汽車組合儀表故障指示功能失效分析及優(yōu)化

馮辛安　藍凱　黃業(yè)歡

摘 要：結(jié)合某些車型組合儀表故障指示功能失效問題，排查并確認問題發(fā)生根本原因，根據(jù)組合儀表系統(tǒng)的工作原理，提出優(yōu)化改進方案。

關(guān)鍵詞：組合儀表系統(tǒng)

1 故障現(xiàn)象

某些車型的組合儀表在上電后偶發(fā)關(guān)聯(lián)CAN信號的故障燈全部點亮但是車輛行駛正常，長時間熄火休眠后，上電后故障燈又不點亮。造成了組合儀表故障指示功能失效，用戶對此抱怨強烈。

2 評價標準

根據(jù)某乘用車廠主管評價的體系的評定結(jié)果：汽車組合儀表在上電自檢結(jié)束后，應(yīng)該以接收到的故障信號點亮對應(yīng)指示燈，不應(yīng)以下電休眠來熄滅故障指示燈。故上述現(xiàn)象判定為故障。

3 汽車組合儀表系統(tǒng)工作原理

汽車組合儀表系統(tǒng)一般由PCB板、LCD屏、電源模塊、MCU、CAN收發(fā)器、蜂鳴器、LED發(fā)光管等組成。其中電源模塊把接插件輸入的蓄電池12V電壓降到5V再提供給CAN收發(fā)器、MCU、蜂鳴器和LED指示燈等模塊。CAN信號由接插件的CAN_H和CAN_L引腳輸入，CAN收發(fā)器將接收到的信號通過CAN收發(fā)器的協(xié)議層進行幀識別、響應(yīng)等，然后將得到的CAN幀放入消息緩存，軟件讀取CAN消息，按照矩陣的定義識別消息中的信息量（指示燈開關(guān)量、燃油百分比、冷卻液溫度等），最后根據(jù)指示燈開關(guān)量來控制指示燈的點亮或者熄滅。汽車組合儀表系統(tǒng)的框架如圖1所示。

4 CAN收發(fā)器工作原理

CAN收發(fā)器是一種提供控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議控制器和物理雙線CAN總線的接口，為微控制器和CAN協(xié)議控制器提供差分發(fā)射和接收能力，處于CAN接收器過溫及對通信端口的過壓保護設(shè)計，以及電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護設(shè)計考慮。

車輛熄火后，整車各功能模塊需要休眠，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)具備休眠條件且MCU、CAN收發(fā)器申請休眠通過后，CAN收發(fā)器的STB引腳拉高電平，關(guān)閉MCU的輸出控制及上拉電阻使得MCU休眠，再次上IG電后，CAN收發(fā)器的STB引腳拉低電平，儀表正常工作。CAN收發(fā)器在上下電中的工作邏輯如圖2所示。

5 問題定位

對故障車進行反復(fù)測試，重新多次啟動車輛，組合儀表系統(tǒng)故障燈指示功能失效問題仍然偶發(fā)。發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時，車輛熄火下電后組合儀表未完成休眠，此時啟動車輛點火上電就會產(chǎn)生指示功能失效問題。若是熄火下電等待組合儀表休眠完成，點火上電后組合儀表指示燈即可正常顯示，即故障消失。同時對故障車組合儀表的電子元器件進行測量，功能均正常如表1所示;且讀取故障車輛全車診斷信息報告，報告體現(xiàn)的共性問題為組合儀表CAN通訊網(wǎng)絡(luò)BUS OFF錯誤。故判斷該故障問題乃是組合儀表軟件對上下電時CAN通信監(jiān)測和故障恢復(fù)策略不完善導(dǎo)致。

6 原因分析

當(dāng)車輛熄火下電后， 組合儀表的CAN收發(fā)器關(guān)閉MCU輸出控制、關(guān)閉上拉電阻的執(zhí)行時間<100微妙時，此時間段內(nèi)干擾導(dǎo)致CAN收發(fā)器沒有休眠成功，那么MCU同樣休眠失敗。組合儀表軟件未實時監(jiān)測單片機內(nèi)部CAN模塊與外部CAN收發(fā)器的工作狀態(tài)，上電后不會重新初始化CAN收發(fā)器和拉低STB引腳電平，CAN收發(fā)器始終處于關(guān)閉狀態(tài)阻斷CAN網(wǎng)絡(luò)報文的發(fā)送和接收，組合儀表MCU接收CAN信號異常，自身產(chǎn)生BUSOFF事件，且在問題出現(xiàn)后沒有做恢復(fù)機制，故出現(xiàn)組合儀表系統(tǒng)故障燈指示功能失效的故障。故障出現(xiàn)邏輯如圖3所示。

7 改進方案

基于以上理論結(jié)合實際分析，改進方案需要完善儀表軟件CAN通信監(jiān)測和故障恢復(fù)策略，在網(wǎng)絡(luò)管理激活狀態(tài)下，程序?qū)崟r監(jiān)測單片機內(nèi)部CAN收發(fā)器與外部CAN通訊芯片TJA1042的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)TJA1042處于關(guān)閉狀態(tài)，在20ms內(nèi)進行重新開啟，并對CAN收發(fā)器進行重新初始化，使CAN通信正常工作。

更改后的軟件經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，組合儀表系統(tǒng)故障指示功能失效問題徹底解決。

8 結(jié)語

本文的組合儀表系統(tǒng)故障指示功能失效問題為組合儀表軟件設(shè)計不足導(dǎo)致，根據(jù)整車啟動過程中組合儀表內(nèi)部CAN通訊的分析，需要完善組合儀表軟件CAN通信監(jiān)測和故障恢復(fù)策略，徹底消除組合儀表故障指示功能失效問題，通過該案例，可以積累一些解決組合儀表系統(tǒng)故障指示功能失效問題的解決思路和軟件設(shè)計改進方案。

參考文獻：

[1]陳貴宏，張邵進，馬世典.一種汽車組合儀表設(shè)計方案[J]. 汽車電器. 2011，（9）.

[2]黃連麗，姜木霖，程耕國.基于CAN總線的汽車組合儀表校驗系統(tǒng)的設(shè)計[J].? 汽車工程. 2006，20（4）.

[3]林琦.基于CAN總線的汽車組合儀表綜合系統(tǒng)設(shè)計研究[J].時代汽車.2020，（19）.

[4]譚婷.標致307組合儀表燈常亮的故障檢修[J].汽車電器.2011，（6）.

[5]張勇，王慧麗.汽車組合儀表故障排查[J]. 機械與電子.2011.