某車型霧燈偶發(fā)點亮故障分析與設(shè)計優(yōu)化

楊 曦，袁中勝，薛 飛

（1.北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300；2.北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

汽車霧燈安裝于汽車的前部和后部，其燈光具有較強的穿透力，用于在雨霧冰雪天氣或能見度較差時行車照明道路與安全警示，增強駕駛員與周圍交通參與者的能見度，提高行車安全［1-2］。由于前后霧燈涉及行車安全，因此在整車開發(fā)階段要嚴(yán)格對霧燈的控制功能及可靠性進(jìn)行驗證、測試。在開發(fā)過程中，不可避免出現(xiàn)各種問題，本文對整車前后霧燈相關(guān)的故障現(xiàn)象進(jìn)行問題確認(rèn)、原因分析，提出解決措施，最終解決問題。

1 故障現(xiàn)象

一輛高溫高原試驗樣車在夜晚進(jìn)行路試過程中，當(dāng)時非雨霧天氣，且周圍環(huán)境能見度良好，后方車輛駕駛員發(fā)現(xiàn)該車輛后霧燈偶發(fā)點亮。經(jīng)了解，該車駕駛員并未開啟霧燈開關(guān)，反復(fù)路試觀察確定該車輛存在前后霧燈偶發(fā)點亮的故障。

2 霧燈控制系統(tǒng)工作原理

汽車前后霧燈的工作狀態(tài)是通過駕駛員操作燈光組合開關(guān) （圖1）來實現(xiàn)的。前后霧燈點亮工作的前提條件是整車位置燈或近光燈處于點亮工作狀態(tài)，然后操作霧燈開關(guān)旋鈕［3］。當(dāng)霧燈開關(guān)旋至前霧燈擋時，前霧燈點亮；開關(guān)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至后霧燈擋，前后霧燈同時點亮；開關(guān)旋回OFF擋，前后霧燈熄滅。

2.1 硬件原理

汽車的燈光系統(tǒng)由車身控制模塊BCM（Body Control Module）進(jìn)行控制。如圖2所示，BCM通過判斷霧燈開關(guān)不同擋位的輸入電阻Rx確認(rèn)擋位狀態(tài)，驅(qū)動前后霧燈點亮熄滅。該車型霧燈開關(guān)擋位狀態(tài)定義：霧燈關(guān)閉擋，Rx1為3.3kΩ；前霧燈擋，Rx2為0kΩ；后霧燈擋，Rx3為2kΩ。電阻參數(shù)詳見表1。

BCM的主控制芯片MCU（Microcontroller Unit）通過如圖3所示的開關(guān)硬件輸入電路對不同的開關(guān)擋位進(jìn)行檢測區(qū)分［4］。其中Vpin為BCM引腳輸入電壓，VI為MCU檢測電壓，VPUP為上拉電源，R1為上拉電阻，R2為串聯(lián)電阻，R3為分壓電阻。電阻參數(shù)詳見表1。

根據(jù)硬件電路原理，結(jié)合公式（1）及公式 （2），可推導(dǎo)計算出霧燈開關(guān)不同擋位對應(yīng)的Vpin及VI值，計算結(jié)果見表2。

表1 霧燈開關(guān)檢測電路電阻參數(shù)

圖3 BCM檢測霧燈開關(guān)硬件電路圖

表2 霧燈開關(guān)檢測電路電壓參數(shù)

2.2 軟件原理

霧燈開關(guān)信號通過硬件電路輸入后，BCM通過軟件邏輯進(jìn)行判定檢測。圖4為上拉電源VPUP的采樣波形，正常工作時為PWM （脈沖寬度調(diào)制，Pulse Width Modulation）控制波形 （2ms高、4ms低）。BCM軟件在上拉的2ms高電平區(qū)間內(nèi)對VPUP進(jìn)行采樣，采樣周期為48ms。在上拉電源正常采樣的情況下，霧燈開關(guān)狀態(tài)不同，對應(yīng)Rx阻值不同，BCM模塊采集到的VI數(shù)值也不同。BCM通過監(jiān)測VI電壓值大小，判斷當(dāng)前霧燈開關(guān)的狀態(tài)，驅(qū)動執(zhí)行前后霧燈開關(guān)，進(jìn)而實現(xiàn)前后霧燈亮滅的控制。

