組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問(wèn)題排查與改進(jìn)

王淑琴

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130011）

組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問(wèn)題排查與改進(jìn)

王淑琴

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長(zhǎng)春 130011）

為了解決組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問(wèn)題，通過(guò)各種失效模式分析，找出所有可能引起數(shù)據(jù)復(fù)位的原因，并針對(duì)每個(gè)原因逐一排查，最終找出問(wèn)題原因，并制定解決方案。通過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，徹底解決問(wèn)題。

組合儀表；復(fù)位；晶振

1 故障現(xiàn)象

2016年6月，一汽某車(chē)型售后反饋：有14例用戶的車(chē)輛在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)組合儀表顯示信息除總里程外的其他數(shù)據(jù)均復(fù)位。

2 故障排查

2.1 故障失效模式

能夠引起組合儀表內(nèi)部數(shù)據(jù)復(fù)位的原因，經(jīng)分析有以下幾方面。

1）硬件 ①電源芯片：組合儀表負(fù)載過(guò)大，導(dǎo)致電源芯片過(guò)載，使得MCU復(fù)位；②整車(chē)起動(dòng)過(guò)程中蓄電池電壓過(guò)低，導(dǎo)致MCU復(fù)位；③子晶振：儀表由睡眠至喚醒過(guò)程中，子晶振（32.768 kHz）不穩(wěn)定、無(wú)規(guī)律、偶發(fā)性停振。

2）軟件 ①看門(mén)狗：看門(mén)狗設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位；②堆棧溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。

3）連接器匹配問(wèn)題 ①在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，B+和IG同時(shí)斷開(kāi)，IG又連接上（B+連接與否表現(xiàn)結(jié)果是一樣的）；②IG OFF后，B+斷開(kāi)又連接上。

2.2 故障原因

根據(jù)以上故障失效模式，對(duì)其進(jìn)行逐一排查，找出故障原因。

1）是否負(fù)載過(guò)大，導(dǎo)致電源芯片過(guò)載，使得MCU復(fù)位。組合儀表的工作負(fù)載包括：液晶屏、步進(jìn)電機(jī)式車(chē)速表、步進(jìn)電機(jī)式轉(zhuǎn)速表、24個(gè)LED、蜂鳴器。組合儀表負(fù)載的供電電源來(lái)自兩部分，一部分直接由B+供電模塊供電，一部分負(fù)載電源來(lái)自于電源芯片。將售后返回的14個(gè)故障件進(jìn)行最大負(fù)載模擬，測(cè)試負(fù)載大小，直接測(cè)試總工作電流（總工作電流=B+供電電流+電源芯片供電電流）。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，組合儀表在全負(fù)荷工作的情況下，總工作電流僅為0.33～0.39 A，電源芯片最大負(fù)載為500 mA，所以判定：電源芯片的負(fù)載未出現(xiàn)超載情況。

2）整車(chē)起動(dòng)過(guò)程中是否蓄電池電壓過(guò)低，導(dǎo)致MCU復(fù)位。測(cè)試14個(gè)樣件，查看每個(gè)樣件復(fù)位電壓，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，14個(gè)樣件在6.3～6.5 V時(shí)，至少持續(xù)5 s進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，在3.3～3.6 V時(shí)，至少持續(xù)1 s進(jìn)入復(fù)位。

整車(chē)?yán)淦饎?dòng)試驗(yàn)進(jìn)行過(guò)多次，在多次試驗(yàn)結(jié)果中，蓄電池最低電壓可達(dá)到7 V，計(jì)算蓄電池端至組合儀表端的電壓降最多為0.1 V，所以組合儀表B+端的電壓最低為6.9 V。

綜合上述結(jié)果，排除“起動(dòng)過(guò)程中蓄電池電壓過(guò)低導(dǎo)致MCU復(fù)位”這個(gè)可能性。

3）針對(duì)儀表由睡眠至喚醒過(guò)程中是否子晶振（32.768 kHz）不穩(wěn)定、無(wú)規(guī)律、偶發(fā)性停振，引起數(shù)據(jù)復(fù)位。

