一種兼容多路況的汽車燃油表開發(fā)與應(yīng)用

郭澤江，徐 偉，陳文慶，楊 賽，左蓓蕾

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

組合儀表是汽車信息顯示和人機(jī)交互的關(guān)鍵窗口，燃油表是組合儀表的重要組成部分，用于顯示油箱剩余油量，以便用戶安全駕駛出行。實際行車過程存在停車加油、怠速、轉(zhuǎn)彎、急加速、急減速、上下坡和路面顛簸等各種情況，油箱浮子波動劇烈容易導(dǎo)致燃油表顯示波動，造成油量顯示不準(zhǔn)引起用戶抱怨。因此需要對不同路況下的油箱液位波動進(jìn)行研究，設(shè)計一種兼容多路況的燃油表顯示策略。

油泵傳感器為浮子結(jié)構(gòu)，浮子隨著油量液位變化帶動滑動變阻器輸出不同阻值，汽車燃油表根據(jù)硬線采集油泵傳感器阻值信號，換算成油量在燃油表上進(jìn)行顯示。

1 汽車燃油表顯示

通常汽車燃油表對油箱剩余油量進(jìn)行分段顯示，如圖1按照8段的形式進(jìn)行油量顯示。指示范圍E~F，其中E表示油箱空油，F(xiàn)表示油箱加滿，根據(jù)油箱剩余燃油量來點亮相應(yīng)的格數(shù)，未點亮格子為黑色。僅剩最后1格紅色格子點亮或者沒有格子點亮?xí)r，表示油箱中的油量不足，同時儀表點亮燃油低指示燈，提醒駕駛員燃油不足，請盡快加油。

圖1 汽車燃油表

2 油箱關(guān)鍵校準(zhǔn)點設(shè)計

汽車油箱通常為不規(guī)則形狀，剩余油量與液位不成線性關(guān)系，油箱通過油泵傳感器輸出阻值給燃油表進(jìn)行油量顯示（圖2）。在設(shè)計初期，油箱會提供一系列關(guān)鍵校準(zhǔn)點 （表1）給燃油表進(jìn)行燃油曲線設(shè)計，每相鄰2個校準(zhǔn)點之間務(wù)必保證2點之間的剩余油量和油泵傳感器阻值成線性關(guān)系。燃油表根據(jù)硬線采集油泵傳感器阻值信號，才能準(zhǔn)確換算成油量在燃油表上進(jìn)行顯示。

圖2 油泵傳感器

3 采樣

根據(jù)圖3的采樣電路，燃油表對油泵傳感器阻值進(jìn)行采樣，將阻值信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后輸入給MCU的A/D接口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并換算成油量采樣值Vsamp。結(jié)合表1關(guān)鍵校準(zhǔn)點的阻值和油量關(guān)系，采用分段線性插值法進(jìn)行線性換算成油量：f（x）=f（xi）+［［f（xi+1）-f（xi）］/（xi+1-xi）］×（x-xi），xi≤x≤xi+1。

4 濾波

首次上電時，每100ms采集阻值，在1s內(nèi)計算10組采樣值的平均值后得出1組平均燃油值Vsavg，換算成燃油顯示值Vdisp=Vsavg。

表1 關(guān)鍵校準(zhǔn)點

圖3 采樣電路

在車輛運(yùn)行過程中，燃油表對Vsamp進(jìn)行一階濾波，濾波后的值為Vfilt（t）=Vfilt（t-1）+［Vsamp（t）-Vfilt（t-1）］×FILT_VAL/10000，其中FILT_VAL為濾波系數(shù) （加油和耗油采用不同的濾波系數(shù)）。

5 顯示策略

為了防止油箱液位在臨界點波動導(dǎo)致燃油表顯示來回跳變，根據(jù)油箱關(guān)鍵校準(zhǔn)點，燃油表顯示段碼對加油曲線和耗油曲線進(jìn)行了定義，如圖4所示。

圖4 油量與燃油表段碼的對應(yīng)關(guān)系

針對不同的路況，燃油表使用不同的算法邏輯來實現(xiàn)顯示值Vdisp與采樣濾波值Vfilt的逼近，顯示值Vdisp（t）=Vdisp（t-1）+STEP_VAL。不同的工況使用不同的阻尼STEP_VAL，實現(xiàn)顯示值Vdisp穩(wěn)定顯示，如圖5所示。

圖5 燃油顯示策略

1）車輛由動態(tài)變?yōu)殪o態(tài)，執(zhí)行進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)：①記錄當(dāng)前停車燃油值Vstop；②記錄當(dāng)前燃油指示值Vdisp。

2）靜止?fàn)顟B(tài)下加油，執(zhí)行進(jìn)入加油狀態(tài)：①Vdisp迅速跟隨Vfilt直至退出加油模式；②Vstop迅速跟隨Vfilt直至退出加油模式。

3）退出加油狀態(tài)，恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，執(zhí)行退出加油狀態(tài)：Vdisp=Vstop=Vfilt。

4）靜止模式切換為行駛模式，進(jìn)入行駛模式。

行駛模式下，異常狀態(tài)切換回正常行駛狀態(tài)，退出中速阻尼模式，執(zhí)行正常行駛模式的慢速阻尼：燃油Vdisp按照慢速阻尼趨近Vfilt，消除行車過程油箱液位波動導(dǎo)致的傳感器阻值信號快速跳變。

行駛模式下，正常狀態(tài)切換到油箱異常行駛狀態(tài)，執(zhí)行正常行駛模式的中速阻尼，置位DTC（若Vdisp-Vfilt≥判斷閾值，則油箱漏油；Vfilt-Vdisp≥判斷閾值，則油浮子存在卡滯）。

5）靜止模式下，車輛怠速切換到停機(jī)狀態(tài)，執(zhí)行燃油顯示值Vdisp保持不變。

6）靜止模式下，車輛停機(jī)狀態(tài)切換到怠速狀態(tài)，執(zhí)行燃油顯示值為Vdisp的基礎(chǔ)上減去怠速消耗油量。

6 結(jié)束語

根據(jù)合理的關(guān)鍵校準(zhǔn)點和油量顯示分段處理，燃油表采用上述多種修正措施和阻尼算法，可以兼容多種路況，克服了行車過程多種路況油泵傳感器阻值信號快速跳變對燃油表顯示穩(wěn)定性的影響，以達(dá)到燃油表最優(yōu)的顯示結(jié)果。經(jīng)過臺架和實車驗證，上述燃油表設(shè)計應(yīng)用實現(xiàn)了不同路況下燃油表準(zhǔn)確平穩(wěn)顯示油箱剩余油量。