某車型電子儀表抗干擾研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

丁愛峰，廖　望，胡勝云，郭朝暉，曹文輝，諶　軍

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌　330001）

某車型電子儀表抗干擾研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)

丁愛峰，廖望，胡勝云，郭朝暉，曹文輝，諶軍

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌330001）

針對(duì)一種汽車電子儀表失效的問題，闡述故障原因排查的過程，并通過改進(jìn)儀表內(nèi)部元件的參數(shù)，提高儀表抗干擾能力，最后成功實(shí)施有效的解決方案。

汽車電子儀表；點(diǎn)火開關(guān)；抗干擾；抖動(dòng)電壓

汽車儀表是用來指示車輛運(yùn)行以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，以便駕駛員隨時(shí)了解各系統(tǒng)的工作情況，保證汽車安全而可靠地行駛［1］。隨著汽車電氣設(shè)備的不斷增多，不可避免會(huì)發(fā)生電子干擾的現(xiàn)象，而有些干擾將導(dǎo)致電子儀表功能失效，從而影響駕駛員的行車安全，可能造成嚴(yán)重后果。因此，提高電子儀表的抗干擾能力，避免電子儀表失效，對(duì)提高駕駛員的行車安全具有非常重要的意義。

本文對(duì)一種組合儀表失效的故障進(jìn)行分析，用示波器測(cè)試電路的電壓波形，確認(rèn)故障來源，并對(duì)比優(yōu)化前后的儀表電壓參數(shù)，證實(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的儀表具有更強(qiáng)的抗干擾能力，有效地解決了儀表失效故障。

1　故障描述與分析

1.1故障描述

①當(dāng)點(diǎn)火鑰匙由ACC擋到ON擋時(shí)，組合儀表指示燈正常顯示，但所有的指針都沒有反應(yīng)；②當(dāng)點(diǎn)火鑰匙由ON擋到ST擋，汽車可以正常起動(dòng)，組合儀表指針故障依舊；③汽車斷電后重新上電，有時(shí)故障依舊，有時(shí)故障消除，在行駛過程中不會(huì)出現(xiàn)此故障；④更換新的儀表后依舊出現(xiàn)上述故障。

1.2故障分析

由于故障車儀表失效只出現(xiàn)在ACC擋到ON擋時(shí)，且更換新儀表故障依舊，所以判斷儀表是受到外部電路的影響而導(dǎo)致的失效。

對(duì)與儀表相關(guān)的電器部件逐一斷電排查，判斷相關(guān)部件是否對(duì)儀表產(chǎn)生了影響，判斷后再恢復(fù)電路正常狀態(tài)，最后對(duì)點(diǎn)火開關(guān)進(jìn)行ABA互換，儀表故障徹底消除，所以確定點(diǎn)火開關(guān)對(duì)電子儀表產(chǎn)生了干擾，導(dǎo)致儀表失效。各電器部件排查順序如圖1所示。

圖1　與電子儀表相關(guān)的電器部件排查

2　干擾源的分析

2.1點(diǎn)火開關(guān)干擾源檢測(cè)

確認(rèn)點(diǎn)火開關(guān)存在干擾信號(hào)影響電子儀表的正常工作，所以將點(diǎn)火開關(guān)插接件拔開，用示波器檢測(cè)點(diǎn)火開關(guān)在ACC擋到ON擋時(shí)輸出端電壓的變化，測(cè)試的波形圖見圖2。從波形圖可以看出，在點(diǎn)火開關(guān)上電的瞬間，電壓存在較大的抖動(dòng) （統(tǒng)一稱為 “抖動(dòng)電壓”），這有可能就是造成電子儀表失效的原因。

圖2　點(diǎn)火開關(guān)電壓輸出波形圖

2.2電子儀表內(nèi)部電路分析

該款車型儀表部分電路原理圖如圖3所示。其中C1為0.01 μF的靜電屏蔽電容，屏蔽外部電路的靜電干擾；C3為0.01μF的高頻濾波電容，濾除外部電路高頻干擾；電阻R1與R2構(gòu)成分壓電路的同時(shí)，與C4構(gòu)成π型RC濾波電路，濾除外部電路的雜波。假設(shè)點(diǎn)火開關(guān)電源輸入儀表，通過儀表電路濾波處理后，還存在某種干擾，就有可能導(dǎo)致儀表主控芯片IC2失效，就是通常所說的 “死機(jī)”。

圖3　某車型電子儀表部分電路圖

2.3電子儀表內(nèi)部PIN32針腳波形檢測(cè)

在故障車上檢測(cè)儀表主機(jī)輸入電壓，用示波器檢測(cè)電路板PIN32針腳的波形，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)由ACC擋到ON擋時(shí)，其波形圖見圖4。從波形圖中可以看出，進(jìn)入主控芯片IC2的電壓依舊存在 “抖動(dòng)”。

2.4抖動(dòng)電壓對(duì)儀表主機(jī)的干擾分析

儀表主機(jī)IC2通過監(jiān)控PIN32上的電壓值來判斷點(diǎn)火開關(guān)的動(dòng)作。采樣頻率為4MHz，上升沿觸發(fā)。當(dāng)電壓大于3.3 V時(shí)，判斷開關(guān)接通；當(dāng)電壓小于1.7 V時(shí)，判斷開關(guān)斷開。假設(shè)主機(jī)IC2的PIN32在極短的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)采集到大于3.3V開機(jī)閾值電壓和小于1.7V的關(guān)機(jī)閾值電壓，芯片會(huì)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行開機(jī)和關(guān)機(jī)動(dòng)作，就會(huì)造成芯片 “死機(jī)”，使得輸出端無信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，儀表水溫、轉(zhuǎn)速、車速、燃油量、里程表均無顯示。從故障車上儀表的PIN32端的波形圖可以看出，其抖動(dòng)電壓頻率在1.5～10 kHz，持續(xù)時(shí)間為5～40ms，電壓幅值為0～10V，完全可以造成主機(jī)芯片死機(jī)。

