伍愛(ài)萍，鄧華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車燃油表控制策略研究

伍愛(ài)萍，鄧華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車燃油表用于指示當(dāng)前油箱中燃油的剩余情況。該表應(yīng)指示正確，準(zhǔn)確反映當(dāng)前油箱燃油的情況，以便順利、安全駕駛。而燃油表控制策略是保障其指示準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。因此，對(duì)控制策略的研究、分析和規(guī)劃具有十分重要的意義。文章通過(guò)采用分時(shí)采樣、濾波、閥值控制、阻尼控制、阻值記憶以及指針響應(yīng)時(shí)間控制等策略，實(shí)現(xiàn)了在連續(xù)點(diǎn)火、信號(hào)突變或丟失、急加速、上下坡等特定路況或不同車況條件下的準(zhǔn)確采樣和平穩(wěn)指示，解決了諸多燃油表在實(shí)際使用過(guò)程中指示異常的問(wèn)題，通過(guò)了終端市場(chǎng)的考驗(yàn)，使產(chǎn)品性能和使用效果均達(dá)到了汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

燃油表；閥值；阻尼控制；阻值記憶；濾波；噴油量

CLC NO.:U463.7Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-20-03

引言

目前，汽車燃油表是采用燃油傳感器通過(guò)電阻信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)油量的指示；但在車輛行駛過(guò)程中，由于車輛行駛是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，這樣就會(huì)引起油箱里液面的晃動(dòng)，特別在顛簸的山路會(huì)引起燃油表指針的上下跳動(dòng)；在臨界報(bào)警點(diǎn)時(shí)還會(huì)造成燃油報(bào)警燈的不停閃爍。如處理不當(dāng)會(huì)引起客戶的抱怨。

1、燃油表工作原理

燃油表一般由其指示器和傳感器組成。

燃油表傳感器的結(jié)構(gòu)多為浮子式結(jié)構(gòu)，即由隨液面位移而自動(dòng)位移的浮子帶動(dòng)一個(gè)內(nèi)裝滑動(dòng)電阻器的機(jī)構(gòu)聯(lián)接而成，當(dāng)油箱內(nèi)的液位出現(xiàn)油面高低變化時(shí)，引起浮子位置的高低變化，在滑動(dòng)電阻器上將會(huì)取得不同的電阻值輸出，從而得知液面的高度[1]。

燃油傳感器連接到燃油表的燃油測(cè)試端口。燃油表的采樣電路通過(guò)向燃油傳感器提供上拉電壓，從而將變化的阻值轉(zhuǎn)化為變化的電壓[2]。其基本工作原理如圖1所示。

圖1 燃油表的基本工作原理框圖

變化的電壓信號(hào)輸入給燃油表的微處理器的A /D端口轉(zhuǎn)化為數(shù)字采樣信號(hào)，微處理器通過(guò)預(yù)置的系統(tǒng)軟件，根據(jù)輸入燃油信號(hào)變化來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式和速度，從而帶動(dòng)指針指示正確的燃油位置。

顯示值的準(zhǔn)確和穩(wěn)定是最關(guān)鍵的指標(biāo)。導(dǎo)致顯示異常的原因有很多，例如如厚膜電阻板傳感器由于長(zhǎng)期浸泡在燃油中,容易老化腐蝕失效；或燃油傳感器的接地點(diǎn)與油泵并用，導(dǎo)致燃油信號(hào)收到干擾[1]。由于燃油傳感器的結(jié)構(gòu)和電氣特性，導(dǎo)致汽車在行車過(guò)程中，油箱的晃動(dòng)會(huì)干擾和影響燃油傳感器的數(shù)值，車輛停在斜坡上使油箱產(chǎn)生傾斜，車輛在加速行駛或急轉(zhuǎn)彎時(shí), 燃油傳感器的數(shù)值都會(huì)不同, 處理燃油輸入信號(hào)頻繁的波動(dòng)是解決燃油表的指示問(wèn)題之一。 另外，在行車中，汽車點(diǎn)火后對(duì)燃油信號(hào)的處理是采用濾波方式，如果司機(jī)在不熄火情況下就進(jìn)行加油，這樣燃油表所反映的值在一段長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不準(zhǔn)確的，處理好該問(wèn)題也是解決燃油表指示的關(guān)鍵。對(duì)此燃油表需要通過(guò)不同的軟件控制策略來(lái)消除由于傳感器輸入變化導(dǎo)致的顯示異常。對(duì)于這類情況，本文將研究從如何從燃油表控制策略的上克服汽車實(shí)際使用中各種不同工況下燃油顯示的異常，修正和改善燃油表的指示準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2、燃油表存在的問(wèn)題及解決方法

