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）

指針式燃油表算法設(shè)計(jì)

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）

對汽車組合儀表中的指針式燃油表的設(shè)計(jì)要求及對應(yīng)的算法策略進(jìn)行描述，根據(jù)此策略可以使燃油表指示更準(zhǔn)確，駕駛體驗(yàn)更好。

燃油表；算法；策略

燃油表算法策略是相對復(fù)雜的，燃油表的作用是實(shí)時(shí)顯示燃油箱內(nèi)剩余的燃油量，在汽車行駛過程中，如果燃油表指示不準(zhǔn)確或指針頻繁抖動(dòng)都會(huì)引起用戶抱怨，所以制定一個(gè)準(zhǔn)確穩(wěn)定的燃油表算法策略尤為重要。

1 設(shè)計(jì)原則

燃油表算法策略有2種設(shè)計(jì)思路：一種是只根據(jù)燃油傳感器阻值來計(jì)算當(dāng)前剩余燃油量；另一種是根據(jù)燃油傳感器阻值以及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量共同計(jì)算當(dāng)前剩余燃油量。無論采用哪種策略，在算法設(shè)計(jì)時(shí)均需按如下原則：①加滿油后，指針要指示到滿油位處；②當(dāng)燃油報(bào)警后，應(yīng)能保證車輛可以行駛到最近的加油站；③當(dāng)燃油表指針指示到空油位“0”時(shí)，此時(shí)車輛仍可繼續(xù)行駛一段距離；④車在急制動(dòng)/轉(zhuǎn)彎/顛簸路面，燃油表指針不能上下波動(dòng)；⑤坡路上熄火再起動(dòng)/怠速/行駛/時(shí)，燃油表指針不能脫離實(shí)際油量值位置；⑥加/減油后，燃油表要有相應(yīng)指示；⑦燃油傳感器短路/斷路時(shí)要有相應(yīng)處理機(jī)制；⑧考慮用戶體驗(yàn)，制定燃油表每個(gè)刻度對應(yīng)的油量值。

2 詳細(xì)策略設(shè)計(jì)

本章節(jié)將針對燃油表設(shè)計(jì)原則逐一給出解決方案。

2.1 加滿油后，指針要指示到滿油位處

考慮2個(gè)方面：①考慮油箱的容積，定義滿油位的位置為油箱容積減去3～5 L，例如油箱容積為70 L，可定義油量為67 L或65 L便指示到滿油位；②燃油表的布置位置一般在駕駛員視野的偏左側(cè)或偏右側(cè)，為了彌補(bǔ)視覺上的誤差，滿油位時(shí)，指針最好指示到“1”（燃油表滿油位一般標(biāo)記為“1”或“F”）或“F”以上α°，α為標(biāo)定值，根據(jù)實(shí)際情況，建議α為2°～4°。

2.2 燃油報(bào)警后，應(yīng)能保證車輛可以行駛到最近的加油站

當(dāng)燃油報(bào)警后，建議至少可以繼續(xù)行駛50～150 km。由于車型不同，油耗不同，油箱容積不同，具體設(shè)計(jì)報(bào)警時(shí)油箱中剩余油量為多少升，可按車輛最惡劣工作條件下能夠繼續(xù)行駛至少50 km為原則進(jìn)行考慮。表1為車型案例，供參考。

表1 燃油報(bào)警后行駛里程對標(biāo)表

2.3 當(dāng)燃油指針指示到空油位“0”時(shí)，此時(shí)車輛仍可繼續(xù)行駛一段距離

當(dāng)燃油表指針指示到空油位“0”時(shí)，油箱中的剩余油量不應(yīng)為0 L，應(yīng)留有一定的可用油量，且同時(shí)考慮油箱中的底油（即：不可用油），建議此時(shí)可繼續(xù)行駛里程為10～30 km，這種做法是行業(yè)內(nèi)普遍存在的，目的是給駕駛者留有一定的余量。

2.4 車在急制動(dòng)/轉(zhuǎn)彎/顛簸路面，燃油表指針不能上下波動(dòng)

為了保證車在急制動(dòng)/轉(zhuǎn)彎/顛簸路面，燃油表指針不能上下波動(dòng)，需要引進(jìn)濾波及阻尼策略。一是濾波策略：①每100 ms取一個(gè)燃油阻值；②每1 000 ms將所取的10個(gè)值中去掉最大值及最小值，進(jìn)行平均；③每10 000 ms將步驟②中的10個(gè)值進(jìn)行平均。通過以上濾波步驟獲取穩(wěn)定的燃油阻值信息。二是阻尼策略：①從燃油表空位到滿位或者從滿位到空位的濾波阻尼時(shí)間考慮，分別定義如下2個(gè)參數(shù)：常規(guī)濾波阻尼時(shí)間NORMAL_FILTER_DAMP_TIME；快速濾波阻尼時(shí)間FAST_FILTER_DAMP_TIME。它們均被設(shè)置成一個(gè)配置參數(shù)，需要存儲(chǔ)在EEPROM并且可被編程。②常規(guī)濾波阻尼時(shí)間NORMAL_FILTER_DAMP_TIME的默認(rèn)時(shí)間可定義為30～50 min；快速濾波阻尼時(shí)間FAST_FILTER_DAMP_TIME的默認(rèn)時(shí)間可定義為150～180 s。

