淺析組合儀表不工作問題

【摘 要】文章針對某車型高寒試驗(yàn)中出現(xiàn)的組合儀表不工作問題進(jìn)行剖析。在問題分析過程中，從軟件和硬件兩方面出發(fā)，以魚骨圖的形式排查問題原因，針對所有可能觸發(fā)該問題的原因逐條試驗(yàn)并進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，最終鎖定為單片機(jī)供電電路設(shè)計缺陷導(dǎo)致。在問題解決過程中，根據(jù)單片機(jī)的使用要求提出整改方案，更改儀表硬件電路，最終成功解決該問題。

【關(guān)鍵詞】組合儀表;單片機(jī);上電時序

中圖分類號：U463.837 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1003-8639（ 2024 ）09-0077-02

Analysis on the Non-working Problem of the Combined Instrument

ZHANG Wenbo，LIU Zhaodan，SUN Can

（Beijing Automotive Technology Center Co.，Ltd.，Beijing 101300，China）

【Abstract】This paper analyzes the non-working problem of the combined instrument in the high cold test of a certain vehicle type. In the process of problem analysis，starting from both software and hardware，the cause of the problem was investigated in the form of fishbone diagram. According to all the possible causes of the problem，the problem was tested and repeated one by one，and the fault was finally identified as the design defect of the SCM power supply circuit. In the process of solving the problem，according to the use of single-chip microcomputer requirements，put forward the rectification plan，change the instrument hardware circuit，and finally make the problem successfully solved.

【Key words】combined instrument;single-chip computer;power-on sequence

某車型在高寒試驗(yàn)過程中，組合儀表出現(xiàn)偶發(fā)不工作現(xiàn)象，為確保儀表能正常使用，針對該問題，制定一系列的措施來改善問題。下文將針對解決組合儀表不工作問題的方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 儀表不工作問題分析

1.1 故障現(xiàn)象

某車型在高寒試驗(yàn)過程中，在車輛斷開蓄電池保養(yǎng)維修之后，組合儀表偶發(fā)無法啟動故障。當(dāng)鑰匙打到ON擋后，只有蓄電池充電、4L指示燈可以點(diǎn)亮，轉(zhuǎn)速表、車速表、水溫表、燃油表和行車電腦顯示屏均不工作。當(dāng)重新搭接蓄電池后，儀表恢復(fù)正常。

1.2 原因分析

用魚骨圖法對所有可能造成此現(xiàn)象的原因進(jìn)行總結(jié)，如圖1所示，將針對圖1中所述問題原因進(jìn)行逐個排查。

1.2.1 線束問題排查

1）線束接插件接觸不良問題排查。經(jīng)實(shí)車拆掉組合儀表進(jìn)行檢測，接插件接觸良好，未發(fā)現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象，且組合儀表在進(jìn)行越野路試驗(yàn)時也未出現(xiàn)掉電重啟現(xiàn)象，可以排除此原因。

2）地線接觸不良問題排查。測量線束端組合儀表地線，對地導(dǎo)通正常，檢查車身搭鐵點(diǎn)無松動現(xiàn)象，且組合儀表在進(jìn)行越野路試驗(yàn)時也未出現(xiàn)掉電重啟現(xiàn)象，可以排除此原因。

3）蓄電池電壓低排查。組合儀表的工作電壓為9～16V，試驗(yàn)車輛可以正常啟動，排除蓄電池嚴(yán)重虧電的可能性。

1.2.2 組合儀表軟件問題排查

1）軟件不斷復(fù)位問題。軟件存儲在一個物理空間中，每部分功能都有相應(yīng)的地址，當(dāng)同一指針地址被指向過多，指針地址容易發(fā)生錯誤，導(dǎo)致不斷復(fù)位。問題復(fù)現(xiàn)：修改儀表軟件，使之復(fù)現(xiàn)軟件不斷復(fù)位問題，進(jìn)行組合儀表測試，組合儀表一直處于不工作狀態(tài)（不可恢復(fù)），與問題現(xiàn)象不符，故排除此原因。

2）軟件異常問題。當(dāng)Flash發(fā)生錯誤，其存儲的軟件完整性遭到破壞，不能正常運(yùn)行。問題復(fù)現(xiàn)：修改儀表軟件，使之部分底層功能丟失，進(jìn)行組合儀表測試，組合儀表一直處于不工作狀態(tài)（不可恢復(fù)），與問題現(xiàn)象不符，故排除此原因。

1.2.3 組合儀表硬件問題排查

1）12V電源電路異常。當(dāng)12V電源電路出現(xiàn)異常時，可造成組合儀表內(nèi)部不供電，出現(xiàn)不工作現(xiàn)象。但組合儀表4L指示燈可以工作（4L指示燈信號是低有效），代表12V電源電路正常，故排除此原因。

2）晶振不工作。晶振為單片機(jī)提供工作時鐘頻率，如果晶振損壞，造成單片機(jī)不工作，組合儀表也就出現(xiàn)不工作現(xiàn)象。修改儀表硬件，焊上問題晶振，進(jìn)行組合儀表測試后出現(xiàn)儀表一直處于不工作狀態(tài)（不可恢復(fù)），與問題現(xiàn)象不符，故排除此原因。

