燃油表设计改进

何茜，邓华

(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601)

燃油表设计改进

何茜，邓华

(安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601)

汽车燃油表能够准确地测量和显示油箱内的燃油量，驾驶员根据燃油表的显示值来判断车辆的续航里程。由于很多车型燃油表软件控制策略不完善，加之油箱的造型和安装位置比较特殊，造成燃油表在车辆使用过程中出现指示偏差的现象，导致用户较大的抱怨。针对以上问题，从仪表软件逻辑及硬件电路着手进行系统的分析和改进，使仪表的指示精度和合理性有了极大的提高。

燃油表；控制逻辑；电路

0 引言

组合仪表是汽车中人机交互的界面，燃油表是组合仪表重要的组成部分，用于指示当前油箱中燃油的剩余情况。燃油表应指示正确，应能准确反映当前油箱燃油的情况，以便顺利、安全驾驶。在实际的开发设计过程中，经常会收到燃油表指示不准确的反馈甚至是抱怨。燃油表设计过程中必须充分考虑车辆的实际使用情况，例如斜坡路面停车或长时间怠速、开启点火开关进行燃油加注等，同时也需要考虑油箱的结构和安装角度，形状不规则的油箱在不同的路面或行驶工况下，燃油液面的变化量异常大，以上因素都会影响燃油表显示的准确性。作者针对实际工作中燃油表出现的常见问题，分析了影响燃油表准确性的各种因素，从硬件电路、零部件的搭铁、软件控制策略及系统匹配等方面进行改善，以保证燃油表指示的准确性和合理性。

1 燃油指示系统组成及工作原理

1.1 系统组成

汽车燃油表是实现汽车燃油箱油量在不同工况下正确、平稳指示的装置。燃油指示系统包含的零部件有油箱、燃油传感器、线束、燃油表。

汽车的油箱油量检测通常是水平检测器即燃油传感器来完成的，如图1所示：当油箱储满燃油时，浮标动臂升起，将电位器的阻值调至最小使燃油表的指针做满标度的偏转；当油箱中的油量水平下降时，电阻器的阻值被调高，流过系统回路的电流将随之变化，燃油表的指针读数也就变小。

图1 燃油传感器示意图

1.2 工作原理

燃油表的采样电路通过向燃油传感器提供上拉电压，将变化的阻值转化为变化的电压。5 V电源通过仪表芯片控制，周期为100 ms。变化的电压信号输入给燃油表微处理器的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，从而带动燃油表指示正确的燃油位置。

图2 燃油表接口电路

2 影响燃油表显示不准的因素

燃油系统组成的各个部分对燃油表的显示都会存在影响。

2.1 油箱

随着燃油量的变化，浮在燃油液面上的浮子也会跟着变化，带动燃油表的指针显示燃油剩余量。由于浮子只能体现液位，然而油箱形状却不是规则的正方形，为了配合后座椅下方或行李箱尾端的结构，油箱通常的形状是上半部多少还能维持正方形，到了下半部就不得不萎缩成三角状，因此到了下半部，其实体积比起上半部几乎小了有一半之多，这也就是为何燃油表前半段指针移动慢、过了1/2后就飞快下降的原因。

油箱的不规则形状，如不对称的马鞍形(左低右高)，由于采用横向安装方式，当侧倾时燃油液面变化量非常大，特别是左低右高时。若在油箱内有一个与车身走向一致的防浪板，就可以保证燃油的液位变化相对较小，但此工艺生产水平要求高，成本高。同时若晃动较激烈即燃油液位变化量较大，而仪表自身不做处理那变化将尤为明显，油箱又有其不规则性，单纯从油箱方面改善来解决燃油表的问题很难实现。

2.2 燃油传感器

燃油传感器多为厚膜电阻式，主要由嵌入在机械托架上的厚膜电阻器、滑动接触片、浮子、法兰盘及信号输出插头等部件构成。其基本工作原理是浮子随燃油液位变化方向产生循环位移，通过连动机构带动滑动接触片支架滑动，滑动接触片支架带动接触片与厚膜电阻器不同位置的导电带对应接通，形成一个由滑动接触片和导电带输出端构成的电阻回路，按分段电阻的方式输出形成采样信号提供给外电路，与仪表采样电路部分构成完整采样测量电路，通过仪表微处理器控制，驱动仪表指针指示剩余燃油量，动态提示给驾乘人员。该方式下，分段采样值的切换主要是一种机械式的切换，即通过滑动接触片与厚膜电阻器上的导电带连通的方式实现。

主要存在的问题：

(1)厚膜电阻器需长时间浸泡在燃油介质中，导电带表面易粘附杂质，导致与滑动接触片接触部分出现腐蚀或毛刺，呈现不同的高阻状态，造成采样输出电阻出现偏差。

(2)装配过程中人为弯曲改变浮子摇臂的弯度及安装标识，易造成燃油传感器安装错位，导致燃油表指示错误。

(3)汽车在行驶过程中，由于路况和行驶条件的影响，会经常性出现燃油液面随着路面不同行驶条件变化而大幅晃动，导致输出信号的大幅波动，一般需在仪表电路中采取数字滤波的方式加以克服。

