基于CAN總線的燃油液位顯示設(shè)計

王龍

摘 要：對燃油車燃油液位顯示全新設(shè)計和匹配，通過CAN總線方式實現(xiàn)燃油液位數(shù)據(jù)的發(fā)送和顯示，并通過整車試驗驗證確保設(shè)計滿足客戶使用需求。

關(guān)鍵詞：CAN;燃油液位;ECU;油位匹配

燃油液位是傳統(tǒng)汽車乃至混合動力車型必不可少的一個顯示單元，通常設(shè)計在整車儀表總成上顯示，可以使用戶方便直觀的了解到可用燃油狀況，從而大致判斷汽車可供行駛的剩余里程，也可以為用戶前往加油站的時間提供參考。

傳統(tǒng)燃油液位顯示設(shè)計一般采用硬線直接相連，將燃油泵上集成的油位傳感器信號直接接入整車儀表總成。隨著油箱內(nèi)部油量的變化，油位傳感器的浮子會上下浮動，而油位傳感器相當于一個滑動變阻器，浮子上下浮動會使它兩端的電阻也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，在儀表內(nèi)部提供適配阻值的電阻和5V電壓與油位傳感器形成回路，通過測量油位傳感器兩端的電壓信號得出燃油液位高低，進而轉(zhuǎn)換為儀表上的燃油液位顯示。

1 整車CAN總線介紹

CAN-BUS即CAN總線技術(shù)，全稱為“控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)（Controller Area Network-BUS）”。Can-Bus總線技術(shù)最早被用于飛機、坦克等武器電子系統(tǒng)的通訊聯(lián)絡(luò)上。將這種技術(shù)用于民用汽車最早起源于歐洲，在汽車上這種總線網(wǎng)絡(luò)用于車上各種控制單元的數(shù)據(jù)傳輸。相較傳統(tǒng)的布線方式數(shù)據(jù)傳送速度更高，同時也大大節(jié)省了線束，降低成本，降低車重，線束布置也得到了優(yōu)化。

整車CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如下：

術(shù)語解釋：

ABS： Anti-Lock Braking System 防抱死制動系統(tǒng)

ESP：Electronic Stability Program 車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)

ECU： Electronic Control Unit 電子控制單元，又稱“行車電腦”

ICU： Instrument Cluster Unit 儀表板單元

SAS： Steering Angle Sensor 方向盤轉(zhuǎn)角傳感器

TPMS： Tire Pressure Monitor System 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)

原理介紹：將油泵上集成的油位傳感器通過硬線接入ECU相關(guān)回路中，通過高性能的32位微控制器（MCU）可以準確計算燃油箱中燃油液位，然后再將燃油液位信號發(fā)送到CAN總線上，整車儀表便可通過CAN總線接收相關(guān)信號，從而將燃油液位顯示出來。

2 儀表燃油液位顯示設(shè)計

儀表燃油液位顯示總共分為十格，每格顯示油量為10%，前八格為白色顯示，后兩格為紅色顯示，當燃油消耗至最后兩格紅格時，兩紅格開始閃爍顯示，閃爍頻率：1Hz，用以提示用戶燃油不足。

參考SAE J1939-71 2012確定ECU發(fā)送報文名稱：燃油液位（Fuel Level）;

報文ID：0x18FEFC00—BYTE2：比例：0.4%/bit，偏移量：0。

3 燃油箱油位匹配設(shè)計

某項目車型采用燃油箱總成額定容積為43L，根據(jù)燃油箱高度-容積曲線和燃油泵總成V-H-R特性，匹配油位設(shè)計如下：

4 匹配設(shè)計注意事項

（1）油位傳感器在與ECU端通過線束連接時，信號的干擾可能會造成ECU接收信號不準確。為避免整車地線對油位信號的干擾，需要將油位傳感器的信號線和地線直接接入ECU內(nèi)部，使油位傳感器電路形成單獨回路，同時中間過程也要盡量減少插接件的轉(zhuǎn)接，以免因插接件接觸不良等原因?qū)е碌男盘柛蓴_失真。

（2）對于燃油液位的顯示也要考慮到提前量，即提前顯示滿油和提前顯示缺油，根據(jù)汽車使用經(jīng)驗，通常燃油液位滿格時燃油量為油箱額定容積的90%左右，燃油液位最低位置時燃油量為油箱額定容積的10%左右，燃油液位低報警時燃油量為油箱額定容積的20%左右，設(shè)置相應(yīng)的提前量，可以對整個燃油系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差進行一定程度覆蓋，包括燃油箱總成的設(shè)計制造誤差、燃油品質(zhì)不同造成的傳感器測量誤差、整車線束轉(zhuǎn)接造成的內(nèi)阻等。

（3）由于采用CAN總線方式傳輸數(shù)據(jù)，整車線束中的CAN線必須采用屏蔽雙絞線， ECU和ICU需配置為含CAN總線端節(jié)電阻，端節(jié)電阻為120Ω，為提高通訊品質(zhì)，選用多緩沖（接收和發(fā)送都需要）的CAN控制器芯片;數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)定按照J1939的相關(guān)規(guī)定，采用Intel格式，波特率設(shè)置為500kb/s。

（4）由于ECU實時采集油位傳感器信號，并將燃油液位信號實時發(fā)送至ICU。但是在汽車行駛過程中，如若遇到上下坡或急轉(zhuǎn)彎時，燃油箱中油位傳感器浮子必然會產(chǎn)生較大變動，如果按照上述實時狀態(tài)顯示的話，必然會使用戶產(chǎn)生一定誤判，所以需要在ICU內(nèi)部對油位信號增加相應(yīng)的阻尼設(shè)計，避免燃油液位在特殊駕駛工況下顯示突變。

5 試驗驗證

選用一臺整備質(zhì)量為1150kg的微卡車型，將車輛加油至燃油箱額定容積43L，然后在一般公路上進行整車空載燃油液位顯示準確性測試，直至燃油耗盡。測試數(shù)據(jù)如下：

通過以上數(shù)據(jù)可知，整車燃油液位顯示提前量可按照設(shè)計要求實現(xiàn)，中間段燃油液位對應(yīng)行駛里程基本相同，滿足設(shè)計預(yù)期。同時在整車行駛測試工況中包含上下坡和轉(zhuǎn)彎路況，儀表上燃油液位顯示正常，未產(chǎn)生突變。

6 總結(jié)

通過在某國六車型上對燃油液位顯示進行CAN總線設(shè)計，得出以下結(jié)論：

（1）燃油液位作為燃油箱油量的一個指示標志，其設(shè)計優(yōu)化需要將涉及到的ECU、ICU、線束以及用戶的使用體驗統(tǒng)統(tǒng)囊括其中，從系統(tǒng)層面綜合考慮才能實現(xiàn)最終目的。

（2）通過采用CAN總線方式，優(yōu)化了系統(tǒng)的線束布置，從而降低了整車成本。

（3）整車采用CAN總線通信方式傳輸數(shù)據(jù)為后期匹配開發(fā)新功能打下了基礎(chǔ)，減少了后期的開發(fā)周期和成本。

參考文獻：

[1]SAE J 1939-71-2012 Vehicle Application Layer.