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1、GPS车载系统设计制造中的可靠性问题 发布日期：2007-1-27 共阅99次 一、概述 全球卫星定位系统(GPS)以其定位精度高且不受城乡地理位置影响等特点在世界范围内掀起了一股应用热潮，国内GPS行业产品主要应用于汽车防盗、车辆调度，以及物流管理等诸多方面，GPS车载系统是其中最重要的环节。 GPS应用系统是一个庞大、复杂的系统工程，包括车载设备软硬件的设计、制造，中心监控系统软件开 发，安装及售后服务系统的建立、运转，客户培训、服务系统的建立、运转等等，这些系统的建立，其投资动辄以千万元计，运转费用则高达每月上百万元，由于其担负生命及财产安全的保卫任务，可靠工作成为系统设计、建立、运转的
2、头等大事。 单纯从技术角度看，随着信息技术的发展，计算机软硬件系统、网络技术已经成为高度成熟的技术，因而涉及到这些方面的可靠性问题相对较少，也比较容易解决，相比之下，由于种种原因，车载系统设计、制造中的可靠性问题变得相当突出，已经成为目前制约行业发展的瓶颈因素。 二、GPS车载系统对可靠性的要求 以下几个方面决定了对GPS车载系统的可靠性要求是极高的： 1、工作要求苛刻 GPS车载系统担负安全防范、管理调度重任，要求在任何时刻都能够呼的应、叫的通，必须24小时全天候工作，尤其是安防型产品更要在关键时刻发挥作用，因此车载机必须能够长年累月的正常工作而不允许出现关机、死机、功能错乱等现象，其工作要
3、求远远超出了家电、手机、甚至汽车的电脑系统，这些系统中CPU可以通过关机、换电池、断电等方式重新启动而清除累积的错误状态，即使出错也不会造成大的损失，而GPS车载机工作不正常则有可能造成财产甚至生命损失。GPS车载机的工作要求达到了与大型网络服务器、电信通讯系统同等要求的程度，必须按照通讯系统不间断工作的可靠性要求去设计、生产车载机，人工对GPS车载机进行断电、复位都是不允许的，在GPS车载机上安装电源开关。复位按钮是不可想象的。随便举个例子说明一下： 假定车载机软件故障时间是6个月即平均每工作l80天才出一次问题，这个指标对家电、手机、电脑、汽车意味着绝对可靠，因为他们永远不会连续工作l80
4、天，甚至10天都不会，而头10天软件错误累积可以认为是0，只要一关机、断电，软件状态又会从零开始。实际上电脑有时连10个小时都坚持不住而死机，但我们认为电脑已经很可靠了，因为我们2个小时就做完工作关机了，就算有时2小时都坚持不住，大不了重新启动一次。而车载机必须长年累月连续工作，若市场上运转的机器达到2000台，就意味着平均每天有l0台机器出故障，要是卖到2万台、20万台呢?答案是不可能，因为用户不敢再买了。 2、工作环境严酷 GPS车载系统工作于车上，按照汽车工业的标准，车载电子设备的设计标准介于工业级和军级之间，其最重要的指标就是环境温度范围，工作于发动机舱的设备要求工作温度范围为-40-
5、125，其余地方要求为-40-85，车载GPS设备一般安装在汽车仪表板下面，有些车况不太好的汽车，发动机热量会泄漏到这里，汽车长时间工作后温度很高。我们实测若千辆连续工作近20小时的出租车，仪表板下安装车载机的部位有的温度达到了90，机器内部GPS板CPU芯片表面温度甚至达到了98。由于我国幅员辽阔最北方冬季气温可低达30以下，对车载机的低温工作特性也提出了严格的要求。 由于汽车是室外工作，还会遇到水汽、灰尘、油污、腐蚀性气体、液体等各种不利因素。 因此，GPS车载机的工作环境极为严酷的，如果将电信的交换机设备置于如此环境之下工作，恐怕早就瘫痪了。 3、震动、冲击强烈 车载机安装于飞驰的汽车之
