汽车组合仪表故障指示功能失效分析及优化

冯辛安　蓝凯　黄业欢

摘 要：结合某些车型组合仪表故障指示功能失效问题，排查并确认问题发生根本原因，根据组合仪表系统的工作原理，提出优化改进方案。

关键词：组合仪表系统

1 故障现象

某些车型的组合仪表在上电后偶发关联CAN信号的故障灯全部点亮但是车辆行驶正常，长时间熄火休眠后，上电后故障灯又不点亮。造成了组合仪表故障指示功能失效，用户对此抱怨强烈。

2 评价标准

根據某乘用车厂主管评价的体系的评定结果：汽车组合仪表在上电自检结束后，应该以接收到的故障信号点亮对应指示灯，不应以下电休眠来熄灭故障指示灯。故上述现象判定为故障。

3 汽车组合仪表系统工作原理

汽车组合仪表系统一般由PCB板、LCD屏、电源模块、MCU、CAN收发器、蜂鸣器、LED发光管等组成。其中电源模块把接插件输入的蓄电池12V电压降到5V再提供给CAN收发器、MCU、蜂鸣器和LED指示灯等模块。CAN信号由接插件的CAN_H和CAN_L引脚输入，CAN收发器将接收到的信号通过CAN收发器的协议层进行帧识别、响应等，然后将得到的CAN帧放入消息缓存，软件读取CAN消息，按照矩阵的定义识别消息中的信息量（指示灯开关量、燃油百分比、冷却液温度等），最后根据指示灯开关量来控制指示灯的点亮或者熄灭。汽车组合仪表系统的框架如图1所示。

4 CAN收发器工作原理

CAN收发器是一种提供控制器区域网络（CAN）协议控制器和物理双线CAN总线的接口，为微控制器和CAN协议控制器提供差分发射和接收能力，处于CAN接收器过温及对通信端口的过压保护设计，以及电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）保护设计考虑。

车辆熄火后，整车各功能模块需要休眠，当前网络具备休眠条件且MCU、CAN收发器申请休眠通过后，CAN收发器的STB引脚拉高电平，关闭MCU的输出控制及上拉电阻使得MCU休眠，再次上IG电后，CAN收发器的STB引脚拉低电平，仪表正常工作。CAN收发器在上下电中的工作逻辑如图2所示。

5 问题定位

对故障车进行反复测试，重新多次启动车辆，组合仪表系统故障灯指示功能失效问题仍然偶发。发现故障发生时，车辆熄火下电后组合仪表未完成休眠，此时启动车辆点火上电就会产生指示功能失效问题。若是熄火下电等待组合仪表休眠完成，点火上电后组合仪表指示灯即可正常显示，即故障消失。同时对故障车组合仪表的电子元器件进行测量，功能均正常如表1所示;且读取故障车辆全车诊断信息报告，报告体现的共性问题为组合仪表CAN通讯网络BUS OFF错误。故判断该故障问题乃是组合仪表软件对上下电时CAN通信监测和故障恢复策略不完善导致。

6 原因分析

当车辆熄火下电后， 组合仪表的CAN收发器关闭MCU输出控制、关闭上拉电阻的执行时间<100微妙时，此时间段内干扰导致CAN收发器没有休眠成功，那么MCU同样休眠失败。组合仪表软件未实时监测单片机内部CAN模块与外部CAN收发器的工作状态，上电后不会重新初始化CAN收发器和拉低STB引脚电平，CAN收发器始终处于关闭状态阻断CAN网络报文的发送和接收，组合仪表MCU接收CAN信号异常，自身产生BUSOFF事件，且在问题出现后没有做恢复机制，故出现组合仪表系统故障灯指示功能失效的故障。故障出现逻辑如图3所示。

7 改进方案

基于以上理论结合实际分析，改进方案需要完善仪表软件CAN通信监测和故障恢复策略，在网络管理激活状态下，程序实时监测单片机内部CAN收发器与外部CAN通讯芯片TJA1042的工作状态，如果发现TJA1042处于关闭状态，在20ms内进行重新开启，并对CAN收发器进行重新初始化，使CAN通信正常工作。

更改后的软件经过测试发现，组合仪表系统故障指示功能失效问题彻底解决。

8 结语

本文的组合仪表系统故障指示功能失效问题为组合仪表软件设计不足导致，根据整车启动过程中组合仪表内部CAN通讯的分析，需要完善组合仪表软件CAN通信监测和故障恢复策略，彻底消除组合仪表故障指示功能失效问题，通过该案例，可以积累一些解决组合仪表系统故障指示功能失效问题的解决思路和软件设计改进方案。

参考文献：

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