汽車燃油表顯示異常分析及試驗方法設計

姚鳳偉， 楊鵬春， 陳 鼎， 張興龍

（上海汽車集團股份有限公司技術中心， 上海 201800）

隨著汽車軟件功能技術的快速發展， 汽車不再局限于滿足人們的出行， 駕駛操控性、 舒適性等感官品質也越來越受到人們的關注， 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節， 是駕駛員獲得汽車狀態信息的主要來源。 日常行駛中， 續航焦慮等逐漸成為焦點， 如果儀表顯示不準， 無疑會引起客戶更強烈的抱怨。

1 油泵-燃油表系統工作原理

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組成， 如圖1 所示。 當油箱燃油高度產生變化時， 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， 開發者會標定阻值與剩余油量對應的幾個關鍵值。

圖1 油液傳感器結構圖

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

圖2 燃油表采樣電路系統框圖

2 燃油表顯示異常故障分析

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

1） 油箱/油泵故障： 油箱姿態不對， 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： 發動機噴油量信號異常； SCS里程信號異常； 網關轉出信號異常。

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/閾值設置不合理； 復位數據設置不合理；燃油表下降逼近速率設計不合理。 ②儀表UI設計bug： 儀表采樣電路硬件故障。

3 油泵-燃油表系統試驗方法

場景設計以上汽乘用車綜合耐久試驗規范為載體， 提煉出專項子規范， 見表1。

表1 場景設計測試工況

數據采集方法分為兩部分： ①油泵液位傳感器線束外接A/D數據采集設備獲取油箱浮子采樣數據。 通過兩種方式采集燃油阻值相關信息： 雙刀雙擲開關K腳5， 6對應置1， 2時， 油泵-燃油表系統回路導通， 采集電阻對應電壓值； 開關K腳5， 6對應置3， 4時系統回路斷， 采集電阻值，系統框圖如圖3所示。 ②整車OBD端外接CAN數據采集設備獲取整網相關控制器數據。 數據采集實物如圖4所示， 全部數據整合在同一時域內并保存在記錄儀內， 解決數據分散問題。

圖3 油泵液位傳感器數據采集系統框圖

圖4 數據采集實物圖

模型建立基于整車電器架構實現， 框圖如圖5所示， 數據信號監測如表2所示。

圖5 試驗方法模型圖

表2 數據信號監測表

4 應用驗證

以上汽乘用車某項目為例， 將測試工況細化為可操作場景并記錄相關數據， 截取步驟27～29分析， 數據記錄見表3。

表3 具體測試工況記錄表

在試驗車油拋結束后， 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）。 截取此段數據分析結果與實際操作記錄的數據一致， 符合預期， 如圖6所示。

圖6 具體測試工況數據分析圖

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， 從原始數據可以看出， 惡劣工況下油箱浮子晃動劇烈， 采樣數據波動頻率較高， 無法判斷燃油消耗情況， 如圖7所示 （圖中數據為0表示車輛休眠）。

圖7 電壓采樣原始數據圖

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； 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。

經過多次優化可知， 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， 優化后結果表明， 隨著時間推移， 電壓越大， 對應電阻越大， 剩余油量越少， 符合預期。 如圖8所示。

圖8 電壓采樣濾波數據圖

5 結論

整車道路試驗是整車開發關鍵環節之一。 本文探索了油泵-燃油表系統的全新試驗方法： 從場景設計角度來看，基于系統邊界條件建立全覆蓋的測試工況； 從模型和數據兩個維度來看， 基于IPK、 ECU、 SCS、 GW控制器以及油泵液位傳感器進行全周期數據監控， 進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相關工況的驗證， 而且也是從黑盒到白盒測試的轉變， 并將在后續項目開發中應用。