某车型电子仪表抗干扰研究与优化设计

丁爱峰，廖　望，胡胜云，郭朝晖，曹文辉，谌　军

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌　330001）

某车型电子仪表抗干扰研究与优化设计

丁爱峰，廖望，胡胜云，郭朝晖，曹文辉，谌军

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌330001）

针对一种汽车电子仪表失效的问题，阐述故障原因排查的过程，并通过改进仪表内部元件的参数，提高仪表抗干扰能力，最后成功实施有效的解决方案。

汽车电子仪表；点火开关；抗干扰；抖动电压

汽车仪表是用来指示车辆运行以及发动机运转的状况，以便驾驶员随时了解各系统的工作情况，保证汽车安全而可靠地行驶［1］。随着汽车电气设备的不断增多，不可避免会发生电子干扰的现象，而有些干扰将导致电子仪表功能失效，从而影响驾驶员的行车安全，可能造成严重后果。因此，提高电子仪表的抗干扰能力，避免电子仪表失效，对提高驾驶员的行车安全具有非常重要的意义。

本文对一种组合仪表失效的故障进行分析，用示波器测试电路的电压波形，确认故障来源，并对比优化前后的仪表电压参数，证实优化设计后的仪表具有更强的抗干扰能力，有效地解决了仪表失效故障。

1　故障描述与分析

1.1故障描述

①当点火钥匙由ACC挡到ON挡时，组合仪表指示灯正常显示，但所有的指针都没有反应；②当点火钥匙由ON挡到ST挡，汽车可以正常起动，组合仪表指针故障依旧；③汽车断电后重新上电，有时故障依旧，有时故障消除，在行驶过程中不会出现此故障；④更换新的仪表后依旧出现上述故障。

1.2故障分析

由于故障车仪表失效只出现在ACC挡到ON挡时，且更换新仪表故障依旧，所以判断仪表是受到外部电路的影响而导致的失效。

对与仪表相关的电器部件逐一断电排查，判断相关部件是否对仪表产生了影响，判断后再恢复电路正常状态，最后对点火开关进行ABA互换，仪表故障彻底消除，所以确定点火开关对电子仪表产生了干扰，导致仪表失效。各电器部件排查顺序如图1所示。

图1　与电子仪表相关的电器部件排查

2　干扰源的分析

2.1点火开关干扰源检测

确认点火开关存在干扰信号影响电子仪表的正常工作，所以将点火开关插接件拔开，用示波器检测点火开关在ACC挡到ON挡时输出端电压的变化，测试的波形图见图2。从波形图可以看出，在点火开关上电的瞬间，电压存在较大的抖动 （统一称为 “抖动电压”），这有可能就是造成电子仪表失效的原因。

图2　点火开关电压输出波形图

2.2电子仪表内部电路分析

该款车型仪表部分电路原理图如图3所示。其中C1为0.01 μF的静电屏蔽电容，屏蔽外部电路的静电干扰；C3为0.01μF的高频滤波电容，滤除外部电路高频干扰；电阻R1与R2构成分压电路的同时，与C4构成π型RC滤波电路，滤除外部电路的杂波。假设点火开关电源输入仪表，通过仪表电路滤波处理后，还存在某种干扰，就有可能导致仪表主控芯片IC2失效，就是通常所说的 “死机”。

图3　某车型电子仪表部分电路图

2.3电子仪表内部PIN32针脚波形检测

在故障车上检测仪表主机输入电压，用示波器检测电路板PIN32针脚的波形，当点火开关由ACC挡到ON挡时，其波形图见图4。从波形图中可以看出，进入主控芯片IC2的电压依旧存在 “抖动”。

2.4抖动电压对仪表主机的干扰分析

仪表主机IC2通过监控PIN32上的电压值来判断点火开关的动作。采样频率为4MHz，上升沿触发。当电压大于3.3 V时，判断开关接通；当电压小于1.7 V时，判断开关断开。假设主机IC2的PIN32在极短的时间内，连续采集到大于3.3V开机阈值电压和小于1.7V的关机阈值电压，芯片会在短时间内进行开机和关机动作，就会造成芯片 “死机”，使得输出端无信号驱动步进电机转动，仪表水温、转速、车速、燃油量、里程表均无显示。从故障车上仪表的PIN32端的波形图可以看出，其抖动电压频率在1.5～10 kHz，持续时间为5～40ms，电压幅值为0～10V，完全可以造成主机芯片死机。

