'汽修必備知識----「汽車總線系統基礎」'

為什麼需要總線系統

當今，從小型車輛到高級車輛都使用了大量的電子裝置。

可以預見，在未來幾年內電子組件的數量會明顯增加。無論是立法機構還是客戶都要求進行這種改進。立法機構關注於降低廢氣排放和燃油消耗。而客戶希望不斷改善駕駛舒適性和安全性。

很早以前就已經使用了能夠滿足這些要求的控制單元。例如，數字式發動機電子系統和安全氣囊系統就採用了控制單元。

由此實現的複雜功能必然要求控制單元之間進行數據交換。通常情況下，通過信號線路傳輸數據。但由於控制單元的功能越來越複雜，只能以更高的成本實現這種數據傳輸方式。

各個控制單元原本獨立的處理過程通過各種總線系統相互聯繫起來。也就是說，對所有處理過程進行分配、在整個車載網絡系統內完成處理過程，並使這些過程共同發揮作用。

從而增加了車載網絡內的數據交換。此外，通過這種交換方式還能執行很多新功能。例如，其結果是帶來了更高的行駛安全性和行駛舒適性。

以前使用的車載網絡已無法實現這些要求。

以前所用車輛網絡的侷限性；

• 佈線成本提高

• 生產成本提高

• 車內空間要求提高

• 組件構造難以控制

• 整個系統可靠性下降。

總線系統的好處；

• 提高整個系統的可靠性

• 降低佈線成本

• 減少各種電纜數量

• 減小電纜束橫截面

• 靈活佈線

• 多重使用傳感器

• 能夠傳輸複雜數據

• 進行系統變更時更具靈活性

• 隨時能夠擴展數據範圍

• 為客戶實現新型功能

• 有效診斷

• 降低硬件成本。

數字信號與電路模擬傳輸

模擬顯示數據（= 信息）是指通過直接與數據成比例的連續變化物理常量進行表示。

模擬信號的特點是，它可以採用 0 % 至 100 % 之間的任意值。因此該信號為無極方式。

例如：指針式測量儀表，水銀溫度計，指針式時鐘。

【1】最大【U】電壓【T】時間

例如在聽音樂時，耳朵就會接收到模擬信號（聲波連續變化）。電氣設備（音響系統、收音機、電話等）以同樣的方式通過連續變化的電壓表示出這種聲音。

但當這種電信號由某一設備向另一設備傳輸時，接收裝置接收到的信息與發射裝置發送的信息並不完全相同。這是由於下列干擾因素造成的：

• 電纜長度

• 電纜的線性電阻

• 無線電波

• 移動無線電信號

數字傳輸

數字表示方式就是以數字形式表示不斷變化的常量。尤其在計算機內，所有數據都以“0”和“1”的序列形式表示出來（二進制）。因此，“數字”是“模擬”的對立形式。

例如：數字萬用表、數字時鐘、CD、DVD。

【U】電壓【T】時間

二進制信號與信號電平

“Bi”一詞來源於希臘語，表示“2”。因此，一個二進制信號只能識別兩種狀態：0 和 1，或高和低。

例如：

• 車燈亮起 – 車燈未亮起

• 繼電器已斷開 – 繼電器已接通

• 供電 – 未供電。

每個符號、圖片甚至聲音都由特定順序的二進制字符構成，例如 10010110。

通過這些二進制編碼計算機或控制單元可以處理信息或將信息發送給其它控制單元。

【1】高【2】低【U】 電壓【T】時間

為了能夠清楚區分車輛應用方面的分高低兩種電平狀態，明確規定了每種狀態的對應範圍：

• 高電平為 6 V 至 12 V

• 低電平為 0 V 至 2 V。

2 V 至 6 V 之間的範圍是所謂的禁止範圍，用於識別故障。

常見總線介紹

原則上總線系統分為兩組：

- 主總線系統

- 子總線系統。

主總線系統負責跨系統的數據交換。子總線系統負責系統內的數據交換。這些系統用於交換特定系統內相對數據量較少的數據。

主總線系統包括下列總線：

主總線系統 數據傳輸率 總線結構
D總線 10.5115 kBit/s 線性，單線
CAN 100 kBit/s 線性，雙線
KCAN 100 kBit/s 線性，雙線
FCAN 500 kBit/s 線性，雙線
PTCAN 500 kBit/s 線性，雙線
byteflight 1 0 MBit/s 星形，光纜
MOST 22.5 MBit/s 環形，光纜

