郭澤江，徐 偉，陳文慶，楊 賽，左蓓蕾

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

組合儀表是汽車信息顯示和人機(jī)交互的關(guān)鍵窗口，燃油表是組合儀表的重要組成部分，用于顯示油箱剩余油量，以便用戶安全駕駛出行。實(shí)際行車過(guò)程存在停車加油、怠速、轉(zhuǎn)彎、急加速、急減速、上下坡和路面顛簸等各種情況，油箱浮子波動(dòng)劇烈容易導(dǎo)致燃油表顯示波動(dòng)，造成油量顯示不準(zhǔn)引起用戶抱怨。因此需要對(duì)不同路況下的油箱液位波動(dòng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一種兼容多路況的燃油表顯示策略。

油泵傳感器為浮子結(jié)構(gòu)，浮子隨著油量液位變化帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器輸出不同阻值，汽車燃油表根據(jù)硬線采集油泵傳感器阻值信號(hào)，換算成油量在燃油表上進(jìn)行顯示。

1 汽車燃油表顯示

通常汽車燃油表對(duì)油箱剩余油量進(jìn)行分段顯示，如圖1按照8段的形式進(jìn)行油量顯示。指示范圍E~F，其中E表示油箱空油，F(xiàn)表示油箱加滿，根據(jù)油箱剩余燃油量來(lái)點(diǎn)亮相應(yīng)的格數(shù)，未點(diǎn)亮格子為黑色。僅剩最后1格紅色格子點(diǎn)亮或者沒(méi)有格子點(diǎn)亮?xí)r，表示油箱中的油量不足，同時(shí)儀表點(diǎn)亮燃油低指示燈，提醒駕駛員燃油不足，請(qǐng)盡快加油。

圖1 汽車燃油表

2 油箱關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)計(jì)

汽車油箱通常為不規(guī)則形狀，剩余油量與液位不成線性關(guān)系，油箱通過(guò)油泵傳感器輸出阻值給燃油表進(jìn)行油量顯示（圖2）。在設(shè)計(jì)初期，油箱會(huì)提供一系列關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn) （表1）給燃油表進(jìn)行燃油曲線設(shè)計(jì)，每相鄰2個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)之間務(wù)必保證2點(diǎn)之間的剩余油量和油泵傳感器阻值成線性關(guān)系。燃油表根據(jù)硬線采集油泵傳感器阻值信號(hào)，才能準(zhǔn)確換算成油量在燃油表上進(jìn)行顯示。

圖2 油泵傳感器

3 采樣

根據(jù)圖3的采樣電路，燃油表對(duì)油泵傳感器阻值進(jìn)行采樣，將阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后輸入給MCU的A/D接口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并換算成油量采樣值Vsamp。結(jié)合表1關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)的阻值和油量關(guān)系，采用分段線性插值法進(jìn)行線性換算成油量：f（x）=f（xi）+［［f（xi+1）-f（xi）］/（xi+1-xi）］×（x-xi），xi≤x≤xi+1。

4 濾波

首次上電時(shí)，每100ms采集阻值，在1s內(nèi)計(jì)算10組采樣值的平均值后得出1組平均燃油值Vsavg，換算成燃油顯示值Vdisp=Vsavg。

表1 關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)

圖3 采樣電路

在車輛運(yùn)行過(guò)程中，燃油表對(duì)Vsamp進(jìn)行一階濾波，濾波后的值為Vfilt（t）=Vfilt（t-1）+［Vsamp（t）-Vfilt（t-1）］×FILT_VAL/10000，其中FILT_VAL為濾波系數(shù) （加油和耗油采用不同的濾波系數(shù)）。

5 顯示策略

為了防止油箱液位在臨界點(diǎn)波動(dòng)導(dǎo)致燃油表顯示來(lái)回跳變，根據(jù)油箱關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)，燃油表顯示段碼對(duì)加油曲線和耗油曲線進(jìn)行了定義，如圖4所示。

圖4 油量與燃油表段碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系

針對(duì)不同的路況，燃油表使用不同的算法邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示值Vdisp與采樣濾波值Vfilt的逼近，顯示值Vdisp（t）=Vdisp（t-1）+STEP_VAL。不同的工況使用不同的阻尼STEP_VAL，實(shí)現(xiàn)顯示值Vdisp穩(wěn)定顯示，如圖5所示。

圖5 燃油顯示策略

1）車輛由動(dòng)態(tài)變?yōu)殪o態(tài)，執(zhí)行進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)：①記錄當(dāng)前停車燃油值Vstop；②記錄當(dāng)前燃油指示值Vdisp。

2）靜止?fàn)顟B(tài)下加油，執(zhí)行進(jìn)入加油狀態(tài)：①Vdisp迅速跟隨Vfilt直至退出加油模式；②Vstop迅速跟隨Vfilt直至退出加油模式。

3）退出加油狀態(tài)，恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，執(zhí)行退出加油狀態(tài)：Vdisp=Vstop=Vfilt。

4）靜止模式切換為行駛模式，進(jìn)入行駛模式。

行駛模式下，異常狀態(tài)切換回正常行駛狀態(tài)，退出中速阻尼模式，執(zhí)行正常行駛模式的慢速阻尼：燃油Vdisp按照慢速阻尼趨近Vfilt，消除行車過(guò)程油箱液位波動(dòng)導(dǎo)致的傳感器阻值信號(hào)快速跳變。

行駛模式下，正常狀態(tài)切換到油箱異常行駛狀態(tài)，執(zhí)行正常行駛模式的中速阻尼，置位DTC（若Vdisp-Vfilt≥判斷閾值，則油箱漏油；Vfilt-Vdisp≥判斷閾值，則油浮子存在卡滯）。

5）靜止模式下，車輛怠速切換到停機(jī)狀態(tài)，執(zhí)行燃油顯示值Vdisp保持不變。

6）靜止模式下，車輛停機(jī)狀態(tài)切換到怠速狀態(tài)，執(zhí)行燃油顯示值為Vdisp的基礎(chǔ)上減去怠速消耗油量。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)合理的關(guān)鍵校準(zhǔn)點(diǎn)和油量顯示分段處理，燃油表采用上述多種修正措施和阻尼算法，可以兼容多種路況，克服了行車過(guò)程多種路況油泵傳感器阻值信號(hào)快速跳變對(duì)燃油表顯示穩(wěn)定性的影響，以達(dá)到燃油表最優(yōu)的顯示結(jié)果。經(jīng)過(guò)臺(tái)架和實(shí)車驗(yàn)證，上述燃油表設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了不同路況下燃油表準(zhǔn)確平穩(wěn)顯示油箱剩余油量。