6、上，汽车行驶中的震动不可避免的要传到车载机上，一般产品只要达到运输抗震要求就可以了，可以通过在包装上做文章来解决，车载机却是机器本身长期承受剧烈震动，对其抗震性能要求很高。当发生撞车时即使车身撞烂车载机也必须保证能正常工作以进行报警，因而又要求机器能承受强烈的冲击。 4、电磁环境恶劣 车载机由汽车电瓶供电，电压波动范围宽，汽车启动瞬间l2V的汽车电瓶电压可能跌到5V以下，这个“瞬间”有时长达l0秒，24V供电汽车若调节器质量不好或电瓶线松动时供电电压可能会蹿到100V以上，还有可能出现能量很大的反向脉冲电压，汽油机点火系统高达几万伏的脉冲点火电压产生强烈的电磁辐射，其他车载电子设备也有程度不同
7、的电磁干扰，车载机的GSM部分本身也是一个强电磁辐射源，工作在如此恶劣的电磁环境下，对车载机的抗干扰性能要求很高。 5、功能特别复杂 即使在以上条件下，有些产品的可靠性还是相当高的，例如汽车收音机就可以不断电连续工作数年而不出问题，但这些设备功能都比较简单。比起收音机来，GPS车载机的功能太复杂了，为了最大限度提高设备的性价比，GPS车载机一般集成了车载电话、液晶显示(收发短消息)手柄等，高档的语音通道传输安防型设备还有中控锁遥控系统、语音提示操作等功能，既能对外报警又能打入电话查车遥控，其处理器需要对GPS、GSM等信息进行处理，要处理若干传感器信号，控制若干路输出信号(继电器、报警喇叭等等
8、)，还要进行人机界面处理，与手机、网络处理设备不同的是，这些输入输出信息不会遵守任何格式或时间方面的协议，完全是随机且杂乱无章的，比如踩刹车时GSM来了振铃，而此时GPS板的数据中出现了一个校验错误，在用户按下挂断键之前，刹车太猛又产生了发动机停车信号。这些信息组合数量非常庞大，车载机的处理器必须保证在任何情况下都能做出正确的判断处理，否则就可能累积错误最终导致崩溃。实际装车的车载机出车越多问题越多，就是因为车一动，情况就复杂起来了。 6、成本要求严格 再复杂的功能，总可以采用高强度的处理器及操作系统轻松解决，比如手机、PDA。不幸的是GPS车载机属于民用产品且处于市场起步阶段，基于国内残酷的
9、商业竞争环境，对其制造成本要求很严，不可能像网络处理器那样采用高档的处理器和硬件芯片，也不能像手机那样通过巨大的产量降低成本而使用功能完善的操作系统，纵观国内众多生产厂家，除个别采用32位ARM处理器，大多采用16位或8位增强型处理器，软件方面有的采用了公开源码的实时操作系统，更多的则直接采用C或汇编语言进行编程。相对于复杂的功能，苛刻的要求真有点“针尖上跳芭蕾”的味道，由于没有操作系统支持直接对硬件编程，程序量多达上万行，且所有细节都必须由编程实现，稍有不慎就会埋下隐患。 7、可靠性成本极高 当GPS车载机出现故障时，必须将车辆召回返修，修复成本比起其他产品要高的多，尤其是当成批出现无法重现
10、故障时，其解决代价几乎无法估计，若导致生命或财物损失还会引起高额索赔，因此从经济角度计算，必须提高可靠性。 综上所述，GPS车载机工作环境严酷，功能复杂，工作要求苛刻，成本限制严格，可靠性成本高，因此GPS车载机的设计、制造过程中对可靠性保证要求极高。 三、GPS车载系统存在的可靠性问题及产生原因 1、问题表现 面对如此高的可靠性要求，国内很多GPS车载机产品不尽人意，主要有以下几个方面的表现： a、硬件故障或失效 车载机装车工作一段时间后，出现输入无反应，不能执行控制动作等现象；有时干脆没有任何反应，经检查发现某个元件已经损坏，或者某个接插件松动、脱落。 b、区域适应问题 由于我国各城市移动
