應用。新的車載網(wǎng)絡主要有以下的優(yōu)點：提高整個系統(tǒng)的可靠性，降低布線成本，減少各種電纜數(shù)量， 減小導線束橫

4、截面，靈活布線，多重使用傳感器， 能夠傳輸復雜數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)變更時靈活性較高，隨時能夠擴展數(shù)據(jù)范圍，為客戶實現(xiàn)新功能，有效診斷， 降低硬件成本。網(wǎng)絡的拓撲結構分類計算機網(wǎng)絡的拓撲結構，即是指網(wǎng)上計算機或設備與傳輸媒介形成的節(jié)點與線的物理構成的模式。計算機網(wǎng)絡的拓撲結構主要有：星型結構、總線型結構、環(huán)形結構、樹形結構和網(wǎng)狀結構。 第 2 章 車載總線的基礎知識與網(wǎng)絡協(xié)議絡的拓撲結構分類信息傳輸方式“數(shù)字”這個概念來源于拉丁語“digitus”，表示手指或腳趾。因此，“數(shù)字”就是指可以幾個手指就算清的所有事務，更確切的說，就是分為各個獨立階段的所有事務。數(shù)字表示方式就是以數(shù)字形式表示不斷變化的參數(shù)

5、。尤其在計算機內，所有數(shù)據(jù)都以“0”和“1”的序列形式表示出來（二進制）。因此，“數(shù)字”是“模擬”的對立形式。例如：數(shù)字萬用表、數(shù)字時鐘、cd、dvd。一個二進制信號只能識別兩種狀態(tài)：0 和 1，或高和低。為了能夠清楚區(qū)分車輛應用方面的分高和低兩種電平狀態(tài)，明確規(guī)定了每種狀態(tài)的對應范圍：高電平為 6v 至 12v ，低電平為 0v 至 2v ， 2v 至 6 v 之間的范圍即所謂的禁止范圍，用于識別故障。 網(wǎng)關網(wǎng)關用于連接不同類型的總線系統(tǒng)，具有不同邏輯和物理特性的總線系統(tǒng)通過網(wǎng)關連接起來，以此確保不同傳輸速度的總線系統(tǒng)仍可進行數(shù)據(jù)交換，各個總線系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)到達網(wǎng)關處。各信息的傳輸速度、數(shù)據(jù)

6、量和優(yōu)先級信息在網(wǎng)關中進行過濾，必要時暫時存儲起來。網(wǎng)關根據(jù)網(wǎng)關規(guī)定和轉換表為相關總線系統(tǒng)轉換信息。此時可以操作相關總線系統(tǒng)，信息到達其目標地址，必要時次要信息將保存在網(wǎng)關存儲器內，稍后再發(fā)送保留的信息。第3章 車載網(wǎng)路的物理層和結構原理 most 中的光纖傳輸 光纖的結構傳輸數(shù)據(jù)、聲音或圖像時的數(shù)據(jù)量越來越大。今天，光纜技術已應用于電信和工業(yè)設備。該技術能在確保傳輸大量數(shù)據(jù)的同時提供其它優(yōu)勢。使用銅導線時，較高的數(shù)據(jù)傳輸率會造成較強的電磁輻射。這種輻射可能會干擾車內的其它功能。與銅導線不同的是，提供相同帶寬時，光纜所需安裝空間較小。此外，光纜要比銅導線更輕。與數(shù)據(jù)傳輸時銅導線上傳輸數(shù)字或模擬

7、電壓信號不同，光纜傳輸?shù)氖枪饩€。最常用的光纜包括：塑料光纜，玻璃光纜。bmw 車輛上只安裝塑料光纜。與玻璃光纜相比，塑料光纜具有下列優(yōu)勢：纖維橫截面更大 簡化了技術制造過程，對灰塵相對不敏感，更易于使用，因為塑料不會像玻璃那樣破碎，更易于處理。傳輸數(shù)據(jù)、聲音或圖像時的數(shù)據(jù)量越來越大。今天，光纜技術已應用于電信和工業(yè)設備。該技術能在確保傳輸大量數(shù)據(jù)的同時提供其它優(yōu)勢。使用銅導線時，較高的數(shù)據(jù)傳輸率會造成較強的電磁輻射。這種輻射可能會干擾車內的其它功能。與銅導線不同的是，提供相同帶寬時，光纜所需安裝空間較小。此外，光纜要比銅導線更輕。與數(shù)據(jù)傳輸時銅導線上傳輸數(shù)字或模擬電壓信號不同，光纜傳輸?shù)氖枪饩€

