汽車燃油表控制策略研究

伍愛萍，鄧華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車燃油表控制策略研究

伍愛萍，鄧華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車燃油表用于指示當前油箱中燃油的剩余情況。該表應指示正確，準確反映當前油箱燃油的情況，以便順利、安全駕駛。而燃油表控制策略是保障其指示準確性的關鍵。因此，對控制策略的研究、分析和規(guī)劃具有十分重要的意義。文章通過采用分時采樣、濾波、閥值控制、阻尼控制、阻值記憶以及指針響應時間控制等策略，實現(xiàn)了在連續(xù)點火、信號突變或丟失、急加速、上下坡等特定路況或不同車況條件下的準確采樣和平穩(wěn)指示，解決了諸多燃油表在實際使用過程中指示異常的問題，通過了終端市場的考驗，使產品性能和使用效果均達到了汽車行業(yè)標準要求。

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電阻信號來實現(xiàn)油量的指示；但在車輛行駛過程中，由于車輛行駛是一個動態(tài)的過程，這樣就會引起油箱里液面的晃動，特別在顛簸的山路會引起燃油表指針的上下跳動；在臨界報警點時還會造成燃油報警燈的不停閃爍。如處理不當會引起客戶的抱怨。

1、燃油表工作原理

燃油表一般由其指示器和傳感器組成。

燃油表傳感器的結構多為浮子式結構，即由隨液面位移而自動位移的浮子帶動一個內裝滑動電阻器的機構聯(lián)接而成，當油箱內的液位出現(xiàn)油面高低變化時，引起浮子位置的高低變化，在滑動電阻器上將會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試端口。燃油表的采樣電路通過向燃油傳感器提供上拉電壓，從而將變化的阻值轉化為變化的電壓[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

變化的電壓信號輸入給燃油表的微處理器的A /D端口轉化為數(shù)字采樣信號，微處理器通過預置的系統(tǒng)軟件，根據(jù)輸入燃油信號變化來控制步進電機的運動方式和速度，從而帶動指針指示正確的燃油位置。

顯示值的準確和穩(wěn)定是最關鍵的指標。導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與油泵并用，導致燃油信號收到干擾[1]。由于燃油傳感器的結構和電氣特性，導致汽車在行車過程中，油箱的晃動會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生傾斜，車輛在加速行駛或急轉彎時, 燃油傳感器的數(shù)值都會不同, 處理燃油輸入信號頻繁的波動是解決燃油表的指示問題之一。 另外，在行車中，汽車點火后對燃油信號的處理是采用濾波方式，如果司機在不熄火情況下就進行加油，這樣燃油表所反映的值在一段長時間內是不準確的，處理好該問題也是解決燃油表指示的關鍵。對此燃油表需要通過不同的軟件控制策略來消除由于傳感器輸入變化導致的顯示異常。對于這類情況，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確性和穩(wěn)定性。

2、燃油表存在的問題及解決方法

2.1 點火關及點火開加油時，指針運行速度的控制

由于行業(yè)標準及顧客的習慣，會存在點火關和點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應位置。若在IGN_OFF, Engine OFF的情況下加油，比較|當前油量-上一次IGN OFF記憶油量|≥閥值，則進入加油模式，燃油表指示采用快速阻尼響應，即燃油表由E點運行到F點全程需要2s的響應速度；若在IGN_ON, Engine OFF的情況下，比較|當前油量-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點運動到F點全程需20s時的響應速度；如果比較值|當前油量-上一次IGN OFF記憶油量|＜閥值，則此時不會更新油表。

2.2 車輛駐坡時怠速及車輛駐坡時的油表指示在熄火后再點火指示有變化

經過實車測試（3/4油量的時候），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）。當車輛駐坡怠速時，采用發(fā)動機ECU噴油量信號，儀表進行慢速響應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IGN OFF 15s后記憶當前的“坡道阻值”，當燃油表重新啟動后，則對當前采樣值與所記憶坡道阻值進行比較，一般這兩個阻值相同，指示不會發(fā)生變化；若處于坡道加油，由于再次上電時是判定當前阻值與記憶阻值進行對比，而不是當前阻值與記憶的顯示油量對比，所以即使在坡道上加油也能進行正確指示。