當(dāng)在非加/減油模式時(shí)，采用常規(guī)濾波阻尼；當(dāng)在加/減油模式時(shí)，采用快速濾波阻尼。通過濾波獲取穩(wěn)定的燃油傳感器阻值，通過阻尼控制指針的運(yùn)行平穩(wěn)，保證車在急制動(dòng)/轉(zhuǎn)彎/顛簸路面時(shí)，指針不會(huì)頻繁波動(dòng)。但有的時(shí)候，車在極其顛簸路面行駛時(shí)，如果濾波及阻尼策略處理不當(dāng)，仍然存在視覺上可以識(shí)別出的指針波動(dòng)，一汽某車型就是因?yàn)榇饲闆r，將算法策略中除采用燃油傳感器阻值信號(hào)外，又引入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量共同計(jì)算當(dāng)前剩余燃油量，即：剩余燃油量=燃油阻值對應(yīng)的油量-累計(jì)燃油消耗量，采用此策略后使得指針指示穩(wěn)定性更好。圖1為采用此策略車型在油箱剩余油量為3 L時(shí)指示油量和燃油傳感器阻值對應(yīng)油量關(guān)系圖，圖2為剩余油量為39 L時(shí)指示油量和燃油傳感器阻值對應(yīng)油量關(guān)系圖。從圖1、圖2可以看到，即使燃油阻值波動(dòng)非常大，燃油表指針也不會(huì)波動(dòng)。

2.5 坡路上熄火再起動(dòng)/怠速/行駛/時(shí)，燃油表指針不能脫離實(shí)際油量值位置

1）對于“根據(jù)燃油傳感器阻值來計(jì)算當(dāng)前剩余燃油量”的算法策略幾乎無法保證車在坡路上熄火再起動(dòng)/怠速/行駛/時(shí)指針不脫離實(shí)際油量位置，只能盡量減少波動(dòng)，可以按如下方式：① 只要車速＞0，燃油指針不允許上升，只允許下降——可以避免一部分坡路引起的指針向上波動(dòng)問題；② 通過阻尼策略，保證指針運(yùn)行很慢，駕駛者感覺不明顯。

圖1 指示油量和燃油傳感器對應(yīng)油量關(guān)系圖（剩余油量3 L）

圖2 指示油量和燃油傳感器對應(yīng)油量關(guān)系圖（剩余油量39 L）

2）對于“根據(jù)燃油傳感器阻值以及發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗量共同計(jì)算當(dāng)前剩余燃油量”的算法策略，相對來說更容易控制些，但仍需分情況處理。

2.5.1 燃油表無法獲取坡度信號(hào)或加油口蓋開/關(guān)信號(hào)的情況

標(biāo)定一個(gè)油量值x，此油量值可以蘊(yùn)含車輛在0～y°范圍內(nèi)引起的油量最大變化量，其中y為車輛可以行駛的最大坡度。根據(jù)標(biāo)定的油量，當(dāng)油量變化值在±xL范圍內(nèi)時(shí)，油箱剩余油量=油量變化前的燃油傳感器阻值對應(yīng)的燃油量-累計(jì)燃油消耗量。此策略有一個(gè)缺點(diǎn)：當(dāng)加/減油量在未超過±xL時(shí)，燃油表指針不會(huì)有變化，給駕駛者感覺不好。

2.5.2 燃油表可以獲取坡度信號(hào)或者燃油口蓋開/關(guān)信號(hào)的情況

1）如果可以獲得坡度信號(hào)：前期標(biāo)定出每個(gè)油量值在各個(gè)坡度下引起的油量變化，燃油表依據(jù)此標(biāo)定數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前的坡度信號(hào)及當(dāng)前的燃油傳感器阻值就可以計(jì)算出當(dāng)前油箱的真實(shí)油量值；在各種情況下，燃油表都能獲取最精確的剩余燃油量。

2）如果可以獲得燃油口蓋開/關(guān)信號(hào)：因?yàn)榧?減油（除漏油情況）必須通過開啟加油口蓋，所以當(dāng)燃油表檢測到燃油口蓋開啟信號(hào)，同時(shí)檢測到油箱口蓋開啟后油量發(fā)生變化，此時(shí)方可認(rèn)為處于加/減油狀態(tài)，這樣就可以判斷出油量的增加/減少是由于路況引起還是加/減油引起，制定對應(yīng)的策略。2.6 加/減油后，燃油表要有相應(yīng)指示