8、。最常用的光纜包括：塑料光纜，玻璃光纜。bmw 車輛上只安裝塑料光纜。與玻璃光纜相比，塑料光纜具有下列優(yōu)勢：纖維橫截面更大 簡化了技術制造過程，對灰塵相對不敏感，更易于使用，因為塑料不會像玻璃那樣破碎，更易于處理。光纜是一根較細的圓柱形塑料纖維，外面包裹著一層較薄的護皮，真正的光纜包裹在護皮材料內，護皮材料僅起到保護光纜本身的作用。在纖維內傳輸?shù)墓饩€隨著傳輸距離的加大逐漸減弱，這一過程稱為衰減。圖 3.2 光學傳輸1 發(fā)送二極管 2 護皮 3 纖維內芯 4 接收二極管進行車輛導線束方面的工作時必須特別小心，與銅電纜不同，光纜損壞時不會立即產(chǎn)生故障，而是在日后使用中用戶才能察覺出來。判斷信號質量

9、的一個標準就是衰減度。過度衰減可能是由不同原因造成的：（1）彎曲半徑 塑料光纜的彎曲半徑不得小于 50 mm，50mm 大約相對于一個飲料瓶的直徑。彎曲半徑更小時會影響光纜的性能，甚至造成塑料光纜完全損壞。光線會從過度彎曲部位射出，因為此處無法正確反射光線。（2）紐結 安裝時切勿紐結光纜，因為這會損壞纖維內芯和護皮，部分光線會在紐結部位發(fā)生散射，從而造成傳輸損失。（3）擠壓部位 還要避免擠壓光纜，因為擠壓可能會造成光導橫截面永久變形，傳輸時就會丟失光線。（4）摩擦部位 與銅導線不同的是，光纜上的摩擦部位不會造成短路，而會造成光線損失或使外部光線射入，系統(tǒng)就會受到干擾或完全失靈。（5）過度伸長

10、過度伸長會使芯線拉長并減小纖維內芯橫截面面積，從而減少通過的光量，拉伸光纜時同樣可能造成光纜損壞。（6）過熱 光纜過熱時不會立即產(chǎn)生故障，而是在日后使用中才會造成損壞，端面有污物或劃痕，端面有污物或劃痕時也可能會導致出現(xiàn)問題，雖然可以避免無意中接觸端面，但操作不當仍可能會造成故障，光纜端部的污物會妨礙光線射入和射出，污物會吸收光線，造成衰減程度過大端面有劃痕時會使到達該處的光線形成散射，從而減少到達接收裝置的光線。主總線系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸率 總線結構d-can（診斷 can） 500 kbit/s 線性，雙線以太網(wǎng) 100 mbit/s 線性flexray 10 mbit/s 混合拓撲結構，雙線k

11、-can（車身 can） 100 kbit/s 線性，雙線，在應急運行模式下可以單線運行k-can 2（快速車身 can） 500 kbit/s 線性，雙線most（多媒體傳輸系統(tǒng)總線） 22.5 mbit/s 環(huán)形，光纜pt-can（底盤 can） 500 kbit/s 線性，雙線pt-can 2（傳動系 can） 500 kbit/s 線性，雙線 dms（autoline）：經(jīng)銷商管理系統(tǒng) tis：查詢維修說明 ksd：查詢工時信息，故障代碼 etk：查詢零件信息 wds：查詢電路圖 dis：車輛診斷測 ista：車間新系統(tǒng) sip：自學程序 k盤：技術文件夾（puma通告，技術升級信息，

12、加裝改裝信息），培訓文件夾（車主手冊，培訓課件，學習資料），售后文件夾（寶馬通函，流程制度）第4章 bmw f02車載網(wǎng)絡的總線研究4.1 bmw f02車載網(wǎng)絡詳細分析圖 4.1 bmw f02總線k-can ，k-can2車身總線k總線用于將普通車輛電氣系統(tǒng)、信息和通信系統(tǒng)及安全系統(tǒng)的組件聯(lián)網(wǎng)。其它具有通信功能并相互交換數(shù)據(jù)的控制單元也連接到 k 總線上，k 總線是一個雙向單線接口。 pt-can動力傳輸總線pt-can 表示動力傳動系控制器區(qū)域網(wǎng)絡。robert bosch gmbh 將 can 開發(fā)為應用于車輛的總線系統(tǒng)，由于具有這種訪問方式和根據(jù)目標尋址的特性，因此能夠通過 can

