基于CAN总线的燃油液位显示设计

王龙

摘 要：对燃油车燃油液位显示全新设计和匹配，通过CAN总线方式实现燃油液位数据的发送和显示，并通过整车试验验证确保设计满足客户使用需求。

关键词：CAN;燃油液位;ECU;油位匹配

燃油液位是传统汽车乃至混合动力车型必不可少的一个显示单元，通常设计在整车仪表总成上显示，可以使用户方便直观的了解到可用燃油状况，从而大致判断汽车可供行驶的剩余里程，也可以为用户前往加油站的时间提供参考。

传统燃油液位显示设计一般采用硬线直接相连，将燃油泵上集成的油位传感器信号直接接入整车仪表总成。随着油箱内部油量的变化，油位传感器的浮子会上下浮动，而油位传感器相当于一个滑动变阻器，浮子上下浮动会使它两端的电阻也会产生相应的变化，在仪表内部提供适配阻值的电阻和5V电压与油位传感器形成回路，通过测量油位传感器两端的电压信号得出燃油液位高低，进而转换为仪表上的燃油液位显示。

1 整车CAN总线介绍

CAN-BUS即CAN总线技术，全称为“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”。Can-Bus总线技术最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。将这种技术用于民用汽车最早起源于欧洲，在汽车上这种总线网络用于车上各种控制单元的数据传输。相较传统的布线方式数据传送速度更高，同时也大大节省了线束，降低成本，降低车重，线束布置也得到了优化。

整车CAN网络拓扑图如下：

术语解释：

ABS： Anti-Lock Braking System 防抱死制动系统

ESP：Electronic Stability Program 车身电子稳定系统

ECU： Electronic Control Unit 电子控制单元，又称“行车电脑”

ICU： Instrument Cluster Unit 仪表板单元

SAS： Steering Angle Sensor 方向盘转角传感器

TPMS： Tire Pressure Monitor System 胎压监测系统

原理介绍：将油泵上集成的油位传感器通过硬线接入ECU相关回路中，通过高性能的32位微控制器（MCU）可以准确计算燃油箱中燃油液位，然后再将燃油液位信号发送到CAN总线上，整车仪表便可通过CAN总线接收相关信号，从而将燃油液位显示出来。

2 仪表燃油液位显示设计

仪表燃油液位显示总共分为十格，每格显示油量为10%，前八格为白色显示，后两格为红色显示，当燃油消耗至最后两格红格时，两红格开始闪烁显示，闪烁频率：1Hz，用以提示用户燃油不足。

参考SAE J1939-71 2012确定ECU发送报文名称：燃油液位（Fuel Level）;

报文ID：0x18FEFC00—BYTE2：比例：0.4%/bit，偏移量：0。

3 燃油箱油位匹配设计

某项目车型采用燃油箱总成额定容积为43L，根据燃油箱高度-容积曲线和燃油泵总成V-H-R特性，匹配油位设计如下：

4 匹配设计注意事项

（1）油位传感器在与ECU端通过线束连接时，信号的干扰可能会造成ECU接收信号不准确。为避免整车地线对油位信号的干扰，需要将油位传感器的信号线和地线直接接入ECU内部，使油位传感器电路形成单独回路，同时中间过程也要尽量减少插接件的转接，以免因插接件接触不良等原因导致的信号干扰失真。

（2）对于燃油液位的显示也要考虑到提前量，即提前显示满油和提前显示缺油，根据汽车使用经验，通常燃油液位满格时燃油量为油箱额定容积的90%左右，燃油液位最低位置时燃油量为油箱额定容积的10%左右，燃油液位低报警时燃油量为油箱额定容积的20%左右，设置相应的提前量，可以对整个燃油系统的系统误差进行一定程度覆盖，包括燃油箱总成的设计制造误差、燃油品质不同造成的传感器测量误差、整车线束转接造成的内阻等。

（3）由于采用CAN总线方式传输数据，整车线束中的CAN线必须采用屏蔽双绞线， ECU和ICU需配置为含CAN总线端节电阻，端节电阻为120Ω，为提高通讯品质，选用多缓冲（接收和发送都需要）的CAN控制器芯片;数据链路层的规定按照J1939的相关规定，采用Intel格式，波特率设置为500kb/s。

（4）由于ECU实时采集油位传感器信号，并将燃油液位信号实时发送至ICU。但是在汽车行驶过程中，如若遇到上下坡或急转弯时，燃油箱中油位传感器浮子必然会产生较大变动，如果按照上述实时状态显示的话，必然会使用户产生一定误判，所以需要在ICU内部对油位信号增加相应的阻尼设计，避免燃油液位在特殊驾驶工况下显示突变。

5 试验验证

选用一台整备质量为1150kg的微卡车型，将车辆加油至燃油箱額定容积43L，然后在一般公路上进行整车空载燃油液位显示准确性测试，直至燃油耗尽。测试数据如下：

通过以上数据可知，整车燃油液位显示提前量可按照设计要求实现，中间段燃油液位对应行驶里程基本相同，满足设计预期。同时在整车行驶测试工况中包含上下坡和转弯路况，仪表上燃油液位显示正常，未产生突变。

6 总结

通过在某国六车型上对燃油液位显示进行CAN总线设计，得出以下结论：

（1）燃油液位作为燃油箱油量的一个指示标志，其设计优化需要将涉及到的ECU、ICU、线束以及用户的使用体验统统囊括其中，从系统层面综合考虑才能实现最终目的。

（2）通过采用CAN总线方式，优化了系统的线束布置，从而降低了整车成本。

（3）整车采用CAN总线通信方式传输数据为后期匹配开发新功能打下了基础，减少了后期的开发周期和成本。

参考文献：

[1]SAE J 1939-71-2012 Vehicle Application Layer.