汽車燃油表顯示異常分析及試驗方法設(shè)計

姚鳳偉， 楊鵬春， 陳 鼎， 張興龍

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 上海 201800）

隨著汽車軟件功能技術(shù)的快速發(fā)展， 汽車不再局限于滿足人們的出行， 駕駛操控性、 舒適性等感官品質(zhì)也越來越受到人們的關(guān)注， 并且已成為人們生活中不可或缺的一部分。 組合儀表作為人機交互的重要環(huán)節(jié)， 是駕駛員獲得汽車狀態(tài)信息的主要來源。 日常行駛中， 續(xù)航焦慮等逐漸成為焦點， 如果儀表顯示不準(zhǔn)， 無疑會引起客戶更強烈的抱怨。

1 油泵-燃油表系統(tǒng)工作原理

燃油液位傳感器是儀表獲取油箱油量信息的重要部件， 由一個滑片電阻和一個浮子機構(gòu)組成， 如圖1 所示。 當(dāng)油箱燃油高度產(chǎn)生變化時， 浮子高度也會隨著變化， 從而帶動滑片電阻輸出不同液位高度時的阻值， 此過程中， 開發(fā)者會標(biāo)定阻值與剩余油量對應(yīng)的幾個關(guān)鍵值。

圖1 油液傳感器結(jié)構(gòu)圖

儀表通過A/D采集滑片電阻對應(yīng)的電壓值和電路中采樣匹配電阻， 計算出此時滑片電阻值， 再根據(jù)標(biāo)定的關(guān)鍵值擬合獲得函數(shù)并計算出對應(yīng)的剩余油量百分比， 從而顯示在儀表中。 燃油表采樣電路系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 燃油表采樣電路系統(tǒng)框圖

2 燃油表顯示異常故障分析

燃油表顯示不準(zhǔn)問題從表現(xiàn)來看可分為加油不滿、 顯示卡滯、 燃油格段跳變、 續(xù)航不準(zhǔn)、 低油報警、 油耗偏差等故障。 從故障原因出發(fā)， 可對以下幾方面進(jìn)行梳理。

1） 油箱/油泵故障： 油箱姿態(tài)不對， 油泵安裝不到位；油泵浮子卡滯， 阻值輸出不合理； 液位傳感器精度不夠。

2） 線束故障： 油泵和線束插接件接觸不良； 儀表和線束插接件接觸不良。

3） 信號交互異常： 發(fā)動機噴油量信號異常； SCS里程信號異常； 網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)出信號異常。

4） 儀表故障： ①儀表算法bug： 電阻值濾波不合理；加油時， 滯回值/閾值設(shè)置不合理； 復(fù)位數(shù)據(jù)設(shè)置不合理；燃油表下降逼近速率設(shè)計不合理。 ②儀表UI設(shè)計bug： 儀表采樣電路硬件故障。

3 油泵-燃油表系統(tǒng)試驗方法

場景設(shè)計以上汽乘用車綜合耐久試驗規(guī)范為載體， 提煉出專項子規(guī)范， 見表1。

表1 場景設(shè)計測試工況

數(shù)據(jù)采集方法分為兩部分： ①油泵液位傳感器線束外接A/D數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取油箱浮子采樣數(shù)據(jù)。 通過兩種方式采集燃油阻值相關(guān)信息： 雙刀雙擲開關(guān)K腳5， 6對應(yīng)置1， 2時， 油泵-燃油表系統(tǒng)回路導(dǎo)通， 采集電阻對應(yīng)電壓值； 開關(guān)K腳5， 6對應(yīng)置3， 4時系統(tǒng)回路斷， 采集電阻值，系統(tǒng)框圖如圖3所示。 ②整車OBD端外接CAN數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取整網(wǎng)相關(guān)控制器數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集實物如圖4所示， 全部數(shù)據(jù)整合在同一時域內(nèi)并保存在記錄儀內(nèi)， 解決數(shù)據(jù)分散問題。

圖3 油泵液位傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖

圖4 數(shù)據(jù)采集實物圖

模型建立基于整車電器架構(gòu)實現(xiàn)， 框圖如圖5所示， 數(shù)據(jù)信號監(jiān)測如表2所示。

圖5 試驗方法模型圖

表2 數(shù)據(jù)信號監(jiān)測表

4 應(yīng)用驗證

以上汽乘用車某項目為例， 將測試工況細(xì)化為可操作場景并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)， 截取步驟27～29分析， 數(shù)據(jù)記錄見表3。

表3 具體測試工況記錄表

在試驗車油拋結(jié)束后， 加入3L （低于儀表燃油1格顯示閾值） 燃油， 上電觀察儀表燃油顯示無變化； 再加入8L燃油， 上電觀察燃油顯示為3格； 再加油至跳槍， 上電觀察燃油由3格增加至8格 （滿格）。 截取此段數(shù)據(jù)分析結(jié)果與實際操作記錄的數(shù)據(jù)一致， 符合預(yù)期， 如圖6所示。

圖6 具體測試工況數(shù)據(jù)分析圖

隨機截取一段在熄火和劇烈行駛工況的燃油液位傳感器電壓采樣值， 從原始數(shù)據(jù)可以看出， 惡劣工況下油箱浮子晃動劇烈， 采樣數(shù)據(jù)波動頻率較高， 無法判斷燃油消耗情況， 如圖7所示 （圖中數(shù)據(jù)為0表示車輛休眠）。

圖7 電壓采樣原始數(shù)據(jù)圖

一階濾波算法具有適用于波動頻率較高場合的特點，本文采用此方法， 其公式為：

式中： α——濾波系數(shù)； X（n）——本次采樣值； Y（n-1）——上次濾波輸出值； Y（n）——本次濾波輸出值。

經(jīng)過多次優(yōu)化可知， α取0.01， 上次濾波輸出值取本次采樣值前1000次采樣值的中位值， 優(yōu)化后結(jié)果表明， 隨著時間推移， 電壓越大， 對應(yīng)電阻越大， 剩余油量越少， 符合預(yù)期。 如圖8所示。

圖8 電壓采樣濾波數(shù)據(jù)圖

5 結(jié)論

整車道路試驗是整車開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 本文探索了油泵-燃油表系統(tǒng)的全新試驗方法： 從場景設(shè)計角度來看，基于系統(tǒng)邊界條件建立全覆蓋的測試工況； 從模型和數(shù)據(jù)兩個維度來看， 基于IPK、 ECU、 SCS、 GW控制器以及油泵液位傳感器進(jìn)行全周期數(shù)據(jù)監(jiān)控， 進(jìn)一步建立故障自動識別診斷模型。 實車測試此試驗方法不僅可支持正向開發(fā)相關(guān)工況的驗證， 而且也是從黑盒到白盒測試的轉(zhuǎn)變， 并將在后續(xù)項目開發(fā)中應(yīng)用。