◆文/山東 劉春暉

新寶馬3系F30平臺普通車輛電氣系統(tǒng)技術(shù)剖析(一)

◆文/山東 劉春暉

2012年7月13日，基于“F30”平臺的寶馬新世代3系列在中國正式發(fā)布，現(xiàn)已開始銷售。新寶馬328i使用新的4缸渦輪增壓發(fā)動機，0-100km/h加速僅需5.9s，與6缸渦輪增壓發(fā)動機相比，只相差0.4s，從加速性能上來說，性價比很高。寶馬新世代3系列除了大家熟悉的四門、雙門、敞篷、旅行車版本之外，還加入了一位新成員，即3-GT series。新3系將采用寶馬MSB車身架構(gòu)。本文將介紹寶馬新3系F30平臺普通車輛電氣系統(tǒng)技術(shù)剖析。

F30平臺的車輛電氣系統(tǒng)絕大部分以當(dāng)前寶馬車型為基礎(chǔ)，本文沒有涉及到的普通車輛電氣系統(tǒng)方面的技術(shù)信息可參見新寶馬7系F01/F02車型的相關(guān)資料。F30平臺采用了F20平臺車型已有的多個集中式控制單元。與F20平臺類似，F(xiàn)30平臺安裝了前部電子模塊(FEM)和后部電子模塊(REM)兩個控制單元。FEM和REM控制裝置取代曾在E90上使用過的控制單元，如接線盒(JB)、腳部空間模塊(FRM)、便捷登車及啟動系統(tǒng)(CAS)、舒適登車系統(tǒng)(CA)和駐車距離控制(PDC)等。

一、車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

1.總線概覽

F30平臺使用FlexRay作為實現(xiàn)行駛動態(tài)控制系統(tǒng)與發(fā)動機管理系統(tǒng)之間聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)總線，F(xiàn)30平臺總線概覽如圖1所示，F(xiàn)30平臺的FlexRay系統(tǒng)電路圖如圖2所示。在集成于FEM的中央網(wǎng)關(guān)模塊(ZGM)內(nèi)，裝有四個總線驅(qū)動器的星形連接器，總線驅(qū)動器將控制單元數(shù)據(jù)通過通信控制器傳輸給ZGM，F(xiàn)lexRay控制單元連接在這些總線驅(qū)動器上。為了避免在導(dǎo)線上反射，數(shù)據(jù)導(dǎo)線兩端都使用總線電阻。車身控制器區(qū)域網(wǎng)2(K-CAN2)以較高的數(shù)據(jù)傳輸率(500kBit/s)實現(xiàn)控制單元之間的通信。通過ZGM，K-CAN2也與其他總線系統(tǒng)相連。動力傳動系統(tǒng)控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)2(PT-CAN2)是動力傳動系控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(PT-CAN)在發(fā)動機和變速器控制范圍內(nèi)的冗余裝置。

為了對整車進行快速編程，F(xiàn)30平臺帶有一個以太網(wǎng)訪問接口。由于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率很高(100MBit/s)，因此取消了連接MOST總線系統(tǒng)的編程接口。主控單元也可連接以太網(wǎng)，通過這一連接對MOST設(shè)備進行編程。在F30平臺上，F(xiàn)EM/ZGM負責(zé)在車輛內(nèi)部將電碼發(fā)送到總線上并通過K-CAN2傳輸給主控單元，隨后主控單元將其發(fā)送到MOST上。CIC High(Professional導(dǎo)航系統(tǒng))的導(dǎo)航數(shù)據(jù)保存在其硬盤上，通過OBD-II接口的以太網(wǎng)訪問接口和車輛內(nèi)部ZGM與CIC間的以太網(wǎng)連接對這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行更新，也可以通過DVD驅(qū)動器進行更新。車輛帶有CIC Basic 2(Business導(dǎo)航系統(tǒng))時，通過以太網(wǎng)或連接相應(yīng)USB接口的USB閃存盤對導(dǎo)航數(shù)據(jù)進行更新。連接OBD-II的D-CAN用于在經(jīng)銷商機構(gòu)處由“授權(quán)第三方”進行車輛編程。法律規(guī)定，所有控制單元必須能夠通過D-CAN進行編程，進行HDD更新例外。

2.診斷訪問接口OBD-ⅠⅠ

與其他寶馬車輛一樣，診斷插座孔也位于左側(cè)A柱上。無論是通過D-CAN進行車輛診斷還是通過以太網(wǎng)連接車輛進行編程，都需通過OBD-II接口實現(xiàn)。

