王淑琴

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問題排查與改進(jìn)

王淑琴

（中國第一汽車股份有限公司技術(shù)中心，吉林 長春 130011）

為了解決組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問題，通過各種失效模式分析，找出所有可能引起數(shù)據(jù)復(fù)位的原因，并針對每個原因逐一排查，最終找出問題原因，并制定解決方案。通過市場驗證，徹底解決問題。

組合儀表；復(fù)位；晶振

1 故障現(xiàn)象

2016年6月，一汽某車型售后反饋：有14例用戶的車輛在發(fā)動機起動后，發(fā)現(xiàn)組合儀表顯示信息除總里程外的其他數(shù)據(jù)均復(fù)位。

2 故障排查

2.1 故障失效模式

能夠引起組合儀表內(nèi)部數(shù)據(jù)復(fù)位的原因，經(jīng)分析有以下幾方面。

1）硬件 ①電源芯片：組合儀表負(fù)載過大，導(dǎo)致電源芯片過載，使得MCU復(fù)位；②整車起動過程中蓄電池電壓過低，導(dǎo)致MCU復(fù)位；③子晶振：儀表由睡眠至喚醒過程中，子晶振（32.768 kHz）不穩(wěn)定、無規(guī)律、偶發(fā)性停振。

2）軟件 ①看門狗：看門狗設(shè)計不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位；②堆棧溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。

3）連接器匹配問題 ①在發(fā)動機起動過程中，B+和IG同時斷開，IG又連接上（B+連接與否表現(xiàn)結(jié)果是一樣的）；②IG OFF后，B+斷開又連接上。

2.2 故障原因

根據(jù)以上故障失效模式，對其進(jìn)行逐一排查，找出故障原因。

1）是否負(fù)載過大，導(dǎo)致電源芯片過載，使得MCU復(fù)位。組合儀表的工作負(fù)載包括：液晶屏、步進(jìn)電機式車速表、步進(jìn)電機式轉(zhuǎn)速表、24個LED、蜂鳴器。組合儀表負(fù)載的供電電源來自兩部分，一部分直接由B+供電模塊供電，一部分負(fù)載電源來自于電源芯片。將售后返回的14個故障件進(jìn)行最大負(fù)載模擬，測試負(fù)載大小，直接測試總工作電流（總工作電流=B+供電電流+電源芯片供電電流）。測試結(jié)果見表1。

根據(jù)測試結(jié)果，組合儀表在全負(fù)荷工作的情況下，總工作電流僅為0.33～0.39 A，電源芯片最大負(fù)載為500 mA，所以判定：電源芯片的負(fù)載未出現(xiàn)超載情況。

2）整車起動過程中是否蓄電池電壓過低，導(dǎo)致MCU復(fù)位。測試14個樣件，查看每個樣件復(fù)位電壓，測試結(jié)果見表2。

根據(jù)測試結(jié)果，14個樣件在6.3～6.5 V時，至少持續(xù)5 s進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，在3.3～3.6 V時，至少持續(xù)1 s進(jìn)入復(fù)位。

整車?yán)淦饎釉囼炦M(jìn)行過多次，在多次試驗結(jié)果中，蓄電池最低電壓可達(dá)到7 V，計算蓄電池端至組合儀表端的電壓降最多為0.1 V，所以組合儀表B+端的電壓最低為6.9 V。

綜合上述結(jié)果，排除“起動過程中蓄電池電壓過低導(dǎo)致MCU復(fù)位”這個可能性。

3）針對儀表由睡眠至喚醒過程中是否子晶振（32.768 kHz）不穩(wěn)定、無規(guī)律、偶發(fā)性停振，引起數(shù)據(jù)復(fù)位。

此車型組合儀表晶振電路分兩部分，主晶振8 MHz給單片機提供頻率信號，子晶振32.768 kHz給時鐘提供頻率信號，32.768 kHz晶振在睡眠之后替代8 MHz晶振工作，儀表喚醒后切換回8 MHz晶振，目的是降低單片機功耗（靜態(tài)電流≤1 mA）。

連接好測試設(shè)備，試圖復(fù)現(xiàn)問題現(xiàn)象，測試當(dāng)問題復(fù)現(xiàn)時是否為子晶振不起振引起。根據(jù)售后反饋的“車輛在起動過程中存在數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象”，所以針對可能產(chǎn)生這一現(xiàn)象的潛在因素進(jìn)行測試。測試步驟：①長時間斷電后再恢復(fù)上電：在測試車輛上，每天晚上不拆下儀表，即保持蓄電池連接，第2天首次IG上電時，觀察儀表數(shù)據(jù)是否復(fù)位。并且輪換14塊儀表，保證每塊儀表均被測試；②車輛恢復(fù)上電后，將車上用電設(shè)備（收音機，空調(diào)，喇叭，刮水，遠(yuǎn)光，左/右轉(zhuǎn)向，室內(nèi)燈，除霧裝置等）進(jìn)行開啟/關(guān)閉測試；③同時多次無間隔反復(fù)通斷IG進(jìn)行測試。

按照以上方式連續(xù)測試1個月，未出現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象，故未排除子晶振問題。

4）是否看門狗設(shè)計不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。①分析單片機看門狗寄存器配置，例如設(shè)置看門狗寄存器、定時看門寄存器、開啟看門狗寄存器、清零看門狗寄存器等，未發(fā)現(xiàn)異常；②檢查程序各模塊中是否及時喂狗、喂狗的合理性、會不會出現(xiàn)因沒喂狗導(dǎo)致單片機復(fù)位、儀表數(shù)據(jù)復(fù)位，未發(fā)現(xiàn)異常；③復(fù)驗各指令正確性，確保程序可實施性，未發(fā)現(xiàn)異常。