13、有效建立起非常高效的事件控制系統(tǒng)，在多主控系統(tǒng) can 中，任意數(shù)量總線設備之間可直接進行數(shù)據(jù)交換。pt-can 的傳輸速度為 500 kbit/s，是 bmw 車輛上最快的 can 總線。該總線將所有屬于傳動裝置的控制單元和模塊連接在一起，所有總線設備以并聯(lián)方式連接，這種 can 總線的特點是使用了三根導線，而不是過去的兩根導線。第三根導線作為喚醒導線使用，與 can 總線的原有功能無關。4.1.3 most 系統(tǒng) 多媒體系統(tǒng)most 是一種專門針對車內使用而開發(fā)的、服務于多媒體應用的通信技術。most 表示“多媒體傳輸系統(tǒng)”，most 總線利用光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。most 技術滿足兩個重要要求

14、：（1） most 總線傳輸控制單元、音頻、視頻和導航數(shù)據(jù)，（2） most 技術提供了一種控制數(shù)據(jù)多樣性和數(shù)據(jù)復雜性的邏輯框架模型。most 的優(yōu)點：可達到較高的數(shù)據(jù)傳輸率，可在不相互干擾的前提下，并行同步提供信，息和娛樂服務，具有良好的電磁兼容性。f01/f02 上的 most 總線用于信息 / 通信方面的組件，車輛信息計算機作為主控控制單元使用。其它總線設備可能包括：dvd 換碟機,組合儀表,頂級高保真音響放大器,視頻模塊（僅限歐規(guī)車輛）,sdars 衛(wèi)星調諧器（僅限美規(guī)車輛）,電話.f01/f02 不再使用以前車型所用的 most編程接口，在這些車輛上現(xiàn)在通過以太網(wǎng)接口進行編程，光線方

15、向數(shù)據(jù)在 most 總線內始終沿某一方向傳送。每個控制單元都可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到 most 總線上，物理上的光線方向從主控控制單元（車輛信息計算機）經(jīng) dvd 換碟機、組合儀表至中央網(wǎng)關模塊，再從中央網(wǎng)關模塊至光纜分配器。所有安裝在車輛尾部的控制單元都連接在光纜分配器上，光線從最后一個控制單元處重新返回主控控制單元。most 采用環(huán)形光纜結構?？梢詡鬏敻鞣N數(shù)據(jù)（控制單元、音頻和圖像數(shù)據(jù)）并提供各種數(shù)據(jù)服務，most 總線采用環(huán)形結構，通過光脈沖傳輸數(shù)據(jù)，只能朝一個方向傳輸數(shù)據(jù)，光纜用作傳輸媒介。各組件通過 most 共同組成一個中央單元，組件在更大程度上相互影響，利用即插即用（連接后即可使用）原則

16、可以非常簡單地通過各組件擴展系統(tǒng)。most 能夠控制并動態(tài)管理分布在車內的各項功能。多媒體網(wǎng)絡的一個重要特征在于，它不僅能夠傳輸控制數(shù)據(jù)，還能傳輸傳感器數(shù)據(jù)。如果總線系統(tǒng)內出現(xiàn)故障，可能會導致這些事件控制的信息匯集在一起并造成總線系統(tǒng)過載，即各信號的傳輸要延遲很長時間。這樣會導致各系統(tǒng)的控制性能變差。flexray 總線系統(tǒng)是一種時間控制式總線系統(tǒng)，它也可以通過事件控制方式進行部分數(shù)據(jù)傳輸。在時間控制區(qū)域內，時隙分配給確定信息。一個時隙是指一個規(guī)定的時間段，該時間段對特定信息（例如轉速）開放。這樣，在 flexray 總線系統(tǒng)內重要的周期性信息以固定的時間間隔傳輸，因此不會造成 flexray

