2015款宝马320Li转向柱开关中心功能失灵

2024年4月1日发(作者：海南马自达七座价格)

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任贺新(本刊编委会委员)

奥迪十佳技术培训师、一汽大众认证技术培训师、汽车免拆诊断技术专家。

长期在一线诊断疑难故障，擅长汽车电子电路、示波器免拆诊断、发动机机

械故障诊断等。曾任奥迪4S店和大型连锁综合汽修厂技术总监，现任辽宁锦

州奥星越秀汽车职业培训学校高级讲师。

2015款宝马320Li转向柱开关中心功能失灵

◆文/北京 任贺新

故障现象

一辆2015款宝马320Li(F35)，

搭载N20B20D型发动机，行驶里程

为50 000km。该车因车内进水而进厂维

修，经检查天窗前部排水孔堵塞，两前座

椅区域都有积水，修理工拆卸并晾晒前部

区域地毯，在恢复安装过程中出现雨刮开

关、转向灯和远光灯开关失灵，且雨刮器

处于应急状态，不受控制地一直在刮水。

故障诊断与排除

为避免雨刮因长时间工作而损坏，

先拔下了雨刮器插头，在连接ISTA读

取车辆故障信息，在前部电子模块FEM

中存储有故障码(图1)D90C0A-LIN主

控但愿K_LIN_16无通信。引导功能提

示：大于1s无通信，就会记录该故障

码，造成的后果是无法与转向柱开关中

心SZL通信。

在正式诊断之前，先简单了解一下宝

马车系前部电子模块FEM和转向柱开关中

心SZL的功能。

随着FEM的引入，以前的控制单元及

其功能由新一代产品所取代。FEM是车载

网络中的中央控制单元，同时也是其他控

制单元的网关。FEM承担了源自旧控制单

元中的脚步空间模块FRM、便捷进入启动

系统CAS、接线盒电子装置JBE和中央网

关模块ZGM的功能。FEM安装在前排乘客

侧脚步空间的A柱中。

SZL不再是控制单元，而是在电动

机械式助力转向系统EPS中检测转向

角。SZL的主要任务有：检测转向柱上

的开关信号；读取多功能方向盘内操作

元件的信号；将数据作为LIN总线上的信

息输出，或者通过直接导线传输数据；接

通环路信号(如驾驶员安全气囊)。SZL在

左右两侧各有一个转向柱开关，右侧转向

柱开关用于操作刮水清洗装置的功能，左

侧转向柱开关用于操作远光灯或转向信号

灯以及车载电脑的功能。SZL处理这两

个开关的信号，并将信息通过局域互联

网总线(LIN总线)发送至FEM，由FEM控

制单元执行请求。

FEM和SZL之间的电路连接关系如

图2所示(红色箭头所指线路为FEM至SZL

的LIN总线)，他们之间为LIN总线控制的主

从关系，其中FEM是主控单元，SZL为从

控单元。

图1 故障车内存储的故障信息

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数据帧的详细结构比较复杂，并且与本

车故障关系不大，为此不做详细介绍，但通

过图5可大致了解LIN总线数据帧的结构。

LIN总线的信号电压有隐形和显性两

种状态。隐形状态，没有信息发送时，数

据总线的电压接近蓄电池电压，即逻辑

“1”，此为隐形状态。有信息发送时，数

据总线切换到接地状态，即逻辑“0”，此

为显性状态(图6)。

为什么LIN总线上的信号电压是这样变

化的？这主要是与LIN总线收发器的结构有

关。主机和从机都通过LIN收发器连接LIN

图2 故障车型FEM和SZL相关电路

总线上，其中发送器转换需要传输的数据

并将数据发送到总线上，接收器负责读取

总线信号。LIN收发器将单线LIN导线的信

号转换到用于微控制器和收发器之间读取

和写入数据的标准双线接口，并将来自微

控制器的信号发送到LIN总线上。LIN发送

器的工作原理如图7所示。

LIN是Local Interconnect

Network(局域互联网络)的简称，局域互

联网意味着所有总线设备都位于一个有限

安装区域，例如驾驶员车门。这是一种低

成本的总线系统，可以在短距离内连接开

关、显示屏、传感器和执行机构等控制元

件。LIN总线是一种区域子网，它不能独

立工作，通常会与上层CAN网络相连，形

成CAN-LIN网关节点，再通过上一级的

CAN总线连接到车辆网络上去(图3)。LIN

总线采用的是单线传输形式，应用了单主

机多从机的结构，一个主机最多可连接16

个从机，传输速率最高为20kBit/s。

图4 主机控制LIN线上数据传输的过程

图5 LIN总线数据帧结构图

图3 LIN总线的主从关系

LIN总线是基于主从模式的通信系统，

主机控制总线上所有的通信过程，从机只

有在主机许可下才能向总线上发送消息。

主机怎样控制子网内每条数据的传输

过程呢？LIN总线的数据帧由帧头和应答

这两部分组成，主机向总线上发送请求(帧

头)，从机或主机根据帧头发送应答(图4)。

也就是说主机既能发送帧头也能发送应

答，而从机仅能发送应答。

图6 LIN总线的信号电压

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图7 LIN发送器的基本结构图8 LIN总线接收器的基本机构

