王淑琴

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林 长春 130011）

指针式燃油表算法设计

王淑琴

（中国第一汽车股份有限公司技术中心，吉林 长春 130011）

对汽车组合仪表中的指针式燃油表的设计要求及对应的算法策略进行描述，根据此策略可以使燃油表指示更准确，驾驶体验更好。

燃油表；算法；策略

燃油表算法策略是相对复杂的，燃油表的作用是实时显示燃油箱内剩余的燃油量，在汽车行驶过程中，如果燃油表指示不准确或指针频繁抖动都会引起用户抱怨，所以制定一个准确稳定的燃油表算法策略尤为重要。

1 设计原则

燃油表算法策略有2种设计思路：一种是只根据燃油传感器阻值来计算当前剩余燃油量；另一种是根据燃油传感器阻值以及发动机的燃油消耗量共同计算当前剩余燃油量。无论采用哪种策略，在算法设计时均需按如下原则：①加满油后，指针要指示到满油位处；②当燃油报警后，应能保证车辆可以行驶到最近的加油站；③当燃油表指针指示到空油位“0”时，此时车辆仍可继续行驶一段距离；④车在急制动/转弯/颠簸路面，燃油表指针不能上下波动；⑤坡路上熄火再起动/怠速/行驶/时，燃油表指针不能脱离实际油量值位置；⑥加/减油后，燃油表要有相应指示；⑦燃油传感器短路/断路时要有相应处理机制；⑧考虑用户体验，制定燃油表每个刻度对应的油量值。

2 详细策略设计

本章节将针对燃油表设计原则逐一给出解决方案。

2.1 加满油后，指针要指示到满油位处

考虑2个方面：①考虑油箱的容积，定义满油位的位置为油箱容积减去3～5 L，例如油箱容积为70 L，可定义油量为67 L或65 L便指示到满油位；②燃油表的布置位置一般在驾驶员视野的偏左侧或偏右侧，为了弥补视觉上的误差，满油位时，指针最好指示到“1”（燃油表满油位一般标记为“1”或“F”）或“F”以上α°，α为标定值，根据实际情况，建议α为2°～4°。

2.2 燃油报警后，应能保证车辆可以行驶到最近的加油站

当燃油报警后，建议至少可以继续行驶50～150 km。由于车型不同，油耗不同，油箱容积不同，具体设计报警时油箱中剩余油量为多少升，可按车辆最恶劣工作条件下能够继续行驶至少50 km为原则进行考虑。表1为车型案例，供参考。

表1 燃油报警后行驶里程对标表

2.3 当燃油指针指示到空油位“0”时，此时车辆仍可继续行驶一段距离

当燃油表指针指示到空油位“0”时，油箱中的剩余油量不应为0 L，应留有一定的可用油量，且同时考虑油箱中的底油（即：不可用油），建议此时可继续行驶里程为10～30 km，这种做法是行业内普遍存在的，目的是给驾驶者留有一定的余量。

2.4 车在急制动/转弯/颠簸路面，燃油表指针不能上下波动

为了保证车在急制动/转弯/颠簸路面，燃油表指针不能上下波动，需要引进滤波及阻尼策略。一是滤波策略：①每100 ms取一个燃油阻值；②每1 000 ms将所取的10个值中去掉最大值及最小值，进行平均；③每10 000 ms将步骤②中的10个值进行平均。通过以上滤波步骤获取稳定的燃油阻值信息。二是阻尼策略：①从燃油表空位到满位或者从满位到空位的滤波阻尼时间考虑，分别定义如下2个参数：常规滤波阻尼时间NORMAL_FILTER_DAMP_TIME；快速滤波阻尼时间FAST_FILTER_DAMP_TIME。它们均被设置成一个配置参数，需要存储在EEPROM并且可被编程。②常规滤波阻尼时间NORMAL_FILTER_DAMP_TIME的默认时间可定义为30～50 min；快速滤波阻尼时间FAST_FILTER_DAMP_TIME的默认时间可定义为150～180 s。

当在非加/减油模式时，采用常规滤波阻尼；当在加/减油模式时，采用快速滤波阻尼。通过滤波获取稳定的燃油传感器阻值，通过阻尼控制指针的运行平稳，保证车在急制动/转弯/颠簸路面时，指针不会频繁波动。但有的时候，车在极其颠簸路面行驶时，如果滤波及阻尼策略处理不当，仍然存在视觉上可以识别出的指针波动，一汽某车型就是因为此情况，将算法策略中除采用燃油传感器阻值信号外，又引入发动机的燃油消耗量共同计算当前剩余燃油量，即：剩余燃油量=燃油阻值对应的油量-累计燃油消耗量，采用此策略后使得指针指示稳定性更好。图1为采用此策略车型在油箱剩余油量为3 L时指示油量和燃油传感器阻值对应油量关系图，图2为剩余油量为39 L时指示油量和燃油传感器阻值对应油量关系图。从图1、图2可以看到，即使燃油阻值波动非常大，燃油表指针也不会波动。

2.5 坡路上熄火再起动/怠速/行驶/时，燃油表指针不能脱离实际油量值位置

1）对于“根据燃油传感器阻值来计算当前剩余燃油量”的算法策略几乎无法保证车在坡路上熄火再起动/怠速/行驶/时指针不脱离实际油量位置，只能尽量减少波动，可以按如下方式：① 只要车速＞0，燃油指针不允许上升，只允许下降——可以避免一部分坡路引起的指针向上波动问题；② 通过阻尼策略，保证指针运行很慢，驾驶者感觉不明显。