2.3 线束

燃油表接收的是燃油传感器发过来的阻值信号，由于燃油传感器和仪表不共地即有电压差，则此阻值信号的偏差便会造成燃油表显示不准确。其改善措施如下：

(1)统一仪表线束接插件为进口AMP 32pin接插件，保证线束接触良好，避免产生接触电阻影响仪表指示;

(2)油泵内部线束连接方式由插接式改为焊接式，避免产生接触电阻影响仪表指示;

(3)仪表、燃油传感器共地(搭铁)，解决仪表与燃油传感器搭铁不同引起电势不同从而影响仪表指示；

(4)油泵地与燃油传感器的分开，避免大功率电机工作时影响燃油传感器的输出阻值；

(5)将油位传感器和仪表的接地线束最短化。

2.4 燃油表控制逻辑

2.4.1 燃油信号及特性

信号通过pin脚输入。燃油参数为电阻信号，阻值范围依燃油传感器而定，例如：0～350 Ω之间，燃油表指针的运转需要区分快速阻尼、中速阻尼及慢速阻尼。

2.4.2 燃油信号失效处理

当线束悬空或仪表接收不到燃油传感器的信号时，持续20 s后仪表指针指回到零位，并且没有报警发生；当线束重新接上或仪表又重新接收到信号时，持续20 s后仪表指针指回原来的位置；

当燃油信号输入对地时，持续20 s后仪表指针指回到零点，并且没有报警发生；当燃油信号输入恢复正常持续20 s后，燃油表指针指回到原位置。

2.4.3 燃油报警指示灯

在IGN ON之后，燃油报警指示灯自检常亮3 s。

当油箱燃油量低于一定量且保持30 s以上时，仪表上的燃油报警指示灯需亮起。当燃油量到燃油解报点(燃油量为V+4 L时对应的阻值)以上时燃油报警灯将熄灭。

2.4.4 燃油表的运动

当蓄电池OFF及点火OFF时,燃油表停在当前位置；

当蓄电池ON及点火OFF时,燃油表回零位；

当蓄电池OFF及点火ON时,燃油表正常工作；

当蓄电池ON及点火ON时,燃油表正常工作。

燃油指针响应：燃油表指针从当前位置运动到目标位置指针运动为等时运动；在指针运动过程中，前期1/3 时间内为加速运动，运动行程为1/2，后期2/3 时间为减速运动。

2.4.5 控制逻辑

(1)快速开关点火，坡上长时间熄火再启动

正常ON电接通后(常电一直接通)，若T<8，不进行采样处理，响应到记忆显示位；若T≥8，进行采样处理，将最新阻值和记忆阻值进行比较，再判断其显示位置，进行相应指示。

(2)正常点火、加油、正常行驶、上下坡处理

在1 s内，采集最新阻值信号，计算出平均燃油量(燃油表显示在ON电接通后的1 s内保持零位)；将最新阻值与记忆的电阻值对比，最新阻值与记忆阻值的差值大于阈值容量时,在2 s内快速响应到最新阻值对应的显示位；当最新阻值与记忆阻值的差值小于阈值容量时, 在2 s内快速响应到上次记忆显示位，同时记忆此刻的阻值和显示位；采集4 s内的平均值，车速大于0且最新阻值大于记忆阻值，慢速响应到最新位置；车速大于0或者车速为0且最新阻值小于记忆阻值时，响应至记忆显示位。

(3)ON挡加油，上坡不熄火

当车速为0或丢失且在ON挡，等待3 s并记忆此时间段的平均值，当最新阻值与记忆阻值的差值不大于阈值容量时，采用中速响应到最新位置，当最新阻值小于记忆阻值且没有超过阈值则快速响应至记忆显示位。

(4)对于格数显示的燃油表，当燃油表最新阻值对应的油量低于临界值且延迟30 s后，燃油指示到下一格。

上文中用到的术语和定义如下：

阈值为10%油箱额定容积所对应的燃油传感器阻值；

采样周期为100 ms；

T为ON OFF ON中OFF时间；

最新阻值为燃油传感器最后采样的阻值；

记忆显示位为IGN断电后，燃油表记忆当前显示位信息；

车速为0或丢失指车速CAN信号小于2 km/h，频率信号小于3 km/h且持续时间大于0.5 s；

快速响应指燃油表由点E运行到点F全程需要2 s时的响应速度；

中速响应指燃油表由点E运动到点F全程需20 s时的响应速度；

慢速响应指燃油表由点E运动到点F全程需90 min时的响应速度。

经过以上的逻辑改善，静态时通过快速阻尼迅速判断出燃油变化量，然后指示到位，排除了加油后指针上升缓慢的问题；动态时，通过慢速阻尼和相关的校验参数，可以将路面颠簸、加减速、上下坡、转弯时引起的燃油变化与真正的加油区别开来，保证燃油表在行驶过程中没有来回跳动的现象。但目前策略中有一个还没有解决的问题点：当行驶过程中油箱突然大量漏油(磕碰或是划伤)、导致燃油在很短时间内漏光(时间小于燃油表的慢阻尼时间90 min)，但是因为此时有车速，仪表处于慢速阻尼状态，不能立即切换到快速阻尼状态，因此也就不能通过燃油表发现此时油箱快速漏油。不能切换快速阻尼的原因是：燃油箱快速漏油的状态不能与车辆连续长时间爬坡的状态区分开(例如：盘山道连续上坡)。