发送器是在总线上生成信号的发送部

件，其输出级是一个NPN结构的三极管，

可以简单地将其理解为开关。当驱动器施

加高电位至三极管的基极时三极管导通，

LIN总线经输出级切换为接地状态，LIN

总线上电压接近0，即逻辑“0”的显性状

态。因为所有收发器都以并联方式连接至

数据导线，所以LIN总线的接地状态为显性

状态，它可以覆盖LIN总线接近蓄电池电压

的隐性状态。当驱动器不在三极管的基极

施加电压时，三极管断开，车载电压经二

极管和上拉电阻输出至LIN总线上，此时

LIN总线上的电压接近蓄电池电压，即逻辑

“1”的隐性状态。

上拉电阻可防止三极管导通时车载电

压对地短路，所有网络节点内都有上拉电

阻，在主机中其电阻值为1kΩ，在从机中

为30kΩ。上拉电阻前的二极管可防止电

流经LIN数据导线倒流至车载电网和控制

单元。

另外，前面提到LIN总线的最大传输

速度为20kBit/s，这是为什么？因为LIN数

据总线的信号沿较陡且电压升降量较大，

造成电磁干扰辐射较大，所以LIN规范中

规定信号电压的最大上升和下降速率时间

为1~3V/us，这样能获得较好的电磁兼容

性，但是限制了最大数据传输率。

LIN接收器的工作原理如图8所示。

接收器的核心部件是一个运算放大器，即

图8中的比较器，它将总线上电压与1/2车

载电压作比较，输出电压经图8中接收端口

传输至微控制器。当总线电压高于1/2车载

电压，运放输出高电位；当总线电压低于

1/2车载电压，运放将输出端接地电位。

了解了上述相关基础知识以后，再

来诊断这个故障就比较简单。拆下转向柱

的护板，在不断开插头连接的情况下，

用“背刺”的方式将探针连接至转向柱

中心插头A83*1B的11号针脚(故障码中的

LIN_16)。用万用表测量电压为10.45V，

这个电压是否正常？由于万用表的采样率

太低，所测电压为平均值，无法用于分析

故障。接着将示波器连接至刺针，测得波

形如图9所示。

LIN线电压以10.45V为中心上下波

动，变化幅度非常小，仅有0.5V左右，这

是什么原因导致的？将电压波形中的毛刺

部分放大(图10)后进行观察。从中依稀能

辨认出这是一个帧头，缺少应答部分。继

续观察其他毛刺，发现无应答的帧头数量

较多，仅少量数据帧是完整的。根据LIN总

线通信原理，仅在主机发出请求信息时，

从机才能参与数据交换，怀疑由于主机发

送的帧头电压差值太小，无法被从机识

别，从而产生LIN_16无通信故障码。

为什么前部电子模块FEM在LIN总线

发送的电压差值这么小呢？查看多个总线

图9 故障车LIN总线的电压波形

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设备的通信原理图发现，当主机模块FEM

发送数据时，线路电压走向是：SZL模块

的收发器→LIN总线→FEM收发器返回蓄

电池负极(图11)。第一次测量的位置在SZL

的插头处，根据原理图有两种原因会导致

故障波形：一是FEM模块内部损坏；二是

从测量点到FEM之间的线路存在虚接现象

(见图11中虚接电阻)。ZSL中的上拉电阻和

虚接电阻构成串联回路，根据串联分压原

理，假如虚接电阻远高于上拉电阻，FEM

中三极管接地瞬间，测量点处的电压就会

偏高。

用示波器再次测量FEM模块处的LIN

线波形，以验证LIN线是否虚接，没想到连

接好示波器后车辆突然恢复正常，接着用

手来回拽动线束，所测波形随着手部动作

一会儿正常，一会儿不正常，怀疑FEM模

块处的LIN线针脚虚接。

拔下FEM模块插头，用退针工具挑出

LIN线针脚，仔细观察发现针脚母头存在扩

孔现象，这是故障原因吗？将母头套在控

制器对应的公头针脚上，来回插拔母头，

发现活动非常自如，没有针脚接实的卡滞

感，由此判断母头扩孔的确导致针脚接触

不良。用尖嘴钳夹紧针脚母头，让针孔收

缩，修复FEM的LIN线针脚，随后装复插

头，经过长时间试车，故障不再出现，测

量LIN线电压波形也恢复正常，至此确认该

车故障被彻底排除。

图10 故障车LIN总线放大后的波形

维修小结

CAN总线依靠双绞线的结构来实现抗

干扰的目的，而单根导线的LIN总线又是

怎样抗干扰呢？为确保数据稳定传输，

LIN规范中规定了显性电平和隐形电平的

公差。接收器将接地及其内部供电电压

作为数据导线上的基准电压。如果电压

低于供电电压的40%，则接收器将该数值

解释为逻辑“0”或显性电平；如果电压

值超过60%，则为逻辑“1”或隐形电平

(图12)。对于发送器来说，规范中规定显

性和隐形电平与基准电压的最大允许偏差

为10%。

图11 FEM发送数据时LIN总线电压的走向

图12 接收器的电压限制

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