基于AVR的汽车节油及故障预警的智能化指示仪

张杰艺，孙振伟，许 涛

（东北林业大学交通学院，哈尔滨 150040）

1 油耗测量与信号采集

1.1 油耗测量现状和简介

目前，国内外对于油耗的测量技术很多，而且随着电控燃油喷射系统的使用，研究出了测量油耗的新技术，但相对油耗的测量还没人涉足。国内技术比较落后，对汽车燃油经济性的检测重视较晚，到1991年10月1日交通部才颁布实施涉及车辆燃油消耗检测的法规《汽车运输业综合性能见车站管理办法》，规定了采用的测量方法为容积法和重量法［1－2］。

国外汽车工业发达国家，较重视环保与节能。其车辆油耗检测技术较先进，投入的人力和财力也多，并大量采用了传感技术和微电子技术，正在大力研发智能型油耗检测装置，其功能、测试项目、精度、显示方式都在不断发展与完善之中，成本逐渐趋向合理。目前针对电喷发动机，提出了通过测量喷油脉宽来确定燃油消耗质量的新方法［3］。在分析具体电磁喷油器的工作特性及其影响因素的基础上，可更准确地测得电喷汽油发动机的燃油消耗量。

电喷发动机中通过喷油脉宽来控制喷油器的喷油量，通过对喷油脉冲信号的整合可以间接的得到喷油器的喷油量。本项目是对汽车发动机油耗测量的一个新的思想:通过采集发动机正常工作于各种工况时的喷油脉宽信号作为一个油耗的基准值，然后在发动机工作时实时采集喷油脉宽信号从而得出发动机的实时以及单位时间和单位行程内的油耗量，同时将实时采集的信号与基准值进行比较，从而监测发动机的工作状况是否正常。

1.2 喷油脉宽信号采集原理及处理

喷油脉冲宽度:指的是发动机行车电脑控制喷油器每次喷油的时间长度，是发动机喷油器工作是否正常的最主要的指标［4］。发动机油路中油压是一定的，因此喷油时流速也是一定的，喷油量只能通过喷油持续时间来控制，由于电喷发动机电子喷油嘴是通过电磁阀来控制开闭，而发动机转速较高，喷油时间很短，因此ECU给出的喷油信号是一个很短暂的脉冲信号，这个信号的时间宽度就是喷油脉宽。喷油脉冲信号是通过6N137光耦然后接在ATmega12引脚上的。当喷油信号为低电平时表示正在喷油，高电平时停止喷油。单点喷射式发动机是，对每缸的正时喷射都由一个喷油器完成。用T0作定时器，R0作T0溢出计数器，测量一个低电宽平的长度。图1为ECU信号的整形原理图。

图1 喷油脉冲信号及整形方波Fig.1 Fuel injection pulse signal and plastic square wave

1.3 车速信号采集原理及处理

车速是由车速转感器的信号直接给电脑的。采集是通过变速箱输出轴上的一个小齿轮带动车速传感器转动。车速传感器有多种结构。有霍尔式（最常用），电磁式（常用），光电式（少用）等几种［5］。车速传感器安装于变速器的输出端外壳上，其转轴外端为蜗杆，与变速器输出轴得涡轮啮合，涡轮转动时，带动车速传感器的转子转动。车速传感器主要用于测定车辆的行驶速度，向ECU传送车速电信号，用于汽车整车动态性能的控制。

1.4 信号的光耦处理

6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速（典型为10 MBd），5 mA的极小输入电流。特性:①转换速率高达10 MBit/s;②摆率高达10 kV/us;③扇出系数为8;④逻辑电平输出;⑤集电极开路输出;工作参数:最大输入电流，低电平:250 uA最大输入电流，高电平:15 mA最大允许低电平电压（输出高）:0.8 v最大允许高电平电压:Vcc最大电源电压、输出:5.5 V扇出（TTL负载）:8个（最多）工作温度范围:－40℃ ～+85℃ 典型应用:高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等。图2为本项目的6N713工作原理图与电路图。

图2 6N137光耦合器工作原理Fig.2 The operational principle of 6N137optical coupler

2 AVR单片机的设计

2.1 ATmega128的基础和特点

ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。高性能、低功耗的 AVR@8位微处理器先进的RISC结构，非易失性的程序和数据存储器－具有独立锁定位、可选择的启动代码区，通过片内的启动程序实现系统内编程［6］。

2.2 ATmega128电路分布和原理

ATmega128电路分布和原理如图3所示。

图3 ATmega128电路分布和原理图Fig.3 The electrical circuit and principles of ATmega128

3 通过LCD12864显示检测结果

通过ATmega12处理后的电压信号经LCD显示器显示发动机的实时油耗，百公里油耗以及每小时油耗。同时显示发动机实时油耗与基准值的比值，当比值大于设定值时，显示警告信息，提示发动机有故障产生。

4 结束语

利用汽车节油及故障预警的智能化指示仪显示出汽车的实时油耗、百公里油耗、每小时油耗，从而指示驾驶员按照经济节油的方式改变驾驶习惯以达到节能减排的目的。同时利用实时油耗与基准值比较值的变化监测发动机工作状况在汽车的故障初期，发现故障并提前预警。通过对发动机工作状况的监测，可以延长一些达到更换周期而不需更换的零件的使用时间，达到降低相关零件的更换频率，减少资源浪费，保护环境的作用。

】

［1］付百学，张建华，谭国兰.汽车油耗检测与试验分析［J］.交通科技与经济，2007，9（3）:31 －34.

［2］李美华，韩大明，陆怀民.人工智能在故障诊断中的应用［J］.森林工程，2006，22（2）:23 －24.

［3］龚青青.汽车油耗智能检测技术发展趋势［J］.机械研究与应用2009（3）:12－13.

［4］Franz Thomas，刘冰（译）.台架试验中发动机油耗的精确测量法［J］.国外内燃机，1993，25（6）:49 －50.

［5］隗海林，俄文娟，王 羽，等.电控汽油机喷油脉宽与燃油消耗质量关系试验研究［J］.车用发动机，2009（3）:65－68.

［6］秦曾煌.电工学.电子技术［M］.北京:高等教育出版社，2004.