2.5 燃油表的匹配

2.5.1 燃油指示系统参数

燃油指示系统参数包含有油箱参数、燃油传感器参数和燃油表参数，具体如下：

(1)油箱参数包括油箱额定容积、油箱的不可抽容积、实际加油跳枪点容积、油位高度与对应容积等；

(2)燃油传感器参数包括油位高度与阻值的对应关系等；

(3)燃油表参数包括空油位、满油位、报警点、解报点、仪表刻度、红区、校准点数量等。

2.5.2 燃油参数的设定

为满足用户的需求，燃油表刻度的设计当然越多越好，但考虑到燃油指示系统各零部件的制造偏差，燃油表刻度数量不宜过多，一般选择8刻度。

燃油表参数的选择是燃油表设计的关键，参数选择的合理性直接影响终端用户的满意度，燃油表参数的选择主要是确定燃油表的空油位点、报警点、解报点、满油位点、红区范围及1/4刻度、3/8刻度、1/2刻度、5/8刻度、3/4刻度和7/8刻度。

(1)空油位参数的选择。空油位点油箱容积并不是油箱的不可抽容积，由于相关的各零部件都存在制造偏差，为了避免燃油表在未指示到空油位时发动机就自然熄火，空油位点油箱容积应大于油箱的不可抽容积，一般情况下空油位点阻值为油箱的不可抽容积阻值与不可抽容积阻值的最大正偏差。

(2)报警点参数的选择。报警点的设置主要是为了告知用户需要加油的信息，此时油箱的剩余油量应足以供车辆行驶到最近的加油站补充燃油，一般情况下从仪表报警点到仪表首次指示到“E”刻度行车里程应能达到60 km左右，根据经验可设置1/8刻度作为报警点；

(3)解报点参数的选择。为避免报警指示灯来回闪烁，一般情况下解报点的容量为报警点容量加4 L；

(4)满油位参数的选择。由于各加油站加油时油压有偏差，油箱内部压力各车辆也有偏差，所以满油位点的容量并不是跳枪点油箱的容量，而应该小于跳枪点油箱的容量，一般情况下满油位点的阻值为跳枪点油箱的阻值与跳枪点油箱的阻值和的最大正偏差；

(5)红区参数的选择。设置红区的目的是告诉驾驶员油箱所剩燃油已经不多，驾驶员应根据自己行驶的目的地确定是否补充燃油。这种需求是设置红区的一个关键。一般情况下仪表指针进入红区后车辆应至少可以行使60 km，即红区设置应大于等于报警点刻度，正常情况下设置在1/8刻度或者1/8刻度偏上；

(6)其余刻度点参数的选择。8刻度燃油表存在10个校准点，正常情况下设置为“E”、报警点、解报点、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8和“F”点，而在两点之间是通过软件的线性计算设定，这对燃油传感器提出了特殊的要求，即在没有校准点之间的阻值应分别呈线性关系。

3 结束语

上述改善燃油表指示的方法，已应用到具体车型上，包括电器原理优化(搭铁点布置位置、回路接口平台化等)、燃油表软件策略优化(加入油量等对比判断量，阻值记忆、显示位记忆、判断时间等)、车辆姿态/工况对燃油系统的影响(阈值的设定，燃油指示非线性变化等)、燃油表的匹配(空油位、报警点、满有位的选取等)。根据实车试验测试及市场反应情况，改进取得了良好的效果，实现了各个路况下的准确采样、平稳指示、反应时间等要求，满足了顾客对燃油表的要求。

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ResearchontheDesignoftheFuelMeter

HE Qian, DENG Hua

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

Automobile fuel meter can measure and display the flue quantity in the tank accurately, and the drive estimates how many kilometer that the vehicle can run. Because a good many of vehicles’ control strategy is not perfect, at the same time, the shape and installing position of tank are rather special, all of these result deviation of indication in the process of using, which make a lot of user’s complain. In view of the above problems, from the software logic and hardware circuit, systemic analysis and improvement were made, the display’s precision and rationality were greatly improved.

Fuel meter；Control logic；Circuit

U463.7+3

B

1674-1986(2017)09-057-04

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.09.014

2017-05-18

何茜(1985—)，女，本科，助理工程师，研究方向为汽车仪表。E-mail：jachq1985@126.com。