一种兼容多路况的汽车燃油表开发与应用

郭泽江，徐 伟，陈文庆，杨 赛，左蓓蕾

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

组合仪表是汽车信息显示和人机交互的关键窗口，燃油表是组合仪表的重要组成部分，用于显示油箱剩余油量，以便用户安全驾驶出行。实际行车过程存在停车加油、怠速、转弯、急加速、急减速、上下坡和路面颠簸等各种情况，油箱浮子波动剧烈容易导致燃油表显示波动，造成油量显示不准引起用户抱怨。因此需要对不同路况下的油箱液位波动进行研究，设计一种兼容多路况的燃油表显示策略。

油泵传感器为浮子结构，浮子随着油量液位变化带动滑动变阻器输出不同阻值，汽车燃油表根据硬线采集油泵传感器阻值信号，换算成油量在燃油表上进行显示。

1 汽车燃油表显示

通常汽车燃油表对油箱剩余油量进行分段显示，如图1按照8段的形式进行油量显示。指示范围E~F，其中E表示油箱空油，F表示油箱加满，根据油箱剩余燃油量来点亮相应的格数，未点亮格子为黑色。仅剩最后1格红色格子点亮或者没有格子点亮时，表示油箱中的油量不足，同时仪表点亮燃油低指示灯，提醒驾驶员燃油不足，请尽快加油。

图1 汽车燃油表

2 油箱关键校准点设计

汽车油箱通常为不规则形状，剩余油量与液位不成线性关系，油箱通过油泵传感器输出阻值给燃油表进行油量显示（图2）。在设计初期，油箱会提供一系列关键校准点 （表1）给燃油表进行燃油曲线设计，每相邻2个校准点之间务必保证2点之间的剩余油量和油泵传感器阻值成线性关系。燃油表根据硬线采集油泵传感器阻值信号，才能准确换算成油量在燃油表上进行显示。

图2 油泵传感器

3 采样

根据图3的采样电路，燃油表对油泵传感器阻值进行采样，将阻值信号转换为电压信号，然后输入给MCU的A/D接口转换为数字信号，并换算成油量采样值Vsamp。结合表1关键校准点的阻值和油量关系，采用分段线性插值法进行线性换算成油量：f（x）=f（xi）+［［f（xi+1）-f（xi）］/（xi+1-xi）］×（x-xi），xi≤x≤xi+1。

4 滤波

首次上电时，每100ms采集阻值，在1s内计算10组采样值的平均值后得出1组平均燃油值Vsavg，换算成燃油显示值Vdisp=Vsavg。

表1 关键校准点

图3 采样电路

在车辆运行过程中，燃油表对Vsamp进行一阶滤波，滤波后的值为Vfilt（t）=Vfilt（t-1）+［Vsamp（t）-Vfilt（t-1）］×FILT_VAL/10000，其中FILT_VAL为滤波系数 （加油和耗油采用不同的滤波系数）。

5 显示策略

为了防止油箱液位在临界点波动导致燃油表显示来回跳变，根据油箱关键校准点，燃油表显示段码对加油曲线和耗油曲线进行了定义，如图4所示。

图4 油量与燃油表段码的对应关系

针对不同的路况，燃油表使用不同的算法逻辑来实现显示值Vdisp与采样滤波值Vfilt的逼近，显示值Vdisp（t）=Vdisp（t-1）+STEP_VAL。不同的工况使用不同的阻尼STEP_VAL，实现显示值Vdisp稳定显示，如图5所示。

图5 燃油显示策略

1）车辆由动态变为静态，执行进入静止状态：①记录当前停车燃油值Vstop；②记录当前燃油指示值Vdisp。

2）静止状态下加油，执行进入加油状态：①Vdisp迅速跟随Vfilt直至退出加油模式；②Vstop迅速跟随Vfilt直至退出加油模式。

3）退出加油状态，恢复到静止状态，执行退出加油状态：Vdisp=Vstop=Vfilt。

4）静止模式切换为行驶模式，进入行驶模式。

行驶模式下，异常状态切换回正常行驶状态，退出中速阻尼模式，执行正常行驶模式的慢速阻尼：燃油Vdisp按照慢速阻尼趋近Vfilt，消除行车过程油箱液位波动导致的传感器阻值信号快速跳变。

行驶模式下，正常状态切换到油箱异常行驶状态，执行正常行驶模式的中速阻尼，置位DTC（若Vdisp-Vfilt≥判断阈值，则油箱漏油；Vfilt-Vdisp≥判断阈值，则油浮子存在卡滞）。

5）静止模式下，车辆怠速切换到停机状态，执行燃油显示值Vdisp保持不变。

6）静止模式下，车辆停机状态切换到怠速状态，执行燃油显示值为Vdisp的基础上减去怠速消耗油量。

6 结束语

根据合理的关键校准点和油量显示分段处理，燃油表采用上述多种修正措施和阻尼算法，可以兼容多种路况，克服了行车过程多种路况油泵传感器阻值信号快速跳变对燃油表显示稳定性的影响，以达到燃油表最优的显示结果。经过台架和实车验证，上述燃油表设计应用实现了不同路况下燃油表准确平稳显示油箱剩余油量。