子總線系統包括下列總線；

子總線系統 數據傳輸率 總線結構
K 總線協議 9.6 kBit/s 線性，單線
BSD 9.6 kBit/s 線性，單線
DWA 總線 9.6 kBit/s 線性，單線
LIN總線 9.619.2 kBit/s 線性，單線

總線視圖

多數情況下車輛的總線系統（主總線系統和子總線系統）通過一個總體概覽表示。每個總線系統都分配有一種顏色（與車輛中電纜的顏色相同）。另外還要考慮總線導線的數量（單線，雙線）。以下將詳細介紹各個總線系統；

K-CAN 表示車身控制器區域網絡。Robert Bosch GmbH 將 CAN 開發為應用於車輛的總線系統。

K-CAN 負責傳輸車身範圍內的信息。

K-CAN 通過雙絞銅線以100 kBit/s 的傳輸速率傳輸數據。

CAN 系列的另一個總線是 F-CAN。F-CAN 表示底盤控制器區域網絡。該總線的構造和功能與 K-CAN 完全相同。但 F-CAN 只用於傳輸底盤組件的相關數據。

例如動態穩定控制系統。

CAN 總線的優點是：

• 比傳統佈線方式的數據傳輸速度更高

。提高了電磁兼容性（EMV）

• 改善了應急運行特性。

傳輸速度為 100 kbit/s。

K-CAN 以線性拓撲方式為基礎。即符合總線結構。一個總線結構形式網絡上的每個終端設備（節點、控制單元）都通過一根共同的導線連接起來。

K-CAN是一個多主控總線。連接在該總線上的每個控制單元都可以發送信息。

這些控制單元以事件控制方式進行通信。需要發送數據的控制單元在總線未佔用時發送其信息。總線佔用時，則發送具有最高優先級的信息。

由於沒有接收地址，因此所有控制單元都會接收到所發信息。這樣即可在運行期間將其它接收站加入到系統內。無需更改軟件或硬件。

使用雙線導線的好處在於，即使出現故障時仍可使用其中另一根導線。

優點：

• 易於安裝

• 易於擴展

• 導線較短

• 具有通過一根導線應急運行的特性。

終端電阻

從電氣角度來看，一根載流導線始終具有歐姆電阻、感應電阻和電容電阻。從點“A”向點“B”傳輸數據時，這些電阻的總電阻值會對數據傳輸產生影響。傳輸頻率越高，有感電阻和電容電阻產生的影響就越大。這種情況可能導致在傳輸導線末端接收到一個無法識別的信號。因此要通過終端電阻對導線進行“適配”，以便保持原有信號。

感應電阻通過導線的線圈效應等情況產生。電容電阻通過平行於車身佈線等情況產生。

在一個總線系統上使用不同的終端電阻。

這些電阻通常由下列參數決定：

• 總線系統的數據傳輸頻率

• 傳輸路徑上的電感或電容負荷

• 進行數據傳輸的電纜長度。

導線越長，導線的電感部分就越大。

控控制單元分為始終安裝的基礎控制單元（例如E90 的組合儀表）和其餘控制單元。通過電阻值進行劃分。終端電阻用於確保總線系統內準確的信號流程。這些終端電阻位於總線系統的控制單元內 K-CAN 上的終端電阻值：基礎控制單元 820 Ω 其餘控制單元 12 000 Ω

為了防止損壞的總線使用者持續干擾總線上的數據通信，CAN 協議中包含了監控控制單元的信息。

超過規定的錯誤率時，就會限制相關控制單元的運行自由甚至斷開該單元與網絡的連接。

出現下列情況時，K-CAN 作為單線總線運行：

• 一個 CAN 數據導線（芯線）斷路

• 一個 CAN 數據導線（芯線）對地短路

• 一個 CAN 數據導線（芯線）對供電電壓 UB+ 短路

PT-CAN 表示動力傳動系控制器區域網絡。Robert Bosch GmbH 將 CAN 開發為應用於車輛的總線系統。

PT-CAN 的傳輸速度為 500 kbit/s，是 BMW 車輛上最快的 CAN 總線。該總線將所有屬於傳動裝置的控制單元和模塊連接在一起。所有總線使用者都以並聯方式連接。

這種 CAN 總線的特點是使用了三根導線，而不是兩根導線。

第三根導線用作喚醒導線，與 CAN 總線的原有功能無關。

PT-CAN 上的終端電阻位於組合儀表、電動機械式駐車制動器控制單元內。通過波形測量：PT-CAN H（2.5-3.5V變化）、PT-CAN L（1.5-2.5V變化），萬用表測量平均電壓值（H：2.6-2.7V、L：2.3-2.4V）。測量終端電阻前應先將電瓶斷開30S以上，萬用表並聯在PT-CAN線路中，測量的阻值為60Ω左右。