2.1 點(diǎn)火關(guān)及點(diǎn)火開加油時(shí)，指針運(yùn)行速度的控制

由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及顧客的習(xí)慣，會(huì)存在點(diǎn)火關(guān)和點(diǎn)火開兩種加油的情況。在這兩種情況下加油，燃油表指針都需要能迅速指示到對(duì)應(yīng)位置。若在IGN_OFF, Engine OFF的情況下加油，比較|當(dāng)前油量-上一次IGN OFF記憶油量|≥閥值，則進(jìn)入加油模式，燃油表指示采用快速阻尼響應(yīng)，即燃油表由E點(diǎn)運(yùn)行到F點(diǎn)全程需要2s的響應(yīng)速度；若在IGN_ON, Engine OFF的情況下，比較|當(dāng)前油量-上一次IGN OFF記憶油量|≥閥值，則采用中速阻尼算法，燃油表指針由E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)全程需20s時(shí)的響應(yīng)速度；如果比較值|當(dāng)前油量-上一次IGN OFF記憶油量|＜閥值，則此時(shí)不會(huì)更新油表。

2.2 車輛駐坡時(shí)怠速及車輛駐坡時(shí)的油表指示在熄火后再點(diǎn)火指示有變化

經(jīng)過(guò)實(shí)車測(cè)試（3/4油量的時(shí)候），發(fā)現(xiàn)車輛在平地上和斜坡上的燃油傳感器的輸入有較大的變化（車頭朝上和車頭朝下儀表指示分別變?yōu)?/2郵箱和滿郵箱）。當(dāng)車輛駐坡怠速時(shí)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU噴油量信號(hào)，儀表進(jìn)行慢速響應(yīng)可避免斜坡上怠速停車儀表指示上、下突變的現(xiàn)象；若斜坡停車熄火后再上電的情況，需當(dāng)IGN OFF 15s后記憶當(dāng)前的“坡道阻值”，當(dāng)燃油表重新啟動(dòng)后，則對(duì)當(dāng)前采樣值與所記憶坡道阻值進(jìn)行比較，一般這兩個(gè)阻值相同，指示不會(huì)發(fā)生變化；若處于坡道加油，由于再次上電時(shí)是判定當(dāng)前阻值與記憶阻值進(jìn)行對(duì)比，而不是當(dāng)前阻值與記憶的顯示油量對(duì)比，所以即使在坡道上加油也能進(jìn)行正確指示。

2.3 連續(xù)點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)燃油指示位置不一致[3]

在某相同條件下，如顧客頻繁啟動(dòng)點(diǎn)火開關(guān)，由于“快速響應(yīng)”的要求，在點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)儀表指針沒(méi)有采取濾波處理，指針會(huì)在很短時(shí)間(一般為5s以內(nèi))指示到特定位置，在連續(xù)點(diǎn)火啟動(dòng)的情況下，會(huì)出現(xiàn)指針或上或下的情況，引起顧客的疑惑。為了保證每次點(diǎn)火時(shí)指示的一致性，采用快速關(guān)點(diǎn)火的策略，IGN ON后IGN OFF然后再次IGN ON, 如IGN OFF的時(shí)間小于15s，燃油表采用上一次IGN ON的顯示值。排除15s內(nèi)發(fā)生加油的情況。

