基于汽車底盤測功器的車輛油耗檢測系統設計

胥 玥

（上海電氣自動化設計研究所，上海 200023）

基于汽車底盤測功器的車輛油耗檢測系統設計

胥 玥

（上海電氣自動化設計研究所，上海 200023）

針對傳統車輛油耗檢測系統存在的不足，設計了一種基于汽車底盤測功器的車輛油耗檢測系統。分析了車輛油耗測量的方法，闡述了油耗檢測系統的組成。系統使用51系列單片微處理器，采用模塊化設計。根據汽油與柴油車輛的不同特點，分別采用重量式和容積式油耗變送器進行油耗測量。系統測試性能良好。

車輛底盤；測功器；油耗檢測

傳統車輛油耗檢測設備主要采用活塞式流量計方式，但該方式存在著要求測量用油的品質高、流量變送器線性差、自動化程度低以及測量精度不高等問題［1］。目前，在國內外采用的多種測定車輛油耗的試驗方法中，在汽車底盤測功器上進行車輛油耗檢測是發展的方向。本文設計了一種與車輛底盤測功機［2］相配套的新型車輛油耗檢測系統。系統在硬件結構設計上充分考慮了測量系統的安全性、可靠性以及測量精度。在測量汽車油耗時，針對汽油與柴油的不同特點，采用容積式油耗變送器測量汽油車、重量式油耗變送器測量柴油車。檢測系統采用51系列單片微處理器設計，具有參數設定輸入接口、232通信輸出接口，且能與上位計算機進行數據聯網。

1 車輛油耗測量

在測量汽車油耗時，針對汽油與柴油的不同特點，采用容積式油耗變送器測量汽油車，重量式油耗變送器測量柴油車。

1.1 車輛百公里油耗計算

根據車輛油耗的定義［3-5］，車輛百公里油耗為車輛行駛100km所消耗的燃油的升數。但按現行標準，在底盤測功器上進行車輛油耗檢測時，要求油耗測量的路程即車輛行駛的距離大于或等于500m。由此得到車輛百公里油耗

式中，S為車輛行駛的距離（km）；V為該距離內車輛燃油消耗量（L）。

容積式油耗變送器為一恒壓供油系統。使用容積式油耗變送器檢測油耗時，根據設定的燃油油耗量V，測出車輛行駛的路程S，再根據式（1）計算出車輛百公里油耗Ge。重量式油耗變送器由稱量裝置、計數裝置和控制裝置組成［6］。使用重量式油耗變送器檢測油耗時，將距離S作為設定值，計量車輛燃油消耗量V，然后利用式（1）計算出車輛百公里油耗Ge。

1.2 底盤測功器上車輛行駛距離測量

車輛在底盤測功器上工作時，由于車輪帶動底盤測功器上滾輪轉動，故車輛的行駛距離為

式中，N 為滾輪轉動的圈數；L為滾輪轉動的周長。

在底盤測功器上的滾輪邊上安裝霍爾傳感器［7］，如圖1所示，對滾輪進行脈沖計數測量就能獲得N，從而測出S。

圖1中，汽車輪帶動底盤測功器滾輪1轉動，其一側邊緣裝有小磁鋼，當滾輪1轉動時，小磁鋼掃過霍爾傳感器，輸出脈沖通過電纜送至油耗測量控制顯示器中的微處理器系統作為車速信號，完成車速和行駛距離的測量處理。

圖1 車輛行駛距離測量原理示意圖Fig.1 Diagram of vehicle distance measurement principle

2 車輛油耗檢測系統設計

車輛油耗檢測系統采用模塊化設計，包括系統板、A／D轉換處理板（僅重量式油耗測量控制顯示器有）、系統底板和數據顯示控制板，全部通過底板連接在一起。針對每個硬件模塊，用51系列匯編語言［10］編制相應的軟件模塊，逐一實現各硬件模塊功能。

2.1 系統板

系統板電氣原理圖如圖2所示。該部件主要由 ATMEL89C52微處理器［9］、74LS系列數字電路等外圍電路組成，同時設有硬件自動復位電路，以提高系統抗干擾能力［10］。

圖2 系統電氣原理圖Fig.2 Diagram of the electrical system

ATMEL89C52是一個低功耗、高性能CMOS 8位單片機；其功能強，可行性較好，性價比高，可廣泛應用于各種工業測量場合，故本系統選用該芯片作為系統CPU。

2.2 系統底板

該部件主要作為系統總線連接，系統底板電氣原理圖如圖3所示。底板上設有3個總線插槽、總線驅動、并行口輸出等。

圖3 系統底板電氣原理圖Fig.3 Diagram of system base board logic

2.3 數據顯示控制板

油耗測量控制顯示器的電路硬件主要由51系列單片微處理器和數字電路組成。與容積式油耗測量控制顯示器的硬件相比，重量式油耗測量控制顯示器的硬件除增加了A／D轉換處理板外，其余基本上都是一致的。設置行駛路程或燃油容量采用1.27cm（0.5″）綠色LED數碼管，而數據顯示部分則采用2.54cm（1.0″）紅色LED數碼管，以示區別。