2.3 連續(xù)點火啟動時燃油指示位置不一致[3]

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

2.4 信號急劇變化時, 會出現(xiàn)指針擺動現(xiàn)象

由于車輛轉彎、急加速、減速等情況引起的傳感器信號快速變化會導致指針的擺動，為了燃油表指示平穩(wěn)，主要通過數(shù)字濾波的方式解決，忽略行駛過程中燃油表所采樣的實時變化的阻值，即在一定的時間內（如 12min）連續(xù)采集一定的組數(shù)數(shù)據(jù)（如256組數(shù)據(jù)）采用先進先出的方式進行長濾波使得燃油阻值不會出現(xiàn)突變，在整個行駛過程中采用慢速阻尼響應，并定義當車速＞0，且引擎轉速＞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

在推車過程中，即車速＞0，且引擎轉速＜=300rpm的狀態(tài)，若燃油傳感器阻值波動過大，會導致儀表指示上、下跳動。此時在軟件中定義推車過程中不更新燃油表顯示則可以避免此問題的發(fā)生。

3、燃油表控制策略

3.1 輸入

1) 信號來源于燃油傳感器電阻信號，車速信號，發(fā)動機轉速信號，發(fā)動機噴油信號。

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

快速阻尼：燃油表由E點運動到F點全程需要2s的響應速度；

中速阻尼：燃油表指針由E點運動到F點全程需20s的響應速度；

慢速阻尼：燃油表指針由E點運動到F點全程需90min的響應速度；

3.2 輸出

燃油表為指針式或斷碼式。

表1

3.3 控制策略

基于上文對燃油表在實際使用過程中存在問題的分析和對解決方案的探討，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后測得的油量值

Fd：油量顯示值

1）當點火從關變?yōu)殚_后（OFF-ON），指針立刻（快速阻尼）移動到剩余油量的位置。

Fp=當前油量, 第一次有效于IGN ON 500ms后（因采樣需 500ms時間，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后測得的油量值

Fd=油量顯示值（Fd即燃油表指針所顯示的油量）

a）如果|Fp-F15|≥5，儀表進入加油和抽油模式，油表指針快速移動到Fp（2S內移動到100%）

b）如果|Fp-F15|＜5，油表指針快速移動到Fd

2）IGN_ON, Engine OFF

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

b）如果比較值|Fp-F15|＜5L，則此時不更新油表。

3）車速=0，發(fā)動機轉速 ＞ 300rpm。

儀表指針應根據(jù)噴油量信號計算實際耗油量，使用慢速響應移動指針。

4）燃油表點火后正常行駛模式下的響應：

a）當車速＞0，且引擎轉速＞300rpm的情況下，此時燃油表不能上升；

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

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

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

6）熄火時的燃油表響應 IGN OFF。

當點火開關從ON到OFF后，燃油表指針從當前量程到空，小于3秒。

7）判斷燃油傳感器錯誤與恢復的條件：

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

b）如果燃油傳感器的值大于設定的開路阻值 3秒以上，則認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，則認為該燃油傳感器恢復。

c）當連續(xù)3秒檢測燃油量低于報警點油量時，觸發(fā)低燃油報警；低燃油報警觸發(fā)后，如果連續(xù)3秒檢測到燃油量＞=報警點油量+4L ,低燃油報警解除。

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）當燃油傳感器輸出電阻值為F點阻值到短路阻值之間時，按照滿油處理。 當燃油傳感器輸出電阻值為E點到開路阻值之間時，按燃油空處理。

9）在蓄電池斷開，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前油量。

10）快速關點火

IGN ON后IGN OFF然后再次IGN ON, 如IGN OFF的時間小于15s，燃油表采用上一次IGN ON的顯示值。排除15s內發(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、試驗驗證

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

表2

此外本燃油控制策略在路試驗證后，已在幾個車型配套產品上應用，實現(xiàn)的產品經歷了市場的考驗，得到了顧客的認可。

[1] 余成波.《傳感器與自動檢測技術》.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》.吉林大學學報 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

伍愛萍，女，1982.10，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，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