二、供電系統(tǒng)

1.部件結(jié)構(gòu)

F30平臺的供電系統(tǒng)電路圖如圖3所示，供電系統(tǒng)由車輛蓄電池、智能型蓄電池傳感器(IBS)、安全型蓄電池接線柱(SBK)、供電配電模塊(PDM)、前部配電盒、包含B+跨接啟動接線柱、發(fā)動機室配電盒、行李箱配電盒、蓄電池配電盒、蓄電池導(dǎo)線、啟動機、發(fā)電機組件等構(gòu)成，其構(gòu)成部件如圖4所示。

(1)蓄電池

蓄電池位于行李箱右側(cè)、活動廢物托盤的后方，位置如圖5所示。采用的是防磨損90Ah AGM蓄電池。

(2)線束

F30平臺供電系統(tǒng)更多地使用了鋁合金電導(dǎo)線用于供電。增加鋁合金材質(zhì)使用的目的是減輕重量和節(jié)省成本。59mm2的全鋁扁平式B+地板導(dǎo)線從B+過渡接線柱(后部)一直連接至B+跨接啟動接線柱(前部)。在發(fā)動機室配電盒和行李箱配電盒上均使用配備二級鎖定裝置(插頭位置保證裝置CPA)的插頭，這樣可使連接更加牢固。與F20平臺類似，F(xiàn)30平臺也使用了橫截面僅為0.22mm2的較細導(dǎo)線。表1列出了車輛上銅導(dǎo)線和鋁合金導(dǎo)線的使用情況，從前部配電盒至EPS和接地線導(dǎo)線EPS的導(dǎo)線橫截面取決于車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，17mm2鋁合金導(dǎo)線用于EPS Low；27mm2鋁合金導(dǎo)線用于EPS High或EPS+。

表1 F30平臺車輛上銅導(dǎo)線和鋁合金導(dǎo)線的使用情況

(3)配電盒

根據(jù)FEM/REM方案使用兩個獨立配電盒，發(fā)動機室配電盒(圖6)位于發(fā)動機室內(nèi)右側(cè)前圍板上。蓄電池配電盒(圖7)不再安裝于蓄電池上，而是固定在蓄電池前方的車輪罩上。負荷繼電器集成在FEM/REM內(nèi)的少數(shù)功能直接在FEM或REM內(nèi)部進行熔斷保護。這一點同樣適用于FEM控制的總線端30F。應(yīng)該注意的是，關(guān)閉端蓋時應(yīng)正確鎖止四個固定裝置，從而確保配電盒密封性。

2.穩(wěn)定車載網(wǎng)絡(luò)供電

在帶有發(fā)動機節(jié)能啟停功能MSA的車輛上，執(zhí)行啟動過程的頻率明顯增多，因此導(dǎo)致車載網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了保護某些對電壓敏感的電氣組件，在這些車輛上會根據(jù)配置情況安裝一個DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器負責(zé)為總線端30B_DC/DC提供恒定電壓，即使是在啟動過程中。在帶有Business導(dǎo)航系統(tǒng)(SA 606)、Professional導(dǎo)航系統(tǒng)(SA 609)或HarmanKardon環(huán)繞聲系統(tǒng)(SA 688)的任一選裝配置的車輛上安裝一個DC/DC轉(zhuǎn)換器。

3.能量管理系統(tǒng)

(1)充電狀態(tài)顯示

F30平臺處于運輸模式時，始終在運行過程中顯示蓄電池充電狀態(tài)，運輸人員可以及時為蓄電池充電以免電量過低繼而造成蓄電池損壞。經(jīng)銷商驗收車輛時可檢查蓄電池是否電量充足或是否需要更換。

(2)轉(zhuǎn)向功率影響

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(電動機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，EPS，其電路圖如圖8所示)耗電量很大。為了避免短時間降低轉(zhuǎn)向助力，F(xiàn)30平臺的能量管理系統(tǒng)會提前針對轉(zhuǎn)向力度較大的駕駛操控(駐車或三點式轉(zhuǎn)彎)做出響應(yīng)。為此需對特定輸入變量(例如車速、制動踏板操控和轉(zhuǎn)向角)進行分析。能量管理系統(tǒng)可采取以下措施：①提高怠速轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)點火角度從而提高發(fā)動機扭矩；②通過發(fā)電機提高車載網(wǎng)絡(luò)電壓；③關(guān)閉舒適功能(后窗玻璃加熱裝置、車外后視鏡加熱裝置和座椅加熱裝置)。