此車(chē)型組合儀表晶振電路分兩部分，主晶振8 MHz給單片機(jī)提供頻率信號(hào)，子晶振32.768 kHz給時(shí)鐘提供頻率信號(hào)，32.768 kHz晶振在睡眠之后替代8 MHz晶振工作，儀表喚醒后切換回8 MHz晶振，目的是降低單片機(jī)功耗（靜態(tài)電流≤1 mA）。

連接好測(cè)試設(shè)備，試圖復(fù)現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象，測(cè)試當(dāng)問(wèn)題復(fù)現(xiàn)時(shí)是否為子晶振不起振引起。根據(jù)售后反饋的“車(chē)輛在起動(dòng)過(guò)程中存在數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象”，所以針對(duì)可能產(chǎn)生這一現(xiàn)象的潛在因素進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試步驟：①長(zhǎng)時(shí)間斷電后再恢復(fù)上電：在測(cè)試車(chē)輛上，每天晚上不拆下儀表，即保持蓄電池連接，第2天首次IG上電時(shí)，觀察儀表數(shù)據(jù)是否復(fù)位。并且輪換14塊儀表，保證每塊儀表均被測(cè)試；②車(chē)輛恢復(fù)上電后，將車(chē)上用電設(shè)備（收音機(jī)，空調(diào)，喇叭，刮水，遠(yuǎn)光，左/右轉(zhuǎn)向，室內(nèi)燈，除霧裝置等）進(jìn)行開(kāi)啟/關(guān)閉測(cè)試；③同時(shí)多次無(wú)間隔反復(fù)通斷IG進(jìn)行測(cè)試。

按照以上方式連續(xù)測(cè)試1個(gè)月，未出現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象，故未排除子晶振問(wèn)題。

4）是否看門(mén)狗設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。①分析單片機(jī)看門(mén)狗寄存器配置，例如設(shè)置看門(mén)狗寄存器、定時(shí)看門(mén)寄存器、開(kāi)啟看門(mén)狗寄存器、清零看門(mén)狗寄存器等，未發(fā)現(xiàn)異常；②檢查程序各模塊中是否及時(shí)喂狗、喂狗的合理性、會(huì)不會(huì)出現(xiàn)因沒(méi)喂狗導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位、儀表數(shù)據(jù)復(fù)位，未發(fā)現(xiàn)異常；③復(fù)驗(yàn)各指令正確性，確保程序可實(shí)施性，未發(fā)現(xiàn)異常。

5）是否堆棧溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。①堆棧問(wèn)題屬于芯片底層驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，由芯片廠家進(jìn)行分析。分析結(jié)果為正常；②start.asm為芯片廠商固化好的驅(qū)動(dòng)程序，儀表程序滿足芯片廠商要求。

6）是否連接器匹配不良導(dǎo)致。將1個(gè)故障儀表以及4個(gè)非故障儀表提供給線束供應(yīng)商，要求按照一汽的連接器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果：5個(gè)儀表連接器匹配測(cè)試均符合一汽標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 故障真因

2.3.1 綜合分析

1）針對(duì)引起組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位的原因進(jìn)行了逐一排查，除“子晶振問(wèn)題導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位”這一原因沒(méi)有排除外，其他原因已經(jīng)排除。

在2015年11月，多輛車(chē)的組合儀表曾出現(xiàn)過(guò)死機(jī)、黑屏、不工作現(xiàn)象，這些問(wèn)題是由于子晶振不起振造成的，當(dāng)時(shí)采取如下措施：①對(duì)儀表廠家的庫(kù)存晶振返廠重新逐一測(cè)試，篩選出不合格產(chǎn)品；②要求晶振廠家對(duì)后期供貨產(chǎn)品增加溫度沖擊試驗(yàn)6 h、高溫工作試驗(yàn)24 h、低溫工作試驗(yàn)12 h、再流焊15 min等苛刻工藝流程把關(guān)，確保出廠晶振產(chǎn)品性能穩(wěn)定（從2016年2月開(kāi)始實(shí)施）。

