提高汽車燃油表指示精度和合理性設(shè)計(jì)研究

錢慧君 涂紫鵬

摘要： 本文介紹了汽車用燃油表總成的基本組成、結(jié)構(gòu)、燃油表采樣原理圖、參數(shù)設(shè)計(jì)及性能要求等。

Abstract： This paper introduces the basic composition， structure， sampling schematic diagram， parameter design and performance requirements of fuel gauge assembly for automobiles.

關(guān)鍵詞： 燃油表;上拉電阻;響應(yīng)

Key words： fuel gauge;pull-up resistance;response

中圖分類號(hào)：U463.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0020-02

0? 引言

汽車燃油表是用于指示汽車油箱內(nèi)油量的指示器，燃油表指示精度與燃油箱造型、燃油傳感器、燃油表的采樣電路、燃油表的軟件策略、性能要求等均有著千絲萬(wàn)縷的關(guān)聯(lián)性，這其中任何一個(gè)因素都可能造成燃油表在使用過(guò)程中有指示偏差，從而導(dǎo)致用戶抱怨。為此，在設(shè)計(jì)之初就要對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)避驗(yàn)證，從而提高燃油表的指示精度和合理性，下面介紹從燃油表硬件設(shè)計(jì)及性能要求方面規(guī)避指示偏差大的風(fēng)險(xiǎn)。

1? 燃油表組成

1.1 燃油指示系統(tǒng)由燃油表、燃油傳感器組成（如圖1）

1.2 燃油表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如表1）

十字線圈的結(jié)構(gòu)形式基本已經(jīng)淘汰，以前也僅在低端微型車用的比較多，價(jià)格非常低廉。目前市場(chǎng)應(yīng)用較多的是步進(jìn)電機(jī)和液晶數(shù)字顯示形式，但隨著大屏的應(yīng)用越來(lái)越多性價(jià)比越來(lái)越高，未來(lái)可能趨于全液晶顯示形式。

1.3 燃油表采樣原理圖（如圖2）

從圖2中可以看出，燃油表采集到的電壓信號(hào)V=V2-VB，而燃油傳感器實(shí)際電壓值V′=V1-VA，由于V2=V1，故如果VA=VB，那么V=V′。但實(shí)際車況是雖然同是車身地但依然存在著壓差。如果VB>VA，那么VV′，燃油表指示會(huì)偏低。如果VB和VA壓差很大的話，那么會(huì)導(dǎo)致燃油表指示嚴(yán)重偏高或偏低。針對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)，我們目前有3個(gè)方法進(jìn)行避免：①將燃油表和燃油傳感器共地;②適當(dāng)減小燃油表內(nèi)部的上拉電阻，從而增大燃油表采集到的燃油有效信號(hào);③在滿足燃油表指針響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)前提下，適當(dāng)減慢燃油表的響應(yīng)速度。

2? 燃油表設(shè)計(jì)要求

燃油表的設(shè)計(jì)要求有環(huán)境、外觀、涂覆層、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、電性能等要求，這里只介紹參數(shù)和性能兩個(gè)主要的要求，這兩個(gè)與硬件電路設(shè)計(jì)息息相關(guān)。

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1.1 燃油表設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)就是上拉電阻。先由燃油傳感器給出特性表（如表2），燃油表根據(jù)燃油傳感器在各個(gè)燃油量點(diǎn)的電阻值和燃油傳感器測(cè)試時(shí)接的電源電壓和上拉電阻來(lái)設(shè)計(jì)其本身的上拉電阻，一般會(huì)直接選用燃油傳感器測(cè)試時(shí)接的上拉電阻值，在功能樣件測(cè)試階段用燃油表的功能樣件與燃油傳感器實(shí)物匹配，根據(jù)匹配情況對(duì)上拉電阻進(jìn)行微調(diào)。