(3)前部配電盒

為了減小發(fā)電機產(chǎn)生車載網(wǎng)絡(luò)電壓波峰，在前部配電盒內(nèi)裝有一個電容器。更換損壞的電子扇時必須測量電壓波峰，如果波峰過大，說明電容器已損壞，必須進行更換。

4.EPS供電

F30平臺標(biāo)配EPS，作為選裝配置可提供Servotronic(SA216)和可變轉(zhuǎn)向比運動型轉(zhuǎn)向裝置(SA2VL)。可變轉(zhuǎn)向比運動型轉(zhuǎn)向裝置包含Servotronic功能。與傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，EPS可使平均油耗量降低約3%，有助于降低CO2排放量。

5.蓄電池防護功能

蓄電池防護識別出可能嚴(yán)重影響發(fā)動機啟動的危險蓄電池狀態(tài)并將相應(yīng)信息直接發(fā)送到客戶或?qū)汃R售后服務(wù)授權(quán)維修車間人員的移動電話上。蓄電池防護功能需要帶有藍牙連接的移動電話準(zhǔn)備選裝配置，具有通訊服務(wù)(SA 6NL)的USB設(shè)備以及有效的寶馬互聯(lián)駕駛協(xié)議。

在下列情況下，車輛將自動啟動寶馬遠程服務(wù)蓄電池防護呼叫功能。

(1)如果忘記關(guān)閉駐車燈/側(cè)燈，蓄電池電壓達到啟動性能的上限，那么寶馬遠程服務(wù)蓄電池防護功能將通過短信或電子郵件形式通知客戶。寶馬售后服務(wù)授權(quán)維修車間 也會收到類似信息。在德國、荷蘭和奧地利上市的F30平臺系列提供這項功能。

(2)如果存在總線喚醒信號、睡眠模式被關(guān)閉或備用電流違規(guī)造成蓄電池電壓達到啟動性能的下限，那么在下次啟動車輛時寶馬遠程服務(wù)蓄電池防護功能會將這一情況通知寶馬售后服務(wù)授權(quán)維修車間(總線端15開啟)。隨后，維修車間可主動聯(lián)系客戶，預(yù)約服務(wù)以排除故障。在德國、荷蘭和奧地利、美國和加拿大上市的F30平臺系列提供這項功能。

三、前部電子模塊(FEM)

F30平臺同F(xiàn)20平臺相似，也采用了前部電子模塊FEM。FEM取代接線盒(JB)、便捷登車及啟動系統(tǒng)(CAS)、舒適登車系統(tǒng)(CA)、腳部空間模塊(FRM)。ZGM作為獨立控制單元集成在FEM內(nèi)。FEM位于前乘客側(cè)的A柱上，安裝位置如圖9所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖10。

在FEM內(nèi)通過保險絲為以下功能提供保護：①轉(zhuǎn)向柱開關(guān)中心(SZL)、駕駛?cè)溯o助系統(tǒng)操作單元、車燈操作單元；②駕駛?cè)薒ED前燈模塊、后部電子模塊(REM)；③OBD-II插頭、IHKA；④車門外側(cè)拉手電子裝置；⑤電動車窗升降器；⑥中控鎖。

以下功能通過FEM內(nèi)的繼電器接通：①駕駛?cè)藗?cè)電動車窗升降器；②前乘客側(cè)電動車窗升降器；③中控鎖；④前燈清洗裝置；⑤啟動機；⑥喇叭；⑦刮水器擋位1/2，表2為FEM的功能與相關(guān)控制單元對比。

1.中央網(wǎng)關(guān)模塊(ZGM)

ZGM的任務(wù)是將所有總線系統(tǒng)彼此連接起來，通過這種方式連接可綜合利用總線系統(tǒng)提供的信息。ZGM能夠?qū)⒉煌瑓f(xié)議和速度轉(zhuǎn)換到其他總線系統(tǒng)上，可通過以太網(wǎng)將編程數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囕v上。在車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2020中，ZGM以模塊形式集成在FEM內(nèi)，可是說是控制單元內(nèi)的控制單元，因為FEM內(nèi)ZGM的工作方式就像是一個獨立的控制單元。擁有一個由引導(dǎo)裝載程序和應(yīng)用程序構(gòu)成的完整獨立軟件單元以及一個獨立的診斷地址。ZGM沒有設(shè)碼功能，引導(dǎo)裝載程序和應(yīng)用軟件可獨立于FEM進行刷新。