2）質(zhì)保人員反饋：將14個(gè)故障件返廠前，曾在實(shí)車(chē)復(fù)現(xiàn)過(guò)數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象，具體現(xiàn)象為：在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，儀表先黑屏2 s后恢復(fù)正常工作，但數(shù)據(jù)已經(jīng)復(fù)位。

綜上，引起儀表數(shù)據(jù)復(fù)位的原因很可能是由于子晶振偶發(fā)不起振引起，需針對(duì)子晶振進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2.3.2 查找真因

1）晶振電路分析 晶振電路如圖1所示。起振電路均采用標(biāo)準(zhǔn)電路，電路中采用的20 pF匹配電容也是根據(jù)子晶振廠家、IC廠家提供的參數(shù)計(jì)算得出的。同時(shí)檢測(cè)輸出波形如圖2所示。

圖1 晶振電路

圖2 輸出波形

圖2波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，證明主晶振和子晶振電路設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題。

2）晶振參數(shù)測(cè)試 晶振的阻抗值出廠標(biāo)準(zhǔn)為≤50 kΩ，對(duì)14個(gè)故障件的子晶振阻值進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 晶振參數(shù)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，14個(gè)樣件，其中8個(gè)為不合格產(chǎn)品，但這能否推斷出是子晶振的問(wèn)題嗎？需要繼續(xù)挖掘。

3）確定故障件批次 根據(jù)售后反饋的14例故障儀表資料，查看故障車(chē)輛的生產(chǎn)日期，發(fā)現(xiàn)14個(gè)故障車(chē)輛生產(chǎn)日期均是2016年1月份以前的，也就說(shuō)故障儀表大都出廠在2015年。根據(jù)此信息可以確定故障儀表使用的晶振均為2016年1月（開(kāi)始晶振篩選）以前產(chǎn)品。

綜上分析，鎖定數(shù)據(jù)復(fù)位的故障原因?yàn)椋河捎?2.768 kHz 時(shí)鐘晶振不穩(wěn)定、無(wú)規(guī)律、偶發(fā)性停振造成組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位。

3 改進(jìn)方案

自2016年2月采取嚴(yán)格品質(zhì)把控措施后，經(jīng)過(guò)半年多的市場(chǎng)驗(yàn)證，雖然自改進(jìn)后，市場(chǎng)反饋的問(wèn)題沒(méi)有出現(xiàn)在2016年2月份以后出廠的組合儀表上，但是從提升產(chǎn)品品質(zhì)水平考慮，組合儀表供應(yīng)商主動(dòng)申請(qǐng)將原晶振（包括主晶振及子晶振）切換為另一家知名企業(yè)產(chǎn)品。更換后的晶振成本有所增加，但供應(yīng)商并不提高組合儀表供貨價(jià)格。故從2016年9開(kāi)始出廠的組合儀表主晶振及子晶振均采用更換廠家后的產(chǎn)品。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)“用戶起動(dòng)車(chē)輛后，發(fā)現(xiàn)除總里程外的其他數(shù)據(jù)均清零”問(wèn)題的原因分析與排查，找出問(wèn)題真因，提供解決方案，解決了由于子晶振品質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致的儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問(wèn)題，改進(jìn)方案效果良好。截至目前，售后未再反饋過(guò)組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問(wèn)題，由此可見(jiàn)，改進(jìn)方案能夠接受市場(chǎng)考驗(yàn)。

（編輯 楊 景）

Analysis and Improvement on Data Resetting Issue of the Instrument Cluster

WANG Shu-qin
（FAW R&D Centre，Changchun 130011，China）

In order to solve the data resetting issue of the instrument cluster，various failure modes are analyzed to find out all the possible reasons.Finally，the root cause is identified and the solution is proposed，which completely solves the problem.

instrument cluster；resetting；crystal oscillator

U463.7

B

1003-8639（2017）09-0050-03

2016-12-19

王淑琴（1980-），女，山東安丘人，電氣工程師，碩士，主要從事汽車(chē)電氣方面的設(shè)計(jì)工作。