圖4　電子儀表PIN32端波形圖

3　優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1點(diǎn)火開關(guān)的分析

此車型上所用的點(diǎn)火開關(guān)為滑片式點(diǎn)火開關(guān)，屬于機(jī)械式開關(guān)的一種，起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)電壓是不可避免的，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)未對(duì)電壓抖動(dòng)的范圍提出要求，行業(yè)內(nèi)一般規(guī)定抖動(dòng)電壓持續(xù)時(shí)間應(yīng)在20 ms以內(nèi)，此點(diǎn)火開關(guān)符合此項(xiàng)規(guī)定。所以通過提高電子儀表的抗干擾能力來解決此類故障，才是最佳選擇。

3.2電子儀表抗干擾優(yōu)化［2］

點(diǎn)火開關(guān)的電經(jīng)過C3濾波后，電壓U1包括直流分量UI（AV）和交流分量，交流分量取基波分量最大值UI1m表示，則可求得輸出電壓直流分量UO（AV）和交流分量基波最大值UO1m，分別為

式中：R″=R1∥R2；ω——觸點(diǎn)抖動(dòng)電壓基波角頻率。由式 （2）可知，為了得到更好的濾波效果，應(yīng)取1/（ωC4）＜＜R″，此時(shí)，式 （2）可以簡(jiǎn)化為

由式 （1）可得，點(diǎn)火開關(guān)接通后，輸入到IC2的PIN32的直流電壓為點(diǎn)火電壓的一半，約為6.5 V。由式 （3）得，在ω不變的情況下，C4和R″越大，則濾波效果越好，但R2、C4的大小決定充放電時(shí)間的長(zhǎng)短，如果充電時(shí)間長(zhǎng)，則點(diǎn)火后，儀表顯示數(shù)據(jù)的時(shí)間就越長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致駕駛員抱怨。經(jīng)過測(cè)試，此處充電時(shí)間t應(yīng)小于3.5ms為宜。其中，充電時(shí)間計(jì)算公式t=R2C4×ln［Ucc/（Ucc-Ut）］（4）

式 （4）中Ucc為6.5V，Ut為開機(jī)閾值電壓3.3V?？傻贸霾煌腞2、C4對(duì)應(yīng)的儀表充電時(shí)間t，其相互關(guān)系如表1所示。所以最終將R2和C4的參數(shù)選定為：R2=47 kΩ，C4=0.1μF。

表1　C4、R2和t的相互關(guān)系

由以上分析可以看出，為了既達(dá)到濾波的效果，又滿足客戶對(duì)儀表響應(yīng)速度的要求，把R1、R2、C4的參數(shù)由39 kΩ、39 kΩ、0.01 μF調(diào)整為47 kΩ、47 kΩ、0.1μF。優(yōu)化后的電路圖見圖5。

圖5　優(yōu)化后儀表電路圖

3.3優(yōu)化后電子儀表PIN32針腳波形檢測(cè)

將內(nèi)部電路優(yōu)化后的儀表裝在故障車上，重復(fù)2.3所述步驟，用示波器檢測(cè)優(yōu)化后儀表電路板PIN32針腳的波形，其波形圖如圖6所示。從波形圖中可以看出，抖動(dòng)電壓消除，進(jìn)入主控芯片IC2的電壓平穩(wěn)，儀表失效故障消除。

圖6　優(yōu)化后儀表PIN32針腳波形圖

4　總結(jié)

在本案例中，面對(duì)儀表失效故障，通過示波器對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)，分析儀表內(nèi)部電路的性能參數(shù)，確認(rèn)抖動(dòng)電壓對(duì)儀表芯片的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn) “死機(jī)”現(xiàn)象。最后通過調(diào)整儀表內(nèi)部元件參數(shù)，提高儀表的抗干擾能力，非常便捷地完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功解決了汽車起動(dòng)時(shí)儀表失效的故障。

［1］朱占平，劉克銘，田國(guó)紅.汽車電器［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

［2］陳永強(qiáng)，魏金成，吳昌東.模擬電子技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2013.

（編輯心翔）

Vehicle Dashboard Anti-interference Research and Optimization

DING Ai-feng，LIAO Wang，HU Sheng-yun，GUO Zhao-hui，CAO Wen-hui，CHEN Jun
（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 330001，China）

Based on the dashboard function failure，this article demonstrates the troubleshooting procedures，and increases the dashboard anti-interference ability by changing internal component parameters，and finally conducts the solution successfully.

vehicle dashboard；ignition switch；anti-interference；fluctuate voltage

U463.7

A

1003－8639（2016）09－0056－03

2016-01-27；

2016-02-25

丁愛峰 （1977-），女，工程師，主要從事汽車電器設(shè)計(jì)工作；廖望 （1986-），男，助理工程師，主要從事汽車內(nèi)飾及電器設(shè)計(jì)工作；胡勝云 （1984-），男，助理工程師，主要從事汽車電器設(shè)計(jì)工作；郭朝暉 （1989-），男，助理工程師，主要從事汽車電器設(shè)計(jì)工作。