某車型霧燈偶發點亮故障分析與設計優化

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，因此在整車開發階段要嚴格對霧燈的控制功能及可靠性進行驗證、測試。在開發過程中，不可避免出現各種問題，本文對整車前后霧燈相關的故障現象進行問題確認、原因分析，提出解決措施，最終解決問題。

1 故障現象

一輛高溫高原試驗樣車在夜晚進行路試過程中，當時非雨霧天氣，且周圍環境能見度良好，后方車輛駕駛員發現該車輛后霧燈偶發點亮。經了解，該車駕駛員并未開啟霧燈開關，反復路試觀察確定該車輛存在前后霧燈偶發點亮的故障。

2 霧燈控制系統工作原理

汽車前后霧燈的工作狀態是通過駕駛員操作燈光組合開關 （圖1）來實現的。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，然后操作霧燈開關旋鈕［3］。當霧燈開關旋至前霧燈擋時，前霧燈點亮；開關繼續旋轉至后霧燈擋，前后霧燈同時點亮；開關旋回OFF擋，前后霧燈熄滅。

2.1 硬件原理

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

BCM的主控制芯片MCU（Microcontroller Unit）通過如圖3所示的開關硬件輸入電路對不同的開關擋位進行檢測區分［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為串聯電阻，R3為分壓電阻。電阻參數詳見表1。

根據硬件電路原理，結合公式（1）及公式 （2），可推導計算出霧燈開關不同擋位對應的Vpin及VI值，計算結果見表2。

表1 霧燈開關檢測電路電阻參數

圖3 BCM檢測霧燈開關硬件電路圖

表2 霧燈開關檢測電路電壓參數

2.2 軟件原理

霧燈開關信號通過硬件電路輸入后，BCM通過軟件邏輯進行判定檢測。圖4為上拉電源VPUP的采樣波形，正常工作時為PWM （脈沖寬度調制，Pulse Width Modulation）控制波形 （2ms高、4ms低）。BCM軟件在上拉的2ms高電平區間內對VPUP進行采樣，采樣周期為48ms。在上拉電源正常采樣的情況下，霧燈開關狀態不同，對應Rx阻值不同，BCM模塊采集到的VI數值也不同。BCM通過監測VI電壓值大小，判斷當前霧燈開關的狀態，驅動執行前后霧燈開關，進而實現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

根據上述霧燈系統軟硬件控制原理，結合具體的故障現象，全面分析導致故障的潛在原因：①霧燈開關硬件故障引起表2中的各阻值變化，導致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，導致VI電壓值由2.7～3.1V降低為1.9～2.3V或0V，引起BCM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進行實車排查，實車更換正常的燈光組合開關后，故障現象依舊存在，因此排除此原因。下面對故障的潛在原因②進行實車排查。

針對故障現象問題點進行實車測試監控。通過CANoe（總線開發環境，CAN open environment）工具對整車電源電壓值、VI電壓值、前后霧燈的開關信號進行監控；通過示波器對上拉電源V_PUP的電壓值監測。圖5、圖6中的數據為前后霧燈偶發點亮故障時的實車監控數據。如圖5所示，VI電壓值存在波動，在故障發生時達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，導致VI電壓值變低。當VI電壓值低到前后霧燈開關打開時的閾值，此時BCM判斷前后霧燈開關滿足開啟條件，前后霧燈即被點亮，因此導致了整車出現前后霧燈被偶發點亮的故障現象。

圖5 CANoe實車測試數據

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，當上拉電源V_PUP的開啟時間由2ms調至0.3ms時復現了霧燈被點亮的故障現象，模擬的上拉電源如圖7所示。

綜合上述分析，造成前后霧燈偶發點亮故障出現的原因在于：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開啟閾值，誤判為霧燈開關信號有效。

圖6 上拉電源實車采樣波形

圖7 模擬的上拉電源波形

4 解決方案及設計優化

通過上述的故障分析排查，確定是上拉電源V_PUP的波動導致了霧燈偶發點亮的故障。上拉電源的波動由許多外在因素影響，狀態不可控，經過分析，最終確定通過優化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，對上拉電源V_PUP進行兩次采樣，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狀態進行對比，若兩次采樣點檢測的霧燈開關狀態相同，則按檢測結果進行驅動執行；若兩次檢測的開關狀態不同，則維持上一采樣周期檢測狀態。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的魯棒性。經過臺架及實車驗證，未再發生過此問題。

圖8 上拉電源采樣方案變更

5 總結

針對整車前后霧燈偶發點亮的故障問題，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，并從優化軟件設計層面給出解決方案，最終經過臺架測試及整車路試試驗，驗證了解決方案的有效性，為后續故障問題分析提供了分析解決的思路。