图1 指示油量和燃油传感器对应油量关系图（剩余油量3 L）

图2 指示油量和燃油传感器对应油量关系图（剩余油量39 L）

2）对于“根据燃油传感器阻值以及发动机的燃油消耗量共同计算当前剩余燃油量”的算法策略，相对来说更容易控制些，但仍需分情况处理。

2.5.1 燃油表无法获取坡度信号或加油口盖开/关信号的情况

标定一个油量值x，此油量值可以蕴含车辆在0～y°范围内引起的油量最大变化量，其中y为车辆可以行驶的最大坡度。根据标定的油量，当油量变化值在±xL范围内时，油箱剩余油量=油量变化前的燃油传感器阻值对应的燃油量-累计燃油消耗量。此策略有一个缺点：当加/减油量在未超过±xL时，燃油表指针不会有变化，给驾驶者感觉不好。

2.5.2 燃油表可以获取坡度信号或者燃油口盖开/关信号的情况

1）如果可以获得坡度信号：前期标定出每个油量值在各个坡度下引起的油量变化，燃油表依据此标定数据，结合当前的坡度信号及当前的燃油传感器阻值就可以计算出当前油箱的真实油量值；在各种情况下，燃油表都能获取最精确的剩余燃油量。

2）如果可以获得燃油口盖开/关信号：因为加/减油（除漏油情况）必须通过开启加油口盖，所以当燃油表检测到燃油口盖开启信号，同时检测到油箱口盖开启后油量发生变化，此时方可认为处于加/减油状态，这样就可以判断出油量的增加/减少是由于路况引起还是加/减油引起，制定对应的策略。2.6 加/减油后，燃油表要有相应指示

为了满足加/减油显示要求，燃油表需要定义以下2个配置参数：正向增量门槛值C_POSITIVE_FILTER_DELTA，它被存储在EEPROM并且可被编程，默认值是油箱总容量的10%（如果油箱容量为60 L，则是6 L）；反向增量门槛值C_NEGATIVE_FILTER_DELTA，它将被存储在EEPROM并且可被编程，默认值是油箱总容量的10%（如果油箱容量为60 L，则是6 L）。

2.6.1 情况1——IG OFF加/减油

1）当点火开关从OFF到ON时，以下任何一个条件满足时，燃油表将立即指示到当前最新的燃油油位：① 燃油表检测的燃油油量增加量大于常数C_POSITIVE_FILTER_DELTA；② 燃油表检测的燃油油量减少量大于常数C_NEGATIVE_FILTER_DELTA。

2）点火开关从OFF到ON时，若以下任何一个条件满足，燃油表将指示在上次点火周期内最后一个有效值位置：①燃油表检测的燃油油量增加量不大于常数C_POSITIVE_FILTER_DELTA；②燃油表检测的燃油油量减少量不大于常数C_NEGATIVE_FILTER_DELTA。

2.6.2 情况2——IG ON加/减油

每10 s进行一次油量变化判断，当连续n次检测到油箱油量变化量超过C_POSITIVE_FILTER_DELTA或C_NEGATIVE_FILTER_DELTA时，判定为加/减情况发生，燃油表指针快速指示到当前油量对应位置，同时指针采用快速滤波方式响应当前油量变化，n的取值建议为3。

2.7 燃油传感器短路/断路时要有相应处理机制

燃油传感器短路或断路时的处理机制是相同的。

1）当输入燃油信号阻值大于等于开路阻值阈值时，认为是开路状态，当输入阻值小于等于短路阻值阈值时，认为此状态为短路状态；开路阻值阈值以及短路阻值阈值根据项目不同，取值会有所不同，跟燃油泵设计师共同商讨之后再标定确认即可。

2）如果判断燃油信号开路或断路10 s以上，则燃油表应该指示到“空”位置，报警符号点亮；当燃油传感器恢复正常时，指针立刻指示到当前阻值对应的位置。

2.8 考虑用户体验，制定燃油表每个刻度对应的油量值

燃油表每个刻度值会对应一定的油量，刻度是均匀分布的，但是每个刻度对应的油量可以均匀分布，也可以不均匀分布，即指针下降速度可以先慢后快或先快后慢。例如：80 L的油箱，刻度为1、7/8、6/8、5/8、4/8、3/8、2/8、1/8、0。先慢后快的制定方案见表2。

表2 刻度值与油量值对应关系

具体油量如何分布，需主机厂自行定义，一般为均匀分布或先慢后快。

3 结束语

本文从开发的角度，介绍了指针式燃油表的设计原则及对应的解决方案，此解决方案已经在多个车型中得到验证。根据此解决方案，可以使燃油表的表现良好，使驾驶者有更好的使用体验。

（编辑 凌 波）

Algorithm Design of Pointer Fuel Meter

WANG Shu-qin

（FAW R&D Centre，Changchun 130011，China）

This article describes design requirements and the corresponding algorithm strategy of the pointer fuel meter.Through applying this strategy，the fuel gauge can be more accurate and the driving experience is improved.

fuel gauge；algorithm；strategy

U463.73

A

1003-8639（2017）10-0047-03

2017-01-20

王淑琴（1980-）,女,山东安丘人，电气工程师，硕士，主要从事汽车电气方面的设计工作。