汽车燃油表控制策略研究

伍爱萍，邓华

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车燃油表控制策略研究

伍爱萍，邓华

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车燃油表用于指示当前油箱中燃油的剩余情况。该表应指示正确，准确反映当前油箱燃油的情况，以便顺利、安全驾驶。而燃油表控制策略是保障其指示准确性的关键。因此，对控制策略的研究、分析和规划具有十分重要的意义。文章通过采用分时采样、滤波、阀值控制、阻尼控制、阻值记忆以及指针响应时间控制等策略，实现了在连续点火、信号突变或丢失、急加速、上下坡等特定路况或不同车况条件下的准确采样和平稳指示，解决了诸多燃油表在实际使用过程中指示异常的问题，通过了终端市场的考验，使产品性能和使用效果均达到了汽车行业标准要求。

燃油表；阀值；阻尼控制；阻值记忆；滤波；喷油量

CLC NO.:U463.7Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-20-03

引言

目前，汽车燃油表是采用燃油传感器通过电阻信号来实现油量的指示；但在车辆行驶过程中，由于车辆行驶是一个动态的过程，这样就会引起油箱里液面的晃动，特别在颠簸的山路会引起燃油表指针的上下跳动；在临界报警点时还会造成燃油报警灯的不停闪烁。如处理不当会引起客户的抱怨。

1、燃油表工作原理

燃油表一般由其指示器和传感器组成。

燃油表传感器的结构多为浮子式结构，即由随液面位移而自动位移的浮子带动一个内装滑动电阻器的机构联接而成，当油箱内的液位出现油面高低变化时，引起浮子位置的高低变化，在滑动电阻器上将会取得不同的电阻值输出，从而得知液面的高度[1]。

燃油传感器连接到燃油表的燃油测试端口。燃油表的采样电路通过向燃油传感器提供上拉电压，从而将变化的阻值转化为变化的电压[2]。其基本工作原理如图1所示。

图1 燃油表的基本工作原理框图

变化的电压信号输入给燃油表的微处理器的A /D端口转化为数字采样信号，微处理器通过预置的系统软件，根据输入燃油信号变化来控制步进电机的运动方式和速度，从而带动指针指示正确的燃油位置。

显示值的准确和稳定是最关键的指标。导致显示异常的原因有很多，例如如厚膜电阻板传感器由于长期浸泡在燃油中,容易老化腐蚀失效；或燃油传感器的接地点与油泵并用，导致燃油信号收到干扰[1]。由于燃油传感器的结构和电气特性，导致汽车在行车过程中，油箱的晃动会干扰和影响燃油传感器的数值，车辆停在斜坡上使油箱产生倾斜，车辆在加速行驶或急转弯时, 燃油传感器的数值都会不同, 处理燃油输入信号频繁的波动是解决燃油表的指示问题之一。 另外，在行车中，汽车点火后对燃油信号的处理是采用滤波方式，如果司机在不熄火情况下就进行加油，这样燃油表所反映的值在一段长时间内是不准确的，处理好该问题也是解决燃油表指示的关键。对此燃油表需要通过不同的软件控制策略来消除由于传感器输入变化导致的显示异常。对于这类情况，本文将研究从如何从燃油表控制策略的上克服汽车实际使用中各种不同工况下燃油显示的异常，修正和改善燃油表的指示准确性和稳定性。

2、燃油表存在的问题及解决方法

2.1 点火关及点火开加油时，指针运行速度的控制

由于行业标准及顾客的习惯，会存在点火关和点火开两种加油的情况。在这两种情况下加油，燃油表指针都需要能迅速指示到对应位置。若在IGN_OFF, Engine OFF的情况下加油，比较|当前油量-上一次IGN OFF记忆油量|≥阀值，则进入加油模式，燃油表指示采用快速阻尼响应，即燃油表由E点运行到F点全程需要2s的响应速度；若在IGN_ON, Engine OFF的情况下，比较|当前油量-上一次IGN OFF记忆油量|≥阀值，则采用中速阻尼算法，燃油表指针由E点运动到F点全程需20s时的响应速度；如果比较值|当前油量-上一次IGN OFF记忆油量|＜阀值，则此时不会更新油表。

