汽車組合儀表故障指示功能失效分析及優化

馮辛安　藍凱　黃業歡

摘 要：結合某些車型組合儀表故障指示功能失效問題，排查并確認問題發生根本原因，根據組合儀表系統的工作原理，提出優化改進方案。

關鍵詞：組合儀表系統

1 故障現象

某些車型的組合儀表在上電后偶發關聯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

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

3 汽車組合儀表系統工作原理

汽車組合儀表系統一般由PCB板、LCD屏、電源模塊、MCU、CAN收發器、蜂鳴器、LED發光管等組成。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收發器將接收到的信號通過CAN收發器的協議層進行幀識別、響應等，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（指示燈開關量、燃油百分比、冷卻液溫度等），最后根據指示燈開關量來控制指示燈的點亮或者熄滅。汽車組合儀表系統的框架如圖1所示。

4 CAN收發器工作原理

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

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

5 問題定位

對故障車進行反復測試，重新多次啟動車輛，組合儀表系統故障燈指示功能失效問題仍然偶發。發現故障發生時，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，報告體現的共性問題為組合儀表CAN通訊網絡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通信監測和故障恢復策略不完善導致。

6 原因分析

當車輛熄火下電后， 組合儀表的CAN收發器關閉MCU輸出控制、關閉上拉電阻的執行時間<100微妙時，此時間段內干擾導致CAN收發器沒有休眠成功，那么MCU同樣休眠失敗。組合儀表軟件未實時監測單片機內部CAN模塊與外部CAN收發器的工作狀態，上電后不會重新初始化CAN收發器和拉低STB引腳電平，CAN收發器始終處于關閉狀態阻斷CAN網絡報文的發送和接收，組合儀表MCU接收CAN信號異常，自身產生BUSOFF事件，且在問題出現后沒有做恢復機制，故出現組合儀表系統故障燈指示功能失效的故障。故障出現邏輯如圖3所示。

7 改進方案

基于以上理論結合實際分析，改進方案需要完善儀表軟件CAN通信監測和故障恢復策略，在網絡管理激活狀態下，程序實時監測單片機內部CAN收發器與外部CAN通訊芯片TJA1042的工作狀態，如果發現TJA1042處于關閉狀態，在20ms內進行重新開啟，并對CAN收發器進行重新初始化，使CAN通信正常工作。

更改后的軟件經過測試發現，組合儀表系統故障指示功能失效問題徹底解決。

8 結語

本文的組合儀表系統故障指示功能失效問題為組合儀表軟件設計不足導致，根據整車啟動過程中組合儀表內部CAN通訊的分析，需要完善組合儀表軟件CAN通信監測和故障恢復策略，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故障指示功能失效問題的解決思路和軟件設計改進方案。

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