2.4 信號(hào)急劇變化時(shí), 會(huì)出現(xiàn)指針擺動(dòng)現(xiàn)象

由于車輛轉(zhuǎn)彎、急加速、減速等情況引起的傳感器信號(hào)快速變化會(huì)導(dǎo)致指針的擺動(dòng)，為了燃油表指示平穩(wěn)，主要通過(guò)數(shù)字濾波的方式解決，忽略行駛過(guò)程中燃油表所采樣的實(shí)時(shí)變化的阻值，即在一定的時(shí)間內(nèi)（如 12min）連續(xù)采集一定的組數(shù)數(shù)據(jù)（如256組數(shù)據(jù)）采用先進(jìn)先出的方式進(jìn)行長(zhǎng)濾波使得燃油阻值不會(huì)出現(xiàn)突變，在整個(gè)行駛過(guò)程中采用慢速阻尼響應(yīng)，并定義當(dāng)車速＞0，且引擎轉(zhuǎn)速＞300rpm的情況下，燃油表不能上升。

2.5 ON檔推車情況下，燃油表指示有變化

在推車過(guò)程中，即車速＞0，且引擎轉(zhuǎn)速＜=300rpm的狀態(tài)，若燃油傳感器阻值波動(dòng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致儀表指示上、下跳動(dòng)。此時(shí)在軟件中定義推車過(guò)程中不更新燃油表顯示則可以避免此問(wèn)題的發(fā)生。

3、燃油表控制策略

3.1 輸入

1) 信號(hào)來(lái)源于燃油傳感器電阻信號(hào)，車速信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)噴油信號(hào)。

2) 燃油表的阻尼設(shè)置要考慮各種顛簸路況；燃油傳感器地連接在儀表內(nèi)部，屏蔽不同地的干擾。

快速阻尼：燃油表由E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)全程需要2s的響應(yīng)速度；

中速阻尼：燃油表指針由E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)全程需20s的響應(yīng)速度；

慢速阻尼：燃油表指針由E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到F點(diǎn)全程需90min的響應(yīng)速度；

3.2 輸出

燃油表為指針式或斷碼式。

表1

3.3 控制策略

基于上文對(duì)燃油表在實(shí)際使用過(guò)程中存在問(wèn)題的分析和對(duì)解決方案的探討，在控制策略中形成以下具體的控制邏輯：

Fp：第一次有效于IGN ON 500ms后。

F15：從IGN OFF 15s后測(cè)得的油量值

Fd：油量顯示值

1）當(dāng)點(diǎn)火從關(guān)變?yōu)殚_后（OFF-ON），指針立刻（快速阻尼）移動(dòng)到剩余油量的位置。

Fp=當(dāng)前油量, 第一次有效于IGN ON 500ms后（因采樣需 500ms時(shí)間，所以 KL15上電后的第一次有效值為上電500ms）。

F15=記憶油量, 從IGN_OFF 15s后測(cè)得的油量值

Fd=油量顯示值（Fd即燃油表指針?biāo)@示的油量）

a）如果|Fp-F15|≥5，儀表進(jìn)入加油和抽油模式，油表指針快速移動(dòng)到Fp（2S內(nèi)移動(dòng)到100%）

b）如果|Fp-F15|＜5，油表指針快速移動(dòng)到Fd

2）IGN_ON, Engine OFF

a）如果比較值|Fp-F15|≥5L，則進(jìn)入快速加油模式，采用中速阻尼算法。

b）如果比較值|Fp-F15|＜5L，則此時(shí)不更新油表。

3）車速=0，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ＞ 300rpm。

儀表指針應(yīng)根據(jù)噴油量信號(hào)計(jì)算實(shí)際耗油量，使用慢速響應(yīng)移動(dòng)指針。

4）燃油表點(diǎn)火后正常行駛模式下的響應(yīng)：

a）當(dāng)車速＞0，且引擎轉(zhuǎn)速＞300rpm的情況下，此時(shí)燃油表不能上升；

b）如果車速過(guò)高，大于 150km/h（此值可以調(diào)整）。在這種情況下，油表的更新速度將由實(shí)際油耗的CAN信息并乘以修正值來(lái)決定（改修正值為ECM發(fā)送的噴油量與實(shí)際噴油量的比值）。

c）如果車速≤150km/h，油表根據(jù)油量傳感器信號(hào)，使用慢速響應(yīng)移動(dòng)指針。

5）推車狀態(tài)下，車速 ＞ 0，且引擎轉(zhuǎn)速 ＜= 300rpm。此時(shí)不更新燃油表。

6）熄火時(shí)的燃油表響應(yīng) IGN OFF。

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)從ON到OFF后，燃油表指針從當(dāng)前量程到空，小于3秒。

