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故障现象 一辆2012 款宝马X6 xDrive35i车（开发系列号为E71），搭载N55发动机，累计行驶里程约为21.2万km。车主反映，车辆加速过程中，中央显示屏经常会提示“发动机异常”。 故障诊断 接车后，进行路试，加速时中央显示屏有时的确会提示“发动机异常”（图1），特别是在急加速时更容易出现。 图1 回厂后，用宝马专用故障检测仪（ISTA）检测，系统存储有两个与发动机相关的故障代码，分别为故障代码“002C58 增压压力调节：作为后续反应关闭”“002D9F 进气凸轮轴传感器，可信度：信号不可信”，故障代码的状态为当前不存在（图2）。对故障代码进行分析，判断故障代码“002C58”是由故障代码“002D9F”导致的连锁故障。 图2 查阅相关资料得知，在N55发动机气缸盖上安装有进气凸轮轴传感器和排气凸轮轴传感器，分别检测进、排气凸轮轴的位置，为此在各自可调式凸轮轴（VANOS）前部固定了一个信号齿盘。如图3所示，凸轮轴信号齿盘有6个不同的齿面距离，凸轮轴传感器探测这些齿面距离，数字式发动机电子伺控系统（DME）据此计算凸轮轴转速、凸轮轴调整速度和凸轮轴的确切位置，高电位信号对应信号齿盘的缺口位置，低电位信号则对应信号齿盘的齿面位置。进气凸轮轴传感 图3 器连同曲轴传感器一起，是全顺序喷射装置所必需的，可确保每个气缸的燃油喷射都在最佳点火时刻。另外，进、排气凸轮轴传感器还发出凸轮轴位置的反馈信号，以用于对可调式凸轮轴（VANOS）调节。根据故障代码的提示，结合进、排气凸轮轴传感器的工作原理分析，推测可能的故障原因有：进气凸轮轴传感器信号齿盘变形或损坏；进气凸轮轴传感器损坏；进气凸轮轴传感器与信号齿盘之间的间隙不对，如气缸盖变形、传感器没有安装到位等；进气凸轮轴传感器线路故障；DME软件或硬件故障。 查阅进、排气凸轮轴传感器电路（图4），在进气凸轮轴传感器导线连接器X6214上连接宝马专用测量适配器612390，测量进气凸轮轴传感器的供电端子3与搭铁端子2之间的电压，为12.17 V，正常。 图4 为了方便对比进、排气凸轮轴传感器的信号，在DME导线连接器X60003处连接宝马专用测量适配器614190（图5），使用宝马示波器IMIB R2双通道测量进、排气凸轮轴传感器的信号波形（备注：通道1红表笔接端子52，通道2红表笔接端子51，2个通道黑表笔均接车身搭铁）。 图5 起动发动机，怠速运行时测得的进、排气凸轮轴传感器的信号波形如图6所示（绿色的信号波形为排气凸轮轴传感器信号波形，红色的信号波形为进气凸轮轴传感器信号波形），未发现任何异常。 图6 由于故障在急加速时比较容易出现，尝试原地不断地急踩加速踏板至3000 r/min左右再松掉，同时观察进、排气凸轮轴传感器的信号波形变化，踩了七八次加速踏板后，仪表盘突然提示“发动机异常”，此时捕捉到的信号波形如图7所示，发现进气凸轮轴传感器信号波形的中间长高电位会有短暂的下拉，进气凸轮轴旋转一圈由3个高电位变成了4个高电位。从原理去分析波形，长高电位时，进气凸轮轴传感器探头应该位于信号齿盘的大缺口位置，在这波形长高电位的中后部突然下拉，说明在信号齿盘大缺口的位置产生了一个“齿面”，怀疑进气凸轮轴信号齿盘的大缺口位置有异物附着在上面或进气凸轮轴传感器探头上有异物。 图7 拆检进气凸轮轴传感器，未发现传感器表面有异物附着。为了方便排查进气凸轮轴传感器信号齿盘，于是决定进一步拆卸气门室罩盖。拆下气门室罩盖，检查发现进气VANOS调整装置的复位弹簧有点逃了出来（向信号齿盘方向移动），刚好横在了进气凸轮轴传感器信号齿盘的大缺口上（图8）。 图8 那么为何怠速时进气凸轮轴传感器信号波形正常，而在加速时有时信号波形不正常呢？观察进气VANOS调整装置的复位弹簧（图9），复位弹簧的一端固定在VANOS调整装置（即进气凸轮轴链轮）的外壳上，另一端固定到VANOS调整装置的摆动转子的轴心上（即与进气凸轮轴相连）。 加速时，在机油压力的作用下进气VANOS调整装置的摆动转子带着进气凸轮轴沿发动机旋转方向调节，达到提前打开进气门的目的。当发动机熄火后，在复位弹簧的弹簧力作用下进气凸轮轴沿发动机旋转的反方向回到初始位置。 在加速时，随着凸轮轴向提前方向调节，复位弹簧就会张得更开，意味着横在信号齿盘大缺口上的复位弹簧离进气凸轮轴传感器的探头更近，当达到一定的间隙时，进气凸轮轴传感器就会误识别到一个信号齿盘的“齿面”，这时进气凸轮轴传感器的信号波形就变成了低电位，错误的进气凸轮轴传感器信号从而导致了发动机运行故障。 那复位弹簧为何会向信号齿盘方向移动呢？推测很可能是车主经常暴力驾驶车辆，再加上进气VANOS调整装置上的复位弹簧本身存在疲劳松动，导致复位弹簧慢慢产生轴向移动。 图9 故障排除 更换进气VANOS调整装置（备注：新更换的进气VANOS调整装置在复位弹簧前部安装了塑料盖罩，以防复位弹簧逃出）后反复试车，上述报警提示不再出现，至此故障排除。 作者：任超