5）是否堆棧溢出導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位。①堆棧問題屬于芯片底層驅(qū)動問題，由芯片廠家進(jìn)行分析。分析結(jié)果為正常；②start.asm為芯片廠商固化好的驅(qū)動程序，儀表程序滿足芯片廠商要求。

6）是否連接器匹配不良導(dǎo)致。將1個故障儀表以及4個非故障儀表提供給線束供應(yīng)商，要求按照一汽的連接器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試驗證。測試結(jié)果：5個儀表連接器匹配測試均符合一汽標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 故障真因

2.3.1 綜合分析

1）針對引起組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位的原因進(jìn)行了逐一排查，除“子晶振問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)復(fù)位”這一原因沒有排除外，其他原因已經(jīng)排除。

在2015年11月，多輛車的組合儀表曾出現(xiàn)過死機、黑屏、不工作現(xiàn)象，這些問題是由于子晶振不起振造成的，當(dāng)時采取如下措施：①對儀表廠家的庫存晶振返廠重新逐一測試，篩選出不合格產(chǎn)品；②要求晶振廠家對后期供貨產(chǎn)品增加溫度沖擊試驗6 h、高溫工作試驗24 h、低溫工作試驗12 h、再流焊15 min等苛刻工藝流程把關(guān)，確保出廠晶振產(chǎn)品性能穩(wěn)定（從2016年2月開始實施）。

2）質(zhì)保人員反饋：將14個故障件返廠前，曾在實車復(fù)現(xiàn)過數(shù)據(jù)復(fù)位現(xiàn)象，具體現(xiàn)象為：在發(fā)動機起動過程中，儀表先黑屏2 s后恢復(fù)正常工作，但數(shù)據(jù)已經(jīng)復(fù)位。

綜上，引起儀表數(shù)據(jù)復(fù)位的原因很可能是由于子晶振偶發(fā)不起振引起，需針對子晶振進(jìn)行重點研究。

2.3.2 查找真因

1）晶振電路分析 晶振電路如圖1所示。起振電路均采用標(biāo)準(zhǔn)電路，電路中采用的20 pF匹配電容也是根據(jù)子晶振廠家、IC廠家提供的參數(shù)計算得出的。同時檢測輸出波形如圖2所示。

圖1 晶振電路

圖2 輸出波形

圖2波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線，證明主晶振和子晶振電路設(shè)計沒有問題。

2）晶振參數(shù)測試 晶振的阻抗值出廠標(biāo)準(zhǔn)為≤50 kΩ，對14個故障件的子晶振阻值進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表3。

表3 晶振參數(shù)測試結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果，14個樣件，其中8個為不合格產(chǎn)品，但這能否推斷出是子晶振的問題嗎？需要繼續(xù)挖掘。

3）確定故障件批次 根據(jù)售后反饋的14例故障儀表資料，查看故障車輛的生產(chǎn)日期，發(fā)現(xiàn)14個故障車輛生產(chǎn)日期均是2016年1月份以前的，也就說故障儀表大都出廠在2015年。根據(jù)此信息可以確定故障儀表使用的晶振均為2016年1月（開始晶振篩選）以前產(chǎn)品。

綜上分析，鎖定數(shù)據(jù)復(fù)位的故障原因為：由于32.768 kHz 時鐘晶振不穩(wěn)定、無規(guī)律、偶發(fā)性停振造成組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位。

3 改進(jìn)方案

自2016年2月采取嚴(yán)格品質(zhì)把控措施后，經(jīng)過半年多的市場驗證，雖然自改進(jìn)后，市場反饋的問題沒有出現(xiàn)在2016年2月份以后出廠的組合儀表上，但是從提升產(chǎn)品品質(zhì)水平考慮，組合儀表供應(yīng)商主動申請將原晶振（包括主晶振及子晶振）切換為另一家知名企業(yè)產(chǎn)品。更換后的晶振成本有所增加，但供應(yīng)商并不提高組合儀表供貨價格。故從2016年9開始出廠的組合儀表主晶振及子晶振均采用更換廠家后的產(chǎn)品。

4 結(jié)論

通過對“用戶起動車輛后，發(fā)現(xiàn)除總里程外的其他數(shù)據(jù)均清零”問題的原因分析與排查，找出問題真因，提供解決方案，解決了由于子晶振品質(zhì)問題導(dǎo)致的儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問題，改進(jìn)方案效果良好。截至目前，售后未再反饋過組合儀表數(shù)據(jù)復(fù)位問題，由此可見，改進(jìn)方案能夠接受市場考驗。

（編輯 楊 景）

Analysis and Improvement on Data Resetting Issue of the Instrument Cluster

WANG Shu-qin
（FAW R&D Centre，Changchun 130011，China）

In order to solve the data resetting issue of the instrument cluster，various failure modes are analyzed to find out all the possible reasons.Finally，the root cause is identified and the solution is proposed，which completely solves the problem.

instrument cluster；resetting；crystal oscillator

U463.7

B

1003-8639（2017）09-0050-03

2016-12-19

王淑琴（1980-），女，山東安丘人，電氣工程師，碩士，主要從事汽車電氣方面的設(shè)計工作。