7）判斷燃油傳感器錯(cuò)誤與恢復(fù)的條件：

a）如果燃油傳感器的值小于設(shè)定的短路阻值3秒以上，則認(rèn)為該燃油傳感器短路到地。如果燃油傳感器大于等于設(shè)定的短路阻值3秒以上，則認(rèn)為該燃油傳感器恢復(fù)。

b）如果燃油傳感器的值大于設(shè)定的開路阻值 3秒以上，則認(rèn)為該燃油傳感器開路到電源。如果燃油傳感器小于等于開路阻值3秒以上，則認(rèn)為該燃油傳感器恢復(fù)。

c）當(dāng)連續(xù)3秒檢測(cè)燃油量低于報(bào)警點(diǎn)油量時(shí)，觸發(fā)低燃油報(bào)警；低燃油報(bào)警觸發(fā)后，如果連續(xù)3秒檢測(cè)到燃油量＞=報(bào)警點(diǎn)油量+4L ,低燃油報(bào)警解除。

d）如果燃油傳感器發(fā)生故障，油表將指示0，并且燃油低指示燈以1HZ閃爍。

8）當(dāng)燃油傳感器輸出電阻值為F點(diǎn)阻值到短路阻值之間時(shí)，按照滿油處理。 當(dāng)燃油傳感器輸出電阻值為E點(diǎn)到開路阻值之間時(shí)，按燃油空處理。

9）在蓄電池?cái)嚅_，重新接上電池后（B+），在 IGN ON的情況下采集500ms平均值，將此采集值顯示在當(dāng)前油量。

10）快速關(guān)點(diǎn)火

IGN ON后IGN OFF然后再次IGN ON, 如IGN OFF的時(shí)間小于15s，燃油表采用上一次IGN ON的顯示值。排除15s內(nèi)發(fā)生加油的情況。

以上所論述的燃油表控制邏輯的流程圖見圖2。

圖2 燃油表控制邏輯流程圖

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

以上所論述的控制策略，在某款車型上應(yīng)用后，通過(guò)了一系列的燃油系統(tǒng)匹配測(cè)試。

表2

此外本燃油控制策略在路試驗(yàn)證后，已在幾個(gè)車型配套產(chǎn)品上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品經(jīng)歷了市場(chǎng)的考驗(yàn)，得到了顧客的認(rèn)可。

[1] 余成波.《傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)》.高等教育出版社 p39-p43.

[2] 邱淑賢.《汽車電子燃油表控制策略研究》.吉林大學(xué)學(xué)報(bào) p280-283.

[3] 林銘禮.《乘用車組合儀表的故障檢查》.汽車電器 p35-p39.

Automobile fuel gauge control strategy research

Wu Aiping, Deng Hua
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

Table for automobile fuel remaining fuel in the fuel tank. The instructions of the table should be indicated correctly, accurately reflect the current situation of the fuel tank, so smooth, safe driving. The fuel gauge control strategy is the key to ensure the accuracy of indicating. Therefore, research on control strategy, has very important significance in the analysis and planning. By using time sampling, filtering, threshold control, damping control, resistance memory and pointer response time control, realizes the continuous ignition, signal mutation or loss, rapid acceleration, on the downhill roads or other specific condition under the condition of stable and accurate sampling instructions, solves many problems of fuel gauge anomaly in actual use, through the terminal market test, the product performance and effect have reached the standard requirements of the automobile industry.

fuel meter; threshold; damped control; resistance memory; filtering; Fuel injection quantity

U463.7

A

1671-7988(2017)06-20-03

伍愛(ài)萍，女，1982.10，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，工程師，從事汽車組合儀表開發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.007