某车型雾灯偶发点亮故障分析与设计优化

杨 曦，袁中胜，薛 飞

（1.北京汽车集团越野车有限公司，北京 101300；2.北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京 101300）

汽车雾灯安装于汽车的前部和后部，其灯光具有较强的穿透力，用于在雨雾冰雪天气或能见度较差时行车照明道路与安全警示，增强驾驶员与周围交通参与者的能见度，提高行车安全［1-2］。由于前后雾灯涉及行车安全，因此在整车开发阶段要严格对雾灯的控制功能及可靠性进行验证、测试。在开发过程中，不可避免出现各种问题，本文对整车前后雾灯相关的故障现象进行问题确认、原因分析，提出解决措施，最终解决问题。

1 故障现象

一辆高温高原试验样车在夜晚进行路试过程中，当时非雨雾天气，且周围环境能见度良好，后方车辆驾驶员发现该车辆后雾灯偶发点亮。经了解，该车驾驶员并未开启雾灯开关，反复路试观察确定该车辆存在前后雾灯偶发点亮的故障。

2 雾灯控制系统工作原理

汽车前后雾灯的工作状态是通过驾驶员操作灯光组合开关 （图1）来实现的。前后雾灯点亮工作的前提条件是整车位置灯或近光灯处于点亮工作状态，然后操作雾灯开关旋钮［3］。当雾灯开关旋至前雾灯挡时，前雾灯点亮；开关继续旋转至后雾灯挡，前后雾灯同时点亮；开关旋回OFF挡，前后雾灯熄灭。

2.1 硬件原理

汽车的灯光系统由车身控制模块BCM（Body Control Module）进行控制。如图2所示，BCM通过判断雾灯开关不同挡位的输入电阻Rx确认挡位状态，驱动前后雾灯点亮熄灭。该车型雾灯开关挡位状态定义：雾灯关闭挡，Rx1为3.3kΩ；前雾灯挡，Rx2为0kΩ；后雾灯挡，Rx3为2kΩ。电阻参数详见表1。

BCM的主控制芯片MCU（Microcontroller Unit）通过如图3所示的开关硬件输入电路对不同的开关挡位进行检测区分［4］。其中Vpin为BCM引脚输入电压，VI为MCU检测电压，VPUP为上拉电源，R1为上拉电阻，R2为串联电阻，R3为分压电阻。电阻参数详见表1。

根据硬件电路原理，结合公式（1）及公式 （2），可推导计算出雾灯开关不同挡位对应的Vpin及VI值，计算结果见表2。

表1 雾灯开关检测电路电阻参数

图3 BCM检测雾灯开关硬件电路图

表2 雾灯开关检测电路电压参数

2.2 软件原理

雾灯开关信号通过硬件电路输入后，BCM通过软件逻辑进行判定检测。图4为上拉电源VPUP的采样波形，正常工作时为PWM （脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）控制波形 （2ms高、4ms低）。BCM软件在上拉的2ms高电平区间内对VPUP进行采样，采样周期为48ms。在上拉电源正常采样的情况下，雾灯开关状态不同，对应Rx阻值不同，BCM模块采集到的VI数值也不同。BCM通过监测VI电压值大小，判断当前雾灯开关的状态，驱动执行前后雾灯开关，进而实现前后雾灯亮灭的控制。

图4 上拉电源V_PUP的采样波形

3 故障分析

根据上述雾灯系统软硬件控制原理，结合具体的故障现象，全面分析导致故障的潜在原因：①雾灯开关硬件故障引起表2中的各阻值变化，导致VI电压值错误引起前后雾灯点亮；②BCM软件采样上拉电源V_PUP偏低，导致VI电压值由2.7～3.1V降低为1.9～2.3V或0V，引起BCM模块误判点亮前后雾灯。

对于以上两个潜在原因，坚持由易到难、由简到繁的排查原则，先对故障的潜在原因①进行实车排查，实车更换正常的灯光组合开关后，故障现象依旧存在，因此排除此原因。下面对故障的潜在原因②进行实车排查。

针对故障现象问题点进行实车测试监控。通过CANoe（总线开发环境，CAN open environment）工具对整车电源电压值、VI电压值、前后雾灯的开关信号进行监控；通过示波器对上拉电源V_PUP的电压值监测。图5、图6中的数据为前后雾灯偶发点亮故障时的实车监控数据。如图5所示，VI电压值存在波动，在故障发生时达到点亮前后雾灯的阈值，前后雾灯点亮。如图6所示，在实车上实际采集到的上拉电源PWM波形中，会出现一个突然由高变低的非正常占空比的锯齿波形，该波形的V_PUP采样值较正常采样值降低，导致VI电压值变低。当VI电压值低到前后雾灯开关打开时的阈值，此时BCM判断前后雾灯开关满足开启条件，前后雾灯即被点亮，因此导致了整车出现前后雾灯被偶发点亮的故障现象。

图5 CANoe实车测试数据

此外，通过台架模拟的方式，将上拉电源V_PUP的PWM波形的占空比逐渐减小，模拟实车上拉电源V_PUP突变的锯齿波形，当上拉电源V_PUP的开启时间由2ms调至0.3ms时复现了雾灯被点亮的故障现象，模拟的上拉电源如图7所示。

综合上述分析，造成前后雾灯偶发点亮故障出现的原因在于：BCM软件在对上拉电源V_PUP采样时，采样点落在了上拉电源波形急剧下降的锯齿波形上，使VI电压值降低到雾灯开关开启阈值，误判为雾灯开关信号有效。

图6 上拉电源实车采样波形

图7 模拟的上拉电源波形

4 解决方案及设计优化

通过上述的故障分析排查，确定是上拉电源V_PUP的波动导致了雾灯偶发点亮的故障。上拉电源的波动由许多外在因素影响，状态不可控，经过分析，最终确定通过优化BCM软件对上拉电源的采样周期及对采样点的处理方式解决该故障。如图8所示，将采样周期由48ms变更为96ms，在一个采样周期内，对上拉电源V_PUP进行两次采样，每48ms采样一次，记为采样点1和采样点2。将BCM检测到的两次采样点的雾灯开关状态进行对比，若两次采样点检测的雾灯开关状态相同，则按检测结果进行驱动执行；若两次检测的开关状态不同，则维持上一采样周期检测状态。这种采样逻辑大大减少了误判的可能性，提高了雾灯控制系统的鲁棒性。经过台架及实车验证，未再发生过此问题。

图8 上拉电源采样方案变更

5 总结

针对整车前后雾灯偶发点亮的故障问题，通过软硬件层面的分析、实车测试及台架模拟测试找出故障原因，并从优化软件设计层面给出解决方案，最终经过台架测试及整车路试试验，验证了解决方案的有效性，为后续故障问题分析提供了分析解决的思路。