17、 總線過載。對時間要求不高的其它信息則在事件控制區(qū)域內傳輸，總線信號確定性數(shù)據(jù)傳輸用于確保時間控制區(qū)域內的每條信息都實時傳輸，實時表示在規(guī)定時間內進行傳輸。因此不會由于總線系統(tǒng)過載而導致重要總線信息發(fā)送延遲，如果由于暫時性總線故障（例如 emc 故障）導致一條信息丟失，則該信息不會再次發(fā)送，在為此規(guī)定的下一時隙內將發(fā)送當前數(shù)值。flexray 總線系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸率為每通道 10 mbit/s，這相當于 pt-can 2 或 d-can 數(shù)據(jù)傳輸率的20倍。喚醒和休眠特性雖然可通過總線信號喚醒 flexray 控制單元，但大部分 flexray 控制單元由 cas 通過一個附加喚醒導線啟用，

18、該喚醒導線的功能與以前 pt-can 內的喚醒導線（15wup）相同，其信號曲線與 pt-can 的信號曲線一樣。主動轉向系統(tǒng)和 vdm 不通過喚醒導線，而是通過總線信號喚醒，隨后通過接通供電直接由vdm 啟用四個減振器衛(wèi)星式控制單元，在“喚醒電壓曲線”中展示了車輛開鎖和起動時典型的電壓曲線。第一階段：駕駛員將車輛開鎖。cas 控制單元啟用喚醒脈沖并通過喚醒導線將其傳輸給所連接的 flexray 控制單元。第二階段：打開車輛，總線端 r 仍處于關閉狀態(tài)，總線系統(tǒng)內的電壓電平再次下降。第三階段：起動車輛，總線端 15 接通，電壓電平保持在設定值，直至再次關閉總線端 15。第四階段：總線端 r 關

19、閉時整個車輛網(wǎng)絡必須進入休眠模式，以免耗電過多，為確保所有控制單元都“休眠”，網(wǎng)絡內的每個控制單元都自動注銷，如果不是這種情況，就會存儲一條故障信息，進行能量診斷工作時將評估這條故障信息。為了能夠在聯(lián)網(wǎng)控制單元內同步執(zhí)行各項功能，在此需要一個共同的時基，因為所有控制單元內部利用其自身的時鐘脈沖發(fā)生器工作，所以必須通過總線進行時間匹配。控制單元測量某些同步位的持續(xù)時間，據(jù)此計算平均值并根據(jù)這個數(shù)值調整總線時鐘脈沖，同步位在總線信息的靜態(tài)部分中發(fā)送，系統(tǒng)啟動后，只要 cas 控制單元發(fā)送一個喚醒脈沖，flexray上的兩個授權喚醒控制單元（在總線概覽中帶有“s”標記）之間就會開始進行同步化。該過程

20、結束時，其余控制單元相繼自動在 flexray 上注冊并計算出各自的差值，此外在運行期間還會對同步化進行計算校正，這樣可以確保最小的時間差，從而在較長時間內不會導致傳輸錯誤。4.2 dsc模塊的功能分析與工作原理dsc 是一種在動態(tài)行駛極限范圍內將行車穩(wěn)定性保持在物理范圍內的控制系統(tǒng)。此外還能改善牽引力。（1） dsc 單元 dsc 單元可以分解為 dsc 控制單元和液壓單元，dsc 控制單元通過液壓單元 (由閥體和調節(jié)泵馬達組成) 控制制動系統(tǒng)中的制動力。（2） 4 個車輪轉速傳感器 車輪轉速傳感器計算出各個車輪上的車輪速度，此外，車輪轉速傳感器還識別旋轉方向 (向前或向后)。（3） 安全和

21、網(wǎng)關模塊 sgm 是下列部件之間的網(wǎng)關：pt-can，k-can byteflight ( bmw 安全總線系統(tǒng))，診斷導線。（4） 主動車速控制，自適應巡航控制系統(tǒng)(acc) 的請求通過ptcan 告知dsc，然后，dsc 通過在四個車輪上進行制動干預來降低行駛速度。（5） 燈光模塊，在 ecd (電子調節(jié)減速，由acc 觸發(fā)) 功能下，當自動進行制動時，制動信號燈會按照法律規(guī)定亮起，為此，需要通過 k-can 向燈光模塊(lm) 發(fā)送一個信號。（6） 組合儀表 dsc 控制單元控制著組合儀表中 dsc 的指示燈和報警燈。（7） 中央信息顯示器(cid) 和控制器，在中央信息顯示器 (cid