2.2 车辆驻坡时怠速及车辆驻坡时的油表指示在熄火后再点火指示有变化

经过实车测试（3/4油量的时候），发现车辆在平地上和斜坡上的燃油传感器的输入有较大的变化（车头朝上和车头朝下仪表指示分别变为1/2邮箱和满邮箱）。当车辆驻坡怠速时，采用发动机ECU喷油量信号，仪表进行慢速响应可避免斜坡上怠速停车仪表指示上、下突变的现象；若斜坡停车熄火后再上电的情况，需当IGN OFF 15s后记忆当前的“坡道阻值”，当燃油表重新启动后，则对当前采样值与所记忆坡道阻值进行比较，一般这两个阻值相同，指示不会发生变化；若处于坡道加油，由于再次上电时是判定当前阻值与记忆阻值进行对比，而不是当前阻值与记忆的显示油量对比，所以即使在坡道上加油也能进行正确指示。

2.3 连续点火启动时燃油指示位置不一致[3]

在某相同条件下，如顾客频繁启动点火开关，由于“快速响应”的要求，在点火启动时仪表指针没有采取滤波处理，指针会在很短时间(一般为5s以内)指示到特定位置，在连续点火启动的情况下，会出现指针或上或下的情况，引起顾客的疑惑。为了保证每次点火时指示的一致性，采用快速关点火的策略，IGN ON后IGN OFF然后再次IGN ON, 如IGN OFF的时间小于15s，燃油表采用上一次IGN ON的显示值。排除15s内发生加油的情况。

2.4 信号急剧变化时, 会出现指针摆动现象

由于车辆转弯、急加速、减速等情况引起的传感器信号快速变化会导致指针的摆动，为了燃油表指示平稳，主要通过数字滤波的方式解决，忽略行驶过程中燃油表所采样的实时变化的阻值，即在一定的时间内（如 12min）连续采集一定的组数数据（如256组数据）采用先进先出的方式进行长滤波使得燃油阻值不会出现突变，在整个行驶过程中采用慢速阻尼响应，并定义当车速＞0，且引擎转速＞300rpm的情况下，燃油表不能上升。

2.5 ON档推车情况下，燃油表指示有变化

在推车过程中，即车速＞0，且引擎转速＜=300rpm的状态，若燃油传感器阻值波动过大，会导致仪表指示上、下跳动。此时在软件中定义推车过程中不更新燃油表显示则可以避免此问题的发生。