图4　电子仪表PIN32端波形图

3　优化设计

3.1点火开关的分析

此车型上所用的点火开关为滑片式点火开关，属于机械式开关的一种，起动时出现触点抖动电压是不可避免的，国家标准暂时未对电压抖动的范围提出要求，行业内一般规定抖动电压持续时间应在20 ms以内，此点火开关符合此项规定。所以通过提高电子仪表的抗干扰能力来解决此类故障，才是最佳选择。

3.2电子仪表抗干扰优化［2］

点火开关的电经过C3滤波后，电压U1包括直流分量UI（AV）和交流分量，交流分量取基波分量最大值UI1m表示，则可求得输出电压直流分量UO（AV）和交流分量基波最大值UO1m，分别为

式中：R″=R1∥R2；ω——触点抖动电压基波角频率。由式 （2）可知，为了得到更好的滤波效果，应取1/（ωC4）＜＜R″，此时，式 （2）可以简化为

由式 （1）可得，点火开关接通后，输入到IC2的PIN32的直流电压为点火电压的一半，约为6.5 V。由式 （3）得，在ω不变的情况下，C4和R″越大，则滤波效果越好，但R2、C4的大小决定充放电时间的长短，如果充电时间长，则点火后，仪表显示数据的时间就越长，会导致驾驶员抱怨。经过测试，此处充电时间t应小于3.5ms为宜。其中，充电时间计算公式t=R2C4×ln［Ucc/（Ucc-Ut）］（4）

式 （4）中Ucc为6.5V，Ut为开机阈值电压3.3V。可得出不同的R2、C4对应的仪表充电时间t，其相互关系如表1所示。所以最终将R2和C4的参数选定为：R2=47 kΩ，C4=0.1μF。

表1　C4、R2和t的相互关系

由以上分析可以看出，为了既达到滤波的效果，又满足客户对仪表响应速度的要求，把R1、R2、C4的参数由39 kΩ、39 kΩ、0.01 μF调整为47 kΩ、47 kΩ、0.1μF。优化后的电路图见图5。

图5　优化后仪表电路图

3.3优化后电子仪表PIN32针脚波形检测

将内部电路优化后的仪表装在故障车上，重复2.3所述步骤，用示波器检测优化后仪表电路板PIN32针脚的波形，其波形图如图6所示。从波形图中可以看出，抖动电压消除，进入主控芯片IC2的电压平稳，仪表失效故障消除。

图6　优化后仪表PIN32针脚波形图

4　总结

在本案例中，面对仪表失效故障，通过示波器对电路进行检测，分析仪表内部电路的性能参数，确认抖动电压对仪表芯片的干扰，导致出现 “死机”现象。最后通过调整仪表内部元件参数，提高仪表的抗干扰能力，非常便捷地完成了优化设计，成功解决了汽车起动时仪表失效的故障。

［1］朱占平，刘克铭，田国红.汽车电器［M］.北京：北京理工大学出版社，2014.

［2］陈永强，魏金成，吴昌东.模拟电子技术［M］.北京：人民邮电出版社，2013.

（编辑心翔）

Vehicle Dashboard Anti-interference Research and Optimization

DING Ai-feng，LIAO Wang，HU Sheng-yun，GUO Zhao-hui，CAO Wen-hui，CHEN Jun
（Jiangling Motors Co.，Ltd.，Nanchang 330001，China）

Based on the dashboard function failure，this article demonstrates the troubleshooting procedures，and increases the dashboard anti-interference ability by changing internal component parameters，and finally conducts the solution successfully.

vehicle dashboard；ignition switch；anti-interference；fluctuate voltage

U463.7

A

1003－8639（2016）09－0056－03

2016-01-27；

2016-02-25

丁爱峰 （1977-），女，工程师，主要从事汽车电器设计工作；廖望 （1986-），男，助理工程师，主要从事汽车内饰及电器设计工作；胡胜云 （1984-），男，助理工程师，主要从事汽车电器设计工作；郭朝晖 （1989-），男，助理工程师，主要从事汽车电器设计工作。