為了滿足加/減油顯示要求，燃油表需要定義以下2個(gè)配置參數(shù)：正向增量門檻值C_POSITIVE_FILTER_DELTA，它被存儲(chǔ)在EEPROM并且可被編程，默認(rèn)值是油箱總?cè)萘康?0%（如果油箱容量為60 L，則是6 L）；反向增量門檻值C_NEGATIVE_FILTER_DELTA，它將被存儲(chǔ)在EEPROM并且可被編程，默認(rèn)值是油箱總?cè)萘康?0%（如果油箱容量為60 L，則是6 L）。

2.6.1 情況1——IG OFF加/減油

1）當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)從OFF到ON時(shí)，以下任何一個(gè)條件滿足時(shí)，燃油表將立即指示到當(dāng)前最新的燃油油位：① 燃油表檢測的燃油油量增加量大于常數(shù)C_POSITIVE_FILTER_DELTA；② 燃油表檢測的燃油油量減少量大于常數(shù)C_NEGATIVE_FILTER_DELTA。

2）點(diǎn)火開關(guān)從OFF到ON時(shí)，若以下任何一個(gè)條件滿足，燃油表將指示在上次點(diǎn)火周期內(nèi)最后一個(gè)有效值位置：①燃油表檢測的燃油油量增加量不大于常數(shù)C_POSITIVE_FILTER_DELTA；②燃油表檢測的燃油油量減少量不大于常數(shù)C_NEGATIVE_FILTER_DELTA。

2.6.2 情況2——IG ON加/減油

每10 s進(jìn)行一次油量變化判斷，當(dāng)連續(xù)n次檢測到油箱油量變化量超過C_POSITIVE_FILTER_DELTA或C_NEGATIVE_FILTER_DELTA時(shí)，判定為加/減情況發(fā)生，燃油表指針快速指示到當(dāng)前油量對應(yīng)位置，同時(shí)指針采用快速濾波方式響應(yīng)當(dāng)前油量變化，n的取值建議為3。

2.7 燃油傳感器短路/斷路時(shí)要有相應(yīng)處理機(jī)制

燃油傳感器短路或斷路時(shí)的處理機(jī)制是相同的。

1）當(dāng)輸入燃油信號(hào)阻值大于等于開路阻值閾值時(shí)，認(rèn)為是開路狀態(tài)，當(dāng)輸入阻值小于等于短路阻值閾值時(shí)，認(rèn)為此狀態(tài)為短路狀態(tài)；開路阻值閾值以及短路阻值閾值根據(jù)項(xiàng)目不同，取值會(huì)有所不同，跟燃油泵設(shè)計(jì)師共同商討之后再標(biāo)定確認(rèn)即可。

2）如果判斷燃油信號(hào)開路或斷路10 s以上，則燃油表應(yīng)該指示到“空”位置，報(bào)警符號(hào)點(diǎn)亮；當(dāng)燃油傳感器恢復(fù)正常時(shí)，指針立刻指示到當(dāng)前阻值對應(yīng)的位置。

2.8 考慮用戶體驗(yàn)，制定燃油表每個(gè)刻度對應(yīng)的油量值

燃油表每個(gè)刻度值會(huì)對應(yīng)一定的油量，刻度是均勻分布的，但是每個(gè)刻度對應(yīng)的油量可以均勻分布，也可以不均勻分布，即指針下降速度可以先慢后快或先快后慢。例如：80 L的油箱，刻度為1、7/8、6/8、5/8、4/8、3/8、2/8、1/8、0。先慢后快的制定方案見表2。

表2 刻度值與油量值對應(yīng)關(guān)系

具體油量如何分布，需主機(jī)廠自行定義，一般為均勻分布或先慢后快。

3 結(jié)束語

本文從開發(fā)的角度，介紹了指針式燃油表的設(shè)計(jì)原則及對應(yīng)的解決方案，此解決方案已經(jīng)在多個(gè)車型中得到驗(yàn)證。根據(jù)此解決方案，可以使燃油表的表現(xiàn)良好，使駕駛者有更好的使用體驗(yàn)。

（編輯 凌 波）

Algorithm Design of Pointer Fuel Meter

WANG Shu-qin

（FAW R&D Centre，Changchun 130011，China）

This article describes design requirements and the corresponding algorithm strategy of the pointer fuel meter.Through applying this strategy，the fuel gauge can be more accurate and the driving experience is improved.

fuel gauge；algorithm；strategy

U463.73

A

1003-8639（2017）10-0047-03

2017-01-20

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(jì)工作。