3）單片機(jī)不工作。單片機(jī)死機(jī)或者損壞時，組合儀表出現(xiàn)不工作現(xiàn)象。修改儀表軟件，使之復(fù)現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)現(xiàn)象，進(jìn)行組合儀表測試。儀表表象為：可以啟動，指針突然卡滯不動，電腦顯示屏刷新卡滯等，與問題現(xiàn)象不符;當(dāng)用損壞單片機(jī)試驗(yàn)時，組合儀表一直不工作（不可恢復(fù)），與問題現(xiàn)象不符，故排除此原因。

4）5V電源電路異常問題排查。當(dāng)5V電源芯片損壞時，可出現(xiàn)儀表不工作現(xiàn)象。組合儀表出現(xiàn)故障后，可繼續(xù)正常工作，排除5V電源芯片損壞原因。當(dāng)5V電源輸出端短路時，可出現(xiàn)5V電源芯片過載自保護(hù)，造成組合儀表不工作。檢查組合儀表5V電源芯片輸出端電路，未發(fā)現(xiàn)短路或虛焊等現(xiàn)象，可以排除此原因。

5）喚醒電路異常。當(dāng)檢測到點(diǎn)火電壓由低電平跳變到高電平的跳變沿后，單片機(jī)喚醒，目前喚醒電路采用1/3分壓比，當(dāng)蓄電池嚴(yán)重虧電時，會造成組合儀表不工作。測量PCB上喚醒電路，無問題，且試驗(yàn)車輛可以正常啟動，排除蓄電池嚴(yán)重虧電的可能，故排除此原因。

6）3.3V電源輸出異常。當(dāng)3.3V電源輸出異常時，造成單片機(jī)電源上電時序異常，時序異常會使單片dd8641f2173a73c35a9b36b73791f0df機(jī)一直處于復(fù)位狀態(tài)，可出現(xiàn)儀表不工作現(xiàn)象。在臺架上，通過特定電池電壓設(shè)置和上電順序可復(fù)現(xiàn)該現(xiàn)象，具體操作為：設(shè)置電池電壓為4V左右，接電池瞬間抬高電池電壓為13V左右，即可以一定幾率出現(xiàn)該故障現(xiàn)象。組合儀表單片機(jī)為MPC5606S，該芯片為3電源系統(tǒng)，5V、3.3V、1.2V為該芯片供電。單片機(jī)對時序的要求為1.2V在3.3V之后，且大于200μs。單片機(jī)上電時序要求見圖2。

經(jīng)過示波器測試發(fā)現(xiàn)，特定的電壓設(shè)置和上電順序使電源芯片、5V電源芯片和3.3V電源芯片輸出異常，尤其是3.3V電源芯片輸出異常，使3.3V上電時序置于1.2V之后。圖3為異常上電用示波器捕獲的電源上電情況。

更改前的1.2V供電電路如圖4所示。1.2V由VDDR口供電，當(dāng)VDDR供電正常時，觸發(fā)VRC_CTRL控制外部三極管導(dǎo)通，給內(nèi)部調(diào)節(jié)模塊供電，產(chǎn)生1.2V電源。根據(jù)芯片推薦，最早選擇了VDDR連接到5V電源。正常時，電源上電順序可以滿足時序要求，但如上所述的特殊上電操作會使電源輸出異常。由于VRC_CTRL由VDDR觸發(fā)，所以當(dāng)VDDR連接到5V時，只要單片機(jī)檢測到5V（實(shí)際是單片機(jī)認(rèn)為的有效值電壓），即觸發(fā)VRC_C42e53aa30aca5ce01fa9a40d54a39d0bTRL，從而產(chǎn)生1.2V。由于電源芯片受到影響，單片機(jī)檢測到3.3V（實(shí)際是單片機(jī)認(rèn)為的有效值電壓）時間可能滯后于1.2V，導(dǎo)致時序異常，造成單片機(jī)不工作，從而導(dǎo)致儀表不工作。

發(fā)生問題的幾率與電池電壓的初始狀態(tài)、電池升壓的速度、升壓的幅值都有關(guān)系，與系統(tǒng)的負(fù)載偏差、電源芯片負(fù)載能力偏差也有關(guān)系，由于以上幾個參數(shù)無法保證一致，就會有一定幾率出現(xiàn)該問題。低溫條件下，電源芯片的輸出能力受到影響，導(dǎo)致復(fù)現(xiàn)這個現(xiàn)象的幾率大大增加。

2 儀表不工作問題整改

在無法控制電源絕對穩(wěn)定的情況下，將VDDR供電電源改為3.3V。VDDR連接到3.3V時，只要單片機(jī)檢測到3.3V（單片機(jī)認(rèn)為的有效值電壓），即觸發(fā)VRC_CTRL，從而產(chǎn)生1.2V，這樣就可以保證1.2V一定是在3.3V之后產(chǎn)生，滿足了時序的要求。將VDDR更改為3.3V，增加Base對地電阻20kΩ，1.2V后接儲能電容由22μF更改為47μF，如圖5所示。

將組合儀表單片機(jī)供電電路進(jìn)行整改后，搭建測試臺架，對其進(jìn)行全功能測試、低溫環(huán)境測試、EMC試驗(yàn)驗(yàn)證，并通過整車可靠性路試測試補(bǔ)充臺架測試，最終驗(yàn)證措施有效，問題得到了解決。

3 結(jié)論

經(jīng)過諸多努力，該問題得到了徹底解決。該問題所有的解決過程和其中用到的方法值得傳承下去，為后續(xù)其他電子零部件品質(zhì)問題的解決積累了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。

（編輯 凌 波）

作者簡介張文博（1987—），高級工程師。