某車型電子儀表抗干擾研究與優化設計

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化設計

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，并通過改進儀表內部元件的參數，提高儀表抗干擾能力，最后成功實施有效的解決方案。

汽車電子儀表；點火開關；抗干擾；抖動電壓

汽車儀表是用來指示車輛運行以及發動機運轉的狀況，以便駕駛員隨時了解各系統的工作情況，保證汽車安全而可靠地行駛［1］。隨著汽車電氣設備的不斷增多，不可避免會發生電子干擾的現象，而有些干擾將導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，對提高駕駛員的行車安全具有非常重要的意義。

本文對一種組合儀表失效的故障進行分析，用示波器測試電路的電壓波形，確認故障來源，并對比優化前后的儀表電壓參數，證實優化設計后的儀表具有更強的抗干擾能力，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當點火鑰匙由ACC擋到ON擋時，組合儀表指示燈正常顯示，但所有的指針都沒有反應；②當點火鑰匙由ON擋到ST擋，汽車可以正常起動，組合儀表指針故障依舊；③汽車斷電后重新上電，有時故障依舊，有時故障消除，在行駛過程中不會出現此故障；④更換新的儀表后依舊出現上述故障。

1.2故障分析

由于故障車儀表失效只出現在ACC擋到ON擋時，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致的失效。

對與儀表相關的電器部件逐一斷電排查，判斷相關部件是否對儀表產生了影響，判斷后再恢復電路正常狀態，最后對點火開關進行ABA互換，儀表故障徹底消除，所以確定點火開關對電子儀表產生了干擾，導致儀表失效。各電器部件排查順序如圖1所示。

圖1　與電子儀表相關的電器部件排查

2　干擾源的分析

2.1點火開關干擾源檢測

確認點火開關存在干擾信號影響電子儀表的正常工作，所以將點火開關插接件拔開，用示波器檢測點火開關在ACC擋到ON擋時輸出端電壓的變化，測試的波形圖見圖2。從波形圖可以看出，在點火開關上電的瞬間，電壓存在較大的抖動 （統一稱為 “抖動電壓”），這有可能就是造成電子儀表失效的原因。

圖2　點火開關電壓輸出波形圖

2.2電子儀表內部電路分析

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構成分壓電路的同時，與C4構成π型RC濾波電路，濾除外部電路的雜波。假設點火開關電源輸入儀表，通過儀表電路濾波處理后，還存在某種干擾，就有可能導致儀表主控芯片IC2失效，就是通常所說的 “死機”。

圖3　某車型電子儀表部分電路圖

2.3電子儀表內部PIN32針腳波形檢測

在故障車上檢測儀表主機輸入電壓，用示波器檢測電路板PIN32針腳的波形，當點火開關由ACC擋到ON擋時，其波形圖見圖4。從波形圖中可以看出，進入主控芯片IC2的電壓依舊存在 “抖動”。

2.4抖動電壓對儀表主機的干擾分析

儀表主機IC2通過監控PIN32上的電壓值來判斷點火開關的動作。采樣頻率為4MHz，上升沿觸發。當電壓大于3.3 V時，判斷開關接通；當電壓小于1.7 V時，判斷開關斷開。假設主機IC2的PIN32在極短的時間內，連續采集到大于3.3V開機閾值電壓和小于1.7V的關機閾值電壓，芯片會在短時間內進行開機和關機動作，就會造成芯片 “死機”，使得輸出端無信號驅動步進電機轉動，儀表水溫、轉速、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，其抖動電壓頻率在1.5～10 kHz，持續時間為5～40ms，電壓幅值為0～10V，完全可以造成主機芯片死機。

圖4　電子儀表PIN32端波形圖

3　優化設計

3.1點火開關的分析

此車型上所用的點火開關為滑片式點火開關，屬于機械式開關的一種，起動時出現觸點抖動電壓是不可避免的，國家標準暫時未對電壓抖動的范圍提出要求，行業內一般規定抖動電壓持續時間應在20 ms以內，此點火開關符合此項規定。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電子儀表抗干擾優化［2］

點火開關的電經過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——觸點抖動電壓基波角頻率。由式 （2）可知，為了得到更好的濾波效果，應取1/（ωC4）＜＜R″，此時，式 （2）可以簡化為

由式 （1）可得，點火開關接通后，輸入到IC2的PIN32的直流電壓為點火電壓的一半，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間的長短，如果充電時間長，則點火后，儀表顯示數據的時間就越長，會導致駕駛員抱怨。經過測試，此處充電時間t應小于3.5ms為宜。其中，充電時間計算公式t=R2C4×ln［Ucc/（Ucc-Ut）］（4）

式 （4）中Ucc為6.5V，Ut為開機閾值電壓3.3V。可得出不同的R2、C4對應的儀表充電時間t，其相互關系如表1所示。所以最終將R2和C4的參數選定為：R2=47 kΩ，C4=0.1μF。

表1　C4、R2和t的相互關系

由以上分析可以看出，為了既達到濾波的效果，又滿足客戶對儀表響應速度的要求，把R1、R2、C4的參數由39 kΩ、39 kΩ、0.01 μF調整為47 kΩ、47 kΩ、0.1μF。優化后的電路圖見圖5。

圖5　優化后儀表電路圖

3.3優化后電子儀表PIN32針腳波形檢測

將內部電路優化后的儀表裝在故障車上，重復2.3所述步驟，用示波器檢測優化后儀表電路板PIN32針腳的波形，其波形圖如圖6所示。從波形圖中可以看出，抖動電壓消除，進入主控芯片IC2的電壓平穩，儀表失效故障消除。

圖6　優化后儀表PIN32針腳波形圖

4　總結

在本案例中，面對儀表失效故障，通過示波器對電路進行檢測，分析儀表內部電路的性能參數，確認抖動電壓對儀表芯片的干擾，導致出現 “死機”現象。最后通過調整儀表內部元件參數，提高儀表的抗干擾能力，非常便捷地完成了優化設計，成功解決了汽車起動時儀表失效的故障。

［1］朱占平，劉克銘，田國紅.汽車電器［M］.北京：北京理工大學出版社，2014.

［2］陳永強，魏金成，吳昌東.模擬電子技術［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計工作；廖望 （1986-），男，助理工程師，主要從事汽車內飾及電器設計工作；胡勝云 （1984-），男，助理工程師，主要從事汽車電器設計工作；郭朝暉 （1989-），男，助理工程師，主要從事汽車電器設計工作。