圖4 上拉電源V_PUP的采樣波形

3 故障分析

根據(jù)上述霧燈系統(tǒng)軟硬件控制原理，結(jié)合具體的故障現(xiàn)象，全面分析導(dǎo)致故障的潛在原因：①霧燈開關(guān)硬件故障引起表2中的各阻值變化，導(dǎo)致VI電壓值錯誤引起前后霧燈點亮；②BCM軟件采樣上拉電源V_PUP偏低，導(dǎo)致VI電壓值由2.7～3.1V降低為1.9～2.3V或0V，引起B(yǎng)CM模塊誤判點亮前后霧燈。

對于以上兩個潛在原因，堅持由易到難、由簡到繁的排查原則，先對故障的潛在原因①進(jìn)行實車排查，實車更換正常的燈光組合開關(guān)后，故障現(xiàn)象依舊存在，因此排除此原因。下面對故障的潛在原因②進(jìn)行實車排查。

針對故障現(xiàn)象問題點進(jìn)行實車測試監(jiān)控。通過CANoe（總線開發(fā)環(huán)境，CAN open environment）工具對整車電源電壓值、VI電壓值、前后霧燈的開關(guān)信號進(jìn)行監(jiān)控；通過示波器對上拉電源V_PUP的電壓值監(jiān)測。圖5、圖6中的數(shù)據(jù)為前后霧燈偶發(fā)點亮故障時的實車監(jiān)控數(shù)據(jù)。如圖5所示，VI電壓值存在波動，在故障發(fā)生時達(dá)到點亮前后霧燈的閾值，前后霧燈點亮。如圖6所示，在實車上實際采集到的上拉電源PWM波形中，會出現(xiàn)一個突然由高變低的非正常占空比的鋸齒波形，該波形的V_PUP采樣值較正常采樣值降低，導(dǎo)致VI電壓值變低。當(dāng)VI電壓值低到前后霧燈開關(guān)打開時的閾值，此時BCM判斷前后霧燈開關(guān)滿足開啟條件，前后霧燈即被點亮，因此導(dǎo)致了整車出現(xiàn)前后霧燈被偶發(fā)點亮的故障現(xiàn)象。

圖5 CANoe實車測試數(shù)據(jù)

此外，通過臺架模擬的方式，將上拉電源V_PUP的PWM波形的占空比逐漸減小，模擬實車上拉電源V_PUP突變的鋸齒波形，當(dāng)上拉電源V_PUP的開啟時間由2ms調(diào)至0.3ms時復(fù)現(xiàn)了霧燈被點亮的故障現(xiàn)象，模擬的上拉電源如圖7所示。

綜合上述分析，造成前后霧燈偶發(fā)點亮故障出現(xiàn)的原因在于：BCM軟件在對上拉電源V_PUP采樣時，采樣點落在了上拉電源波形急劇下降的鋸齒波形上，使VI電壓值降低到霧燈開關(guān)開啟閾值，誤判為霧燈開關(guān)信號有效。

圖6 上拉電源實車采樣波形

圖7 模擬的上拉電源波形

4 解決方案及設(shè)計優(yōu)化

通過上述的故障分析排查，確定是上拉電源V_PUP的波動導(dǎo)致了霧燈偶發(fā)點亮的故障。上拉電源的波動由許多外在因素影響，狀態(tài)不可控，經(jīng)過分析，最終確定通過優(yōu)化BCM軟件對上拉電源的采樣周期及對采樣點的處理方式解決該故障。如圖8所示，將采樣周期由48ms變更為96ms，在一個采樣周期內(nèi)，對上拉電源V_PUP進(jìn)行兩次采樣，每48ms采樣一次，記為采樣點1和采樣點2。將BCM檢測到的兩次采樣點的霧燈開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行對比，若兩次采樣點檢測的霧燈開關(guān)狀態(tài)相同，則按檢測結(jié)果進(jìn)行驅(qū)動執(zhí)行；若兩次檢測的開關(guān)狀態(tài)不同，則維持上一采樣周期檢測狀態(tài)。這種采樣邏輯大大減少了誤判的可能性，提高了霧燈控制系統(tǒng)的魯棒性。經(jīng)過臺架及實車驗證，未再發(fā)生過此問題。

圖8 上拉電源采樣方案變更

5 總結(jié)

針對整車前后霧燈偶發(fā)點亮的故障問題，通過軟硬件層面的分析、實車測試及臺架模擬測試找出故障原因，并從優(yōu)化軟件設(shè)計層面給出解決方案，最終經(jīng)過臺架測試及整車路試試驗，驗證了解決方案的有效性，為后續(xù)故障問題分析提供了分析解決的思路。