11、公司的GSM系统设备或系统设置差异，引起车载机在不同城市工作效果截然不同，曾经出现过有的城市连电话都打不通的现象。 c、软件工作不正常 刚上车时一切正常，跑一段时间就开始出问题：某些功能时有时无；特定条件下功能错乱，有的能自行恢复，有的则不能；最严重时出现死机，功能全部失灵。一旦“下车”，拆下检修，又什么都好了，用户将这些现象戏称为“晕车”。 2、问题原因 笔者认为，出现上述问题主要原因有以下几个方面： a、认识不足 对产品的可靠性要求之高没有足够的认识，最典型的说法是“总不会比做手机还难吧?”。匆忙上马；设计过程没有严格的理论指导及测试把关；开发出样机不经过长期考核就大量生产；一味迎合用户要
12、求增加功能以至过于复杂最终无法把握；总是热衷于开发最先进的技术或功能；手工作坊方式组织生产等等。这些主观原因导致可靠性达不到要求，虽然功能先进但无法稳定工作，要么迟迟不能开通服务，要么产品大量退货，最终付出惨重代价。 b、随意降低设计标准 采用商业级的芯片，采用劣质的元器件、接插件、线材等，目的为降低成本，打价格战。 c、GPS、GSM模块不能达到要求 目前市场上有供货的GPS、GSM模块都存在着这样那样的问题，如GPS模块有漂移、数据错误等，GSM模块则存在着死机、关机、锁死SIM卡等现象。GPS、GSM模块的这些问题在初期曾极大地影响了整个行业的发展。 d、设计人员经验有限 缺乏经验足够的
13、设计人员是制约行业发展的一个重要因素，GPS车载机由于牵涉面广，要求设计人员具有电子线路、微处理器软硬件，GSM通信、汽车电路、网络通讯等诸多方面的综合经验，尤其要具备相当的产品设计、制造、质量管理方面的经验。国外许多设计人员年龄到3540岁甚至60岁仍然工作在设计一线，而国内业内主要设计人员年龄基本上在30岁左右，这固然与国内“技而优则当老板”的风气有关，GPS行业本身是一个年轻行业也是不容忽视的现实。经验缺乏引起大量不应出现的问题，例如对于24V供电系统将电源部分的电压等级设计在36V或40V且采用非隔离结构以求降低成本，结果上车后电源部分出现故障停机，有的大面积烧毁甚至连GSMGPS模块
14、都不能幸免，生产过程控制不严则使产品出厂时先天不足，而软件经验的缺乏更导致了大量“晕车”机器出笼。 总的来看，电子行业的发展使得目前的元器件、制造工艺已经完全过关，因硬件或制造工艺引起的低水平的硬故障返修已经越来越少，即使出现也很容易解决；区域适应问题也随着行业经验的逐步积累以及移动公司不断升级系统得到解决。目前可靠性问题已经逐渐集中到软件系统中来了，其中一个最突出问题就是“不可重现故障”。 出现这种故障时，机器功能错误，或者干脆失灵，但若将机器拆下检修，重新通电启动又一切正常，原来的故障现象无论如何也无法再现，“死机”是最典型的不可重现故障。因为是软件问题，“不可重现故障”一般是成批出现，解
15、决代价几乎无法估计：为防止更严重的后果，首先要停止现有产品的生产、销售，再通知用户已经售出的机器出问题有一台换一台(国外的做法是全部召回)，设计人员查找原因，要进行大量的跑车试验，运气不好的话还要到用户所在地进行，各种费用不计其数。此间投诉电话不断，退货摆满仓库，公司士气大受打击，信誉损失更不用说。找到原因后给用户升级软件，要一台一台车去改，由于没有根治问题的把握，很难说还有没有别的问题，还要观察一段时间才能决定再开工，而如果一直找不到原因(故障很难重现，即便重现也不一定一次就能找到问题)那么至少这种机型就要一直停产等待，谁也不能明确说出何时能够解决问题，其损失无法估计。 严格地说，只要软件的逻辑