1 前言 BMW Mobility Services（宝马出行服务） 是 BMW 集团旗下的一个业务集团，致力于开发创新的解决方案，以满足城市人口不断变化的出行需求。到 2030 年，预计超过 60% 的世界人口将于城市居住，因此，BMW Mobility Services 正在致力于打造推出如汽车共享等融入城市生活方式的出行服务及其他出行概念。 2 背景 BMW Mobility Services 针对车队运营商开发了一项提供此类服务的汽车共享产品。该服务使车队运营商能够实现车队远程管理、单个车辆命令远程发出（例如锁定/解锁）以及每辆车数据的远程收集。BMW 集团的汽车共享服务“DriveNow”（自 2019 年 2 月 22 日起成为 SHARE NOW 的一部分）使用的即是该汽车共享产品，当时已在欧洲 12 个城市完成推广。 3 难点 普遍可用性是汽车共享服务的关键标准之一，客户都希望汽车能够及时可靠使用，然而，由于覆盖范围、地区气候以及其他不确定因素等，许多城市的网络无法保证可靠连接。 解决网络延迟和网络可靠性问题是移动行业的一个关键挑战。 此处引入传统汽车行业模式与车辆远程通信基于的“触发拉动概念”，车辆通信通过 SMS 消息启动，该消息会唤醒车载客户端系统，然后启动 HTTP 会话以连接后端云服务。 这个概念的挑战在于： ① SMS 是不可预测的； ② 考虑到消息大小以及建立 HTTP 会话所需的消息数量，HTTP 速度很慢且网络成本很高。 为了成功实现汽车共享应用程序，就需要一个更为可靠的替代方案完成消息传递。MQTT 作为一种稳定可靠的物联网协议，常用于建立 IP 连接并实现远程设备数据移动，其轻量级设计、发布/订阅方法和服务质量级别十分吻合汽车共享应用程序的可靠性及效率要求。 ​ 将 MQTT 用于汽车共享服务是宝马移动服务乃至汽车行业的一大创新。BMW Mobility Services 在寻找能够支持此项目的行业合作伙伴过程中，基于对 IoT 和 MQTT 的广泛调查，最终选择 HiveMQ 作为搭建此项目的 MQTT 平台。 4 成效 自2014 年起，BMW Mobility Services 便开始使用 HiveMQ 完成其汽车共享服务的消息传递。BMW Mobility Services 汽车共享服务目前正在使用的 HiveMQ 架构由数百个Java编写的停靠微服务组成，这些微服务运行在 Amazon Web Services（亚马逊网络服务）托管的Kubernetes集群上。 ​ HiveMQ 每分钟可处理来自高达 80,000 个同时连接的客户端、超过 90,000 个事务的生产负载，最重要的是，BMW Mobility Services 可在网络服务不可靠的领域中为客户提供可靠服务。 考虑到 HiveMQ 带来的巨大效益，BMW Mobility Services 又采用了 HiveMQ 扩展方案，以充当在后端微服务之间移动数据的内部消息传递总线。 ​ BMW Mobility Services 使用 HiveMQ 扩展作为其后端系统内部数据共享平台，使用 MQTT 发布/订阅模式，后端服务可以轻松订阅经由 HiveMQ 代理传递的车辆数据。例如，分析服务开发了一个 MQTT 客户端，可将其对应的消息馈送到 Kafka 中进行进一步分析，车辆数据可立即被后端服务转换，由此，数据集成过程变得更加直接、可扩展。 5 方案 HiveMQ 简介 HiveMQ 是一个基于 MQTT 数据传输的通信平台， 旨在将数据快速、高效、可靠地传递给连接的物联网设备 ，HiveMQ 使用 MQTT 协议在设备和企业平台之间进行实时、双向的数据推送。 ​ HiveMQ 的建立是为了解决企业在构建新的物联网应用时面临的一些关键技术挑战，包括： 构建可靠、可扩展的关键业务物联网应用 快速的数据交付，以满足终端用户对响应式物联网产品的期望 通过有效利用硬件、网络和云资源降低运营成本 将物联网数据整合到现有的企业系统中 ​ HiveMQ 提供 免费版 、 专业版 、 企业版 MQTT Broker 产品，并提供 Kafka、企业安全及 MQTT Broker 桥接 三种企业级扩展套件 ，HiveMQ 还提供高效的 MQTT 客户端及云平台，多方位满足用户需求。 ​ 如果想要了解更多信息，可以扫描屏幕下方的二维码获取更多精彩内容！ ​