22、) 中顯示檢查控制信息的詳細文本。此外，還可以借助 cid 和控制器對輪胎失壓顯示(rpa) 進行初始化設置。（8） 帶 gps 天線的電話控制單元，在無導航系統(tǒng)的車輛上，電話控制單元接收處理過的左前輪和右前輪轉速信號。電話控制單元利用該信號計算出盡可能準確的車輛位置。（9） 帶 gps 天線的電話控制單元，在無導航系統(tǒng)的車輛上，電話控制單元接收處理過的左前輪和右前輪轉速信號。電話控制單元利用該信號計算出盡可能準確的車輛位置。（10）輪胎漏氣顯示(rpa) 輪胎漏氣顯示的功能不屬于動態(tài)行駛調節(jié)功能，rpa 集成在 dsc 控制單元中，因為該功能需要 4 個車輪轉速信號。該系統(tǒng)根據(jù) 4 個車輪的

23、轉速來比較各個車輪上的滾動范圍f01/f02 通過中央網(wǎng)關模塊實現(xiàn)了全新的總線連接結構。發(fā)動機管理系統(tǒng)和底盤控制系統(tǒng)總線系統(tǒng)概覽原則上總線系統(tǒng)分為兩組： 主總線系統(tǒng)：以太網(wǎng)，flexray，k-can，k-can 2，most，pt-can 和 pt-can2 子總線系統(tǒng)：bsd，d-can（診斷 can），lin，局域 can主總線系統(tǒng)負責控制單元之間跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。其中包括診斷、編程和設碼等系統(tǒng)功能。子總線系統(tǒng)負責某個功能分組內的數(shù)據(jù)交換。例如晴雨 / 光照 / 水霧傳感器的數(shù)據(jù)由接線盒電子裝置讀取、處理后繼續(xù)發(fā)送至刮水器模塊。晴雨 / 光照 / 水霧傳感器與接線盒電子裝置之間通過 li

24、n 總線構成一個子總線連控制單元 ahm 掛車模塊cid 中央信息顯示屏con 控制器 ehc 車輛高度電子控制系統(tǒng) fcon 后座區(qū)控制器 fd 后座區(qū)顯示屏 fd2 后座區(qū)顯示屏 2 fka 后座區(qū)暖風和空調系統(tǒng) fla 遠光燈輔助系統(tǒng) hifi 高保真音響放大器hka 后部空調系統(tǒng)* hkl 行李箱蓋舉升裝置 hud 平視顯示屏 ihka 自動恒溫空調*rdc 輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng) smbf 前乘客座椅模塊* smbfh 前乘客側后部座椅模塊* smfa 駕駛員座椅模塊* smbfh 駕駛員側后部座椅模塊* trsvc 全景攝像機* vsw 視頻開關 zgm 中央網(wǎng)關模塊： cas 便捷登車

25、及起動系統(tǒng) frm 腳部空間模塊 fzd 車頂功能中心 jbe 接線盒電子裝置 pdc 駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)（集成在 jal 主動轉向系統(tǒng)bd 總線驅動器dme 數(shù)字式發(fā)動機電子系統(tǒng)dsc 動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)edcshl 左后電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元edcshr 右后電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元edcsvl 左前電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元edcsvr 右前電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元hsr 后橋側偏角控制系統(tǒng)icm 集成式底盤管理系統(tǒng)szl 轉向柱開關中心vdm 垂直動態(tài)管理系統(tǒng)zgm 中央網(wǎng)關模塊參考文獻1（法）胡思德. 汽車車載網(wǎng)絡（van/can/lin）技術詳解. 北京

26、：機械工業(yè)出版社, 2006.62 朱建鳳 李國忠. 常見車系can-bus原理與檢修. 機械工業(yè)出版社,2006.93 bmw aftersales training participants manual bus systems 2008 bmw group4 bmw 參加者手冊. f02 車載網(wǎng)絡. bmw 集團,20085 bmw participants manual coding, individualization, programming cip bmw group,20086 孫仁云 付白雪. 汽車電器與電子技術. 機械工業(yè)出版社, 20077 陳家瑞.汽車構造 .人民交通出版社 20028 李俊玲 羅永閣主編. 汽車工程專業(yè)英語機械工業(yè)出版社, 20079 陽憲慧 廠業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡imi.北京:清華大學出版社，