3、燃油表控制策略

3.1 输入

1) 信号来源于燃油传感器电阻信号，车速信号，发动机转速信号，发动机喷油信号。

2) 燃油表的阻尼设置要考虑各种颠簸路况；燃油传感器地连接在仪表内部，屏蔽不同地的干扰。

快速阻尼：燃油表由E点运动到F点全程需要2s的响应速度；

中速阻尼：燃油表指针由E点运动到F点全程需20s的响应速度；

慢速阻尼：燃油表指针由E点运动到F点全程需90min的响应速度；

3.2 输出

燃油表为指针式或断码式。

表1

3.3 控制策略

基于上文对燃油表在实际使用过程中存在问题的分析和对解决方案的探讨，在控制策略中形成以下具体的控制逻辑：

Fp：第一次有效于IGN ON 500ms后。

F15：从IGN OFF 15s后测得的油量值

Fd：油量显示值

1）当点火从关变为开后（OFF-ON），指针立刻（快速阻尼）移动到剩余油量的位置。

Fp=当前油量, 第一次有效于IGN ON 500ms后（因采样需 500ms时间，所以 KL15上电后的第一次有效值为上电500ms）。

F15=记忆油量, 从IGN_OFF 15s后测得的油量值

Fd=油量显示值（Fd即燃油表指针所显示的油量）

a）如果|Fp-F15|≥5，仪表进入加油和抽油模式，油表指针快速移动到Fp（2S内移动到100%）

b）如果|Fp-F15|＜5，油表指针快速移动到Fd

2）IGN_ON, Engine OFF

a）如果比较值|Fp-F15|≥5L，则进入快速加油模式，采用中速阻尼算法。

b）如果比较值|Fp-F15|＜5L，则此时不更新油表。

3）车速=0，发动机转速 ＞ 300rpm。

仪表指针应根据喷油量信号计算实际耗油量，使用慢速响应移动指针。

4）燃油表点火后正常行驶模式下的响应：

a）当车速＞0，且引擎转速＞300rpm的情况下，此时燃油表不能上升；

b）如果车速过高，大于 150km/h（此值可以调整）。在这种情况下，油表的更新速度将由实际油耗的CAN信息并乘以修正值来决定（改修正值为ECM发送的喷油量与实际喷油量的比值）。

c）如果车速≤150km/h，油表根据油量传感器信号，使用慢速响应移动指针。

5）推车状态下，车速 ＞ 0，且引擎转速 ＜= 300rpm。此时不更新燃油表。

6）熄火时的燃油表响应 IGN OFF。

当点火开关从ON到OFF后，燃油表指针从当前量程到空，小于3秒。

7）判断燃油传感器错误与恢复的条件：

a）如果燃油传感器的值小于设定的短路阻值3秒以上，则认为该燃油传感器短路到地。如果燃油传感器大于等于设定的短路阻值3秒以上，则认为该燃油传感器恢复。

b）如果燃油传感器的值大于设定的开路阻值 3秒以上，则认为该燃油传感器开路到电源。如果燃油传感器小于等于开路阻值3秒以上，则认为该燃油传感器恢复。

c）当连续3秒检测燃油量低于报警点油量时，触发低燃油报警；低燃油报警触发后，如果连续3秒检测到燃油量＞=报警点油量+4L ,低燃油报警解除。

d）如果燃油传感器发生故障，油表将指示0，并且燃油低指示灯以1HZ闪烁。

8）当燃油传感器输出电阻值为F点阻值到短路阻值之间时，按照满油处理。 当燃油传感器输出电阻值为E点到开路阻值之间时，按燃油空处理。

9）在蓄电池断开，重新接上电池后（B+），在 IGN ON的情况下采集500ms平均值，将此采集值显示在当前油量。

10）快速关点火

IGN ON后IGN OFF然后再次IGN ON, 如IGN OFF的时间小于15s，燃油表采用上一次IGN ON的显示值。排除15s内发生加油的情况。

以上所论述的燃油表控制逻辑的流程图见图2。

图2 燃油表控制逻辑流程图

4、试验验证

以上所论述的控制策略，在某款车型上应用后，通过了一系列的燃油系统匹配测试。

表2

此外本燃油控制策略在路试验证后，已在几个车型配套产品上应用，实现的产品经历了市场的考验，得到了顾客的认可。

[1] 余成波.《传感器与自动检测技术》.高等教育出版社 p39-p43.

[2] 邱淑贤.《汽车电子燃油表控制策略研究》.吉林大学学报 p280-283.

[3] 林铭礼.《乘用车组合仪表的故障检查》.汽车电器 p35-p39.

Automobile fuel gauge control strategy research

Wu Aiping, Deng Hua
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

Table for automobile fuel remaining fuel in the fuel tank. The instructions of the table should be indicated correctly, accurately reflect the current situation of the fuel tank, so smooth, safe driving. The fuel gauge control strategy is the key to ensure the accuracy of indicating. Therefore, research on control strategy, has very important significance in the analysis and planning. By using time sampling, filtering, threshold control, damping control, resistance memory and pointer response time control, realizes the continuous ignition, signal mutation or loss, rapid acceleration, on the downhill roads or other specific condition under the condition of stable and accurate sampling instructions, solves many problems of fuel gauge anomaly in actual use, through the terminal market test, the product performance and effect have reached the standard requirements of the automobile industry.

fuel meter; threshold; damped control; resistance memory; filtering; Fuel injection quantity

U463.7

A

1671-7988(2017)06-20-03

伍爱萍，女，1982.10，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，工程师，从事汽车组合仪表开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.007