狀態顯示采用發光面積較大的方形發光二極管，通過聚氯乙烯（PVC）印字透明薄膜顯示；操作按鍵采用輕觸鍵。容積式油耗測量數據顯示板和重量式油耗測量數據顯示板電氣原理圖分別如圖4、5所示。

可以通過數據顯示控制板設定油耗測量值。容積式車輛油耗測量設定內容包括：容量（mL），帶1位浮動小數；滾輪周長（m），帶4位固定小數。測量顯示值為車輛行駛路程（m）與油耗（L／100km），帶2位浮動小數。重量式車輛油耗測量設定值內容包括：距離（m），帶1位浮動小數；滾輪周長（m），帶4位固定小數；燃油比重（g／mL），帶3位固定小數。測量顯示值為耗油量（mL）與油耗（L／100km），帶2位浮動小數。

兩者都有車速顯示。所有的參數設定與功能都通過“設置”按鍵與按鍵“F1”，“F2”完成，另配有8個狀態、功能指示燈，用于相關測量狀態與功能指示。

圖6 A／D轉換板系統圖Fig.6 A／D conversion board system diagram

2.4 A／D轉換處理板

A／D轉換處理板選用ICL7135 4位半雙積分A／D轉換器［11］，這是由于該芯片有20 000字（相當于14位二進制）的轉換精度，且具有自動校零、自動極性輸出、單基準電壓、與單片機接口處理方便等特點。A／D轉換板電氣原理圖如圖6所示。

為提高信號采集的穩定性，在A／D轉換處理板的設計時，應作如下考慮：① 時鐘頻率為工頻的整數倍，以提高抑制工頻干擾的能力；② 信 號輸入增加RC型濾波器，以抑制干擾，消除噪聲；③ 電 源采取去耦處理，使其紋波盡量小。

5塊74LS173作為ICL7135動態掃描輸出BCD碼的數據鎖存器，74LS367作為ICL7135的極性、過量程、欠量程標志輸出的數據鎖存器。3塊OP－07運算放大器組成模擬信號放大單元對油耗變送器輸出的電壓信號進行放大處理。由1403基準電壓發生器產生1V基準電壓提供給ICL7135。

3 結 語

基于汽車底盤測功器的車輛油耗檢測系統解

決了在汽車底盤測功器上進行車輛百公里油耗檢測的問題。該檢測裝置與傳統的活塞式流量計方式相比，物理量轉換直接、線性好、精度與重復性俱佳。由于無運動件，檢測設備不易堵塞，系統的自動化程度高，數據處理靈活，與汽車檢測站現有的底盤測功系統接口處理便捷。實測結果表明，系統檢測精度符合設計要求。本系統的研究具有一定的實際應用價值，在國內汽車檢測行業有著廣泛的應用前景。

［1］ 嚴朝勇，譚擁軍，劉越琪.基于底盤測功機的汽車油耗研究［J］.交通標準化，2009（4）：65－68.

［2］ 交通部公路科學研究院.JT／T 445－2008汽車底盤測功機［S］.北京：［s.n.］，2008.

［3］ 俄文娟.電控汽油機燃油消耗量快速檢測系統試驗研究［D］.長春：吉林大學，2009.

［4］ 孫新城.汽車油耗測試系統的研究與開發［D］.楊凌：西北農林科技大學，2007.

［5］ 印 輝.基于碳平衡原理的汽車油耗檢測儀的設計［D］.武漢：武漢理工大學，2008.

［6］ 蚩小霞.MC68HC908單片機在發動機臺架試驗中的應用研究［D］.昆明：西南林學院，2005.

［7］ 馬 聰.一種基于Modbus現場總線的直流窗機設計與實現［J］.南通大學學報：自然科學版，2009，8（2）：21－25.

［8］ 李 萍.51單片機C語言及匯編語言實用程序設計［M］.北京：中國電力出版社2010.

［9］ 劉海成.單片機及應用系統設計原理與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009.

［10］ 張 偉，張 瑾，張明峰，等.新編實用集成電路選型手冊［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［11］ 陳仁偉，朱長青，葉秀羲，等.軍用移動電站測速設備的硬件設計［J］.國外電子測量技術，2010，29（11）：54－56，59.

Design of Vehicle Oil Consumption Measurement System Based on Vehicle Chassis Dynamometer

XU Yue
（Shanghai Electrical Automation R＆D Institute Ltd Inc.，Shanghai 200023，China）

A vehicle oil consumption measurement system based on vehicle chassis dynamometer is designed to overcome the disadvantage of traditional systems.The vehicle oil consumption measurement mode is analyzed.The composition of hardware system in oil consumption measurement is described in particular.The system uses a microprocessor of the 51Series，with a block structure in the hardware design.Gravimetrical and volumetric oil consumption transmitters are used separately in accordance with the different characteristics of diesel oil vehicles.Performance of the measurement system is excellent.

vehicle chassis；dynamometer；fuel consumption detection

TP274；U 467.498

A

2095－0020（2011）06－0413－04

2011－10－29

胥 玥（1960－），女，工程師，專業方向為工業電氣自動化，E－mail：xuyue＿sh＠hotmail.com