PT-CAN 2 對於發動機管理系統而言是PT-CAN 的冗餘系統，也用於向燃油泵控制系統傳輸信號。PT-CAN2 上的終端電阻位於數字式發動機電子系統、電動燃油泵控制單元內。終端電阻和總線波形的測量值參考PT-CAN。

K-CAN 2 用於車身控制器區域網絡數據傳輸率較高的控制單元之間的通信。K-CAN 2 也通過中央網關模塊與其它總線系統相連。K-CAN2 通過總線來喚醒，無需附加喚醒導線。K-CAN2 上的終端電阻位於中央網關模塊、接線盒電子裝置控制單元內。終端電阻和總線波形的測量值參考PT-CAN。

MOST 是一種專門針對車輛使用而開發的、服務於多媒體應用的通信技術。

MOST 表示多媒體傳輸系統。MOST 總線利用光脈衝傳輸數據。

MOST 技術滿足兩個重要要求：

1. MOST 總線能夠傳輸控制、音頻和導航系統數據。

2. MOST 技術提供了一種控制數據多樣性和數據複雜性的邏輯框架模型。

MOST 的優點：

• 可達到較高的數據傳輸率

• 可在不相互干擾的前提下，並行同步提供信息和娛樂服務

• 具有良好的電磁兼容性。

MOST總線

MOST 採用環形光纜結構。可以傳輸各種數據（控制單元、音頻和圖像數據）並提供各種數據服務（SMS、TMC 等）。MOST 總線採用環形結構，通過光脈衝傳輸數據。只能單方向傳輸數據。光纜用作傳輸媒介。

MOST光纜

【1】纖維內芯【2】包皮【3】 襯墊保護層

診斷訪問接口

D-CAN（診斷 CAN）替代了以前的診斷接口，D-CAN 的終端電阻位於中央網關模塊和OBD2 插頭（導線束側）內。車輛內的 OBD-II 存取接口保持不變。線腳佈置：16 = 總線端 30，5 = 總線端 31，14 + 6 = 診斷通信接口，3+11+12+13 = 以太網編程接口，8 = 以太網啟用。

FlexRay 以跨系統方式實現行駛動態管理系統和發動機管理系統的聯網，目標是在電氣與機械電子組件之間實現可靠、實時、高效的數據傳輸，以確保現在和將來車內創新功能的聯網。除較高帶寬外，FlexRay 還支持實時數據傳輸且能以容錯方式進行配置，即個別組件失靈後餘下的通信系統仍能可靠地繼續運行。與大多數總線系統一樣，為了避免在導線上反射，FlexRay 上的數據導線兩端也使用了終端電阻（作為總線終端）。這些終端電阻的阻值由數據傳輸速度和導線長度決定。終端電阻位於各控制單元內。如果一個總線驅動器上僅連接一個控制單元則總線驅動器和控制單元的接口各有一個終端電阻。中央網關模塊的這種連接方式稱為“終止節點終端”。通過測量（無電流，因為在動態模式下，電氣影響可能會引起波湧阻抗提高，從而出現數據傳輸問題）FlexRay 總線確定導線或終端電阻時，必須使用車輛電路圖。如果控制單元上的接口不是物理終止節點，則稱為 FlexRay 傳輸和繼續傳輸導線。在這種情況下，每個總線路徑端部的兩個組件必須以終端電阻終止。受這種終端形式的電阻 / 電容器電路所限，無法通過測量技術在控制單元插頭上對其進行檢查。

LIN 是一個單線系統形式的子總線，其供電電壓和信號傳輸電壓與蓄電池電壓相同。由於數據傳輸率較低，因此無需使用總線終端電阻 LIN 是數字信號，測量的信號電壓有效值具有高電位和低電位，通過萬用表測量無法判斷信號的變化有效性，需通過波形測量。

BSD 位串行數據接口用於能量管理系統，當前蓄電池溫度直接通過蓄電池負極上的智能型蓄電池傳感器（IBS）進行測量並通過 LIN 總線傳輸至發動機管理系統（DME/DDE），DME 內部高級電源管理系統根據獲得的蓄電池溫度設置充電電壓規定值，然後通過位串行數據接口（BSD）將相關信息發送至發電機，讓發電機根據蓄電池溫度進行電壓調節。BSD 接口中斷時，高級電源管理系統執行應急運行功能。此時發電機電壓恆定設置為 14.3 V。在發動機管理系統的故障代碼存儲器中輸入“BSD 通信”代碼