汽车燃油表显示异常分析及试验方法设计

姚凤伟， 杨鹏春， 陈 鼎， 张兴龙

（上海汽车集团股份有限公司技术中心， 上海 201800）

随着汽车软件功能技术的快速发展， 汽车不再局限于满足人们的出行， 驾驶操控性、 舒适性等感官品质也越来越受到人们的关注， 并且已成为人们生活中不可或缺的一部分。 组合仪表作为人机交互的重要环节， 是驾驶员获得汽车状态信息的主要来源。 日常行驶中， 续航焦虑等逐渐成为焦点， 如果仪表显示不准， 无疑会引起客户更强烈的抱怨。

1 油泵-燃油表系统工作原理

燃油液位传感器是仪表获取油箱油量信息的重要部件， 由一个滑片电阻和一个浮子机构组成， 如图1 所示。 当油箱燃油高度产生变化时， 浮子高度也会随着变化， 从而带动滑片电阻输出不同液位高度时的阻值， 此过程中， 开发者会标定阻值与剩余油量对应的几个关键值。

图1 油液传感器结构图

仪表通过A/D采集滑片电阻对应的电压值和电路中采样匹配电阻， 计算出此时滑片电阻值， 再根据标定的关键值拟合获得函数并计算出对应的剩余油量百分比， 从而显示在仪表中。 燃油表采样电路系统框图如图2所示。

图2 燃油表采样电路系统框图

2 燃油表显示异常故障分析

燃油表显示不准问题从表现来看可分为加油不满、 显示卡滞、 燃油格段跳变、 续航不准、 低油报警、 油耗偏差等故障。 从故障原因出发， 可对以下几方面进行梳理。

1） 油箱/油泵故障： 油箱姿态不对， 油泵安装不到位；油泵浮子卡滞， 阻值输出不合理； 液位传感器精度不够。

2） 线束故障： 油泵和线束插接件接触不良； 仪表和线束插接件接触不良。

3） 信号交互异常： 发动机喷油量信号异常； SCS里程信号异常； 网关转出信号异常。

4） 仪表故障： ①仪表算法bug： 电阻值滤波不合理；加油时， 滞回值/阈值设置不合理； 复位数据设置不合理；燃油表下降逼近速率设计不合理。 ②仪表UI设计bug： 仪表采样电路硬件故障。

3 油泵-燃油表系统试验方法

场景设计以上汽乘用车综合耐久试验规范为载体， 提炼出专项子规范， 见表1。

表1 场景设计测试工况

数据采集方法分为两部分： ①油泵液位传感器线束外接A/D数据采集设备获取油箱浮子采样数据。 通过两种方式采集燃油阻值相关信息： 双刀双掷开关K脚5， 6对应置1， 2时， 油泵-燃油表系统回路导通， 采集电阻对应电压值； 开关K脚5， 6对应置3， 4时系统回路断， 采集电阻值，系统框图如图3所示。 ②整车OBD端外接CAN数据采集设备获取整网相关控制器数据。 数据采集实物如图4所示， 全部数据整合在同一时域内并保存在记录仪内， 解决数据分散问题。

图3 油泵液位传感器数据采集系统框图

图4 数据采集实物图

模型建立基于整车电器架构实现， 框图如图5所示， 数据信号监测如表2所示。

图5 试验方法模型图

表2 数据信号监测表

4 应用验证

以上汽乘用车某项目为例， 将测试工况细化为可操作场景并记录相关数据， 截取步骤27～29分析， 数据记录见表3。

表3 具体测试工况记录表

在试验车油抛结束后， 加入3L （低于仪表燃油1格显示阈值） 燃油， 上电观察仪表燃油显示无变化； 再加入8L燃油， 上电观察燃油显示为3格； 再加油至跳枪， 上电观察燃油由3格增加至8格 （满格）。 截取此段数据分析结果与实际操作记录的数据一致， 符合预期， 如图6所示。

图6 具体测试工况数据分析图

随机截取一段在熄火和剧烈行驶工况的燃油液位传感器电压采样值， 从原始数据可以看出， 恶劣工况下油箱浮子晃动剧烈， 采样数据波动频率较高， 无法判断燃油消耗情况， 如图7所示 （图中数据为0表示车辆休眠）。

图7 电压采样原始数据图

一阶滤波算法具有适用于波动频率较高场合的特点，本文采用此方法， 其公式为：

式中： α——滤波系数； X（n）——本次采样值； Y（n-1）——上次滤波输出值； Y（n）——本次滤波输出值。

经过多次优化可知， α取0.01， 上次滤波输出值取本次采样值前1000次采样值的中位值， 优化后结果表明， 随着时间推移， 电压越大， 对应电阻越大， 剩余油量越少， 符合预期。 如图8所示。

图8 电压采样滤波数据图

5 结论

整车道路试验是整车开发关键环节之一。 本文探索了油泵-燃油表系统的全新试验方法： 从场景设计角度来看，基于系统边界条件建立全覆盖的测试工况； 从模型和数据两个维度来看， 基于IPK、 ECU、 SCS、 GW控制器以及油泵液位传感器进行全周期数据监控， 进一步建立故障自动识别诊断模型。 实车测试此试验方法不仅可支持正向开发相关工况的验证， 而且也是从黑盒到白盒测试的转变， 并将在后续项目开发中应用。