2.1.2 燃油表另一個(gè)較重要的參數(shù)是其響應(yīng)速度。響應(yīng)速度太快，指針會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)（特別是轉(zhuǎn)向或上、下坡時(shí)）;響應(yīng)速度太慢，又不能真實(shí)反映油箱內(nèi)的燃油量，給用戶錯(cuò)誤的指示，導(dǎo)致用戶未開到加油站就無(wú)油。故燃油表的響應(yīng)速度必須符合：當(dāng)燃油傳感器的浮子從空位（E）急劇地移到滿位（F）時(shí)，燃油表的指針應(yīng)在15秒內(nèi)指示到標(biāo)度尺滿位值的90%以上。另外，由于燃油指示系統(tǒng)涉及到燃油箱總成、燃油傳感器總成、燃油表總成，故在設(shè)計(jì)初期三個(gè)總成應(yīng)該將燃油表各個(gè)指示點(diǎn)對(duì)應(yīng)的燃油傳感器阻值、燃油液面高度（或燃油量升數(shù)）以及誤差達(dá)成一致意見(jiàn)后編入三個(gè)總成的技術(shù)要求中用以硬件電路設(shè)計(jì)及匹配。

2.2 性能要求

2.2.1 環(huán)境條件要求

①工作溫度：

A級(jí)及以下車型：-30℃～+65℃;B級(jí)、C級(jí)、CD級(jí)及以上車型：-30℃～+85℃。

②貯存溫度：

A級(jí)及以下車型：-40℃～+75℃;B級(jí)、C級(jí)、CD級(jí)及以上車型：-40℃～+95℃。

常態(tài)工作環(huán)境條件：溫度18℃～28℃，相對(duì)濕度45%～75%，氣壓86kPa～106kPa。

2.2.2 電壓要求

燃油表在按9V～16V（按整車供電電壓12V計(jì)算）的工作電壓范圍工作，進(jìn)行電壓影響試驗(yàn)時(shí)，由此引起的指示值的變化量分別為：指針式燃油表不應(yīng)超過(guò)標(biāo)度全弧長(zhǎng)的10%，數(shù)字顯式燃油表不應(yīng)超過(guò)被檢點(diǎn)數(shù)值的10%;試驗(yàn)后組合儀表工作正常。

2.2.3 指示誤差

燃油表的指示誤差應(yīng)符合表3的規(guī)定。

2.2.4 可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

①當(dāng)被測(cè)燃油量變化時(shí)，燃油表指示運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，不應(yīng)有明顯的跳動(dòng)和卡滯現(xiàn)象。如果是指針顯示，其指針擺動(dòng)量不應(yīng)超過(guò)指針0.5個(gè)針尖的寬度。

②當(dāng)油量表從下限值突變到上限值時(shí)，其指針應(yīng)在2min內(nèi)指示到標(biāo)度尺全弧長(zhǎng)的90%以上。

2.2.5 指針響應(yīng)時(shí)間

當(dāng)燃油傳感器的浮子從空位（E）急劇地移到滿位（F）時(shí)，燃油表的指針應(yīng)在15秒內(nèi)指示到標(biāo)度尺滿位值的90%以上。

2.2.6電源反向連接

燃油表需能承受1min的電源極性反接而不損壞，反接電壓值（按整車供電電壓是12V計(jì)算）是13.5±0.5V。在進(jìn)行電源反向連接時(shí)，燃油表應(yīng)無(wú)異常變化。

2.2.7 電磁兼容性

按GB 18655要求產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)表6、表10中3級(jí)的規(guī)定;按ISO 7637-2產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到ISO 7637-2（2004）附件中第Ⅳ級(jí)的規(guī)定，產(chǎn)品應(yīng)滿足A級(jí)的要求。

3? 結(jié)束語(yǔ)

汽車燃油表在設(shè)計(jì)電路初期需要充分考慮規(guī)避后期更改硬件電路的風(fēng)險(xiǎn)，隨著主機(jī)廠和供應(yīng)商經(jīng)驗(yàn)的積累，這種設(shè)計(jì)及要求已基本規(guī)范化了，在設(shè)計(jì)時(shí)可直接調(diào)用模塊化電路和軟件包，僅做微小調(diào)動(dòng)即可，極大的減少了后期風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/SQR.04.183-2001，燃油表.

[2]陳建強(qiáng).汽車電子燃油表的設(shè)計(jì)與匹配[J].汽車電器，2021.

[3]QC/T 727，汽車、摩托車用儀表.