基于重量的汽車油量模型探討

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1傳統(tǒng)油量測量方式分析

①機械式測量方式中的關鍵部件浮子容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象；②汽車油箱外形為適應空間要求多設計為不規(guī)則的形狀，會大大影響浮子測量的準確性；③汽車行駛在顛簸路面時，由于油箱同汽車車身是剛性連接，燃油隨同油箱發(fā)生劇烈顛簸，雖然目前汽車設計時多采取了增加隔板設計減緩燃油液面波動的措施，但浮子依舊會受到影響，最終會出現(xiàn)指針抖動或反饋信息不準確的現(xiàn)象；④由于目前國內(nèi)汽車維修市場沒有形成周期性清洗油箱的保養(yǎng)習慣，油箱內(nèi)沉淀的雜質(zhì)會對浮子的測量產(chǎn)生影響。近年來，隨著汽車微電子技術的發(fā)展，提出了使用壓力計基于重量來進行油量計量，但設計多偏于電路系統(tǒng)的設計，在機械設計上仍然有改進的空間。如有些設計中提出在油箱底部中央安裝一個壓力計，這在汽車平路行駛時完全可以檢測油量，但當汽車斜坡行駛時，出現(xiàn)了力的分解，這時的測量數(shù)值就會失真。此外，油箱一般為雙金屬杠固定，雙金屬杠承受了油箱的全部壓力，壓力計的安裝應充分考慮到這一點。

2基于重量的油量測量系統(tǒng)的設計

2．1油量測量系統(tǒng)總體設計思想

本設計一共分為信號采集模塊、信號處理模塊、控制模塊和信號輸出模塊4個模塊，如圖1所示。信號采集模塊主要由安裝在油箱底部的4個壓力計構成；信號處理模塊主要是A／D轉(zhuǎn)換模塊及信號放大器；控制模塊將對數(shù)據(jù)進行計算處理；輸出模塊主要包括儀表的總成、輸出油箱存油量以及百公里耗油等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。本設計中需要采集原車輛ECU控制系統(tǒng)中的坡度角度、加速度、速度和行駛里程等參數(shù)。

2．2系統(tǒng)硬件設計

油箱是用兩根鋼帶纏繞焊接在車架上的，由于吃重的點不在油箱的重心而在支撐的兩根鋼帶上，因此將同種型號的4個壓力計分別布置于每根鋼帶的兩端。壓力計的選擇應充分考慮所測值的波動范圍以及工作環(huán)境的惡劣程度，壓力傳感器需耐冷耐熱、抗腐蝕能力強。本設計采用冠標科技OMEGA公司生產(chǎn)的LC302－100型稱重壓力傳感器，是超微型圓柱狀壓力傳感器，直徑僅為Φ19mm，高度僅為13mm，靈敏度高，共振頻率高，內(nèi)部有溫度補償，結(jié)構牢固，適合于小空間處安裝。8507C－2壓力計參數(shù)見表1。由于壓力的變化相對于時間的變化并不是很明顯，因此對于A／D轉(zhuǎn)換器的選擇要求并不高。本設計采用美國MAXIN公司生產(chǎn)的ICL7135，該芯片具有抗干擾能力強、價格低廉等優(yōu)勢。測量系統(tǒng)中直接使用汽車的ECU系統(tǒng)進行編程即可。在早期的車輛控制系統(tǒng)中，一個模塊只能處理一個特定的功能，隨著車型的增加，新型的由分配式功能、控制區(qū)域網(wǎng)絡通訊及可重新編程的控制模塊組成的新的電氣系統(tǒng)已被廣泛應用。在實驗條件下，可以使用單片機控制系統(tǒng)進行模擬。

2．3油量重量計算數(shù)學模型

汽車在運行過程中，油箱的受力復雜，要想準確地反映油箱內(nèi)的油量，需要將壓力計傳輸回的數(shù)據(jù)通過數(shù)學模型進行處理，然后才能輸出準確的數(shù)值。靜態(tài)下，根據(jù)力的平衡原理，4個壓力計的合力即為油箱的重力，油量即等于總的合力減去油箱本身的質(zhì)量。汽車平路行駛時，根據(jù)力的平衡原理，處理方式同上；汽車在陡坡行駛中，由于汽車發(fā)動機產(chǎn)生的拉力與垂直向下的重力產(chǎn)生了合力，因此在壓力計上顯示的是合力的數(shù)值，而不是油箱的重力，所以需要對原始數(shù)據(jù)進行處理，即采用汽車加速度、速度、坡度等數(shù)值建立數(shù)學模型進行校正。

2．4系統(tǒng)軟件分析

在實際中，由于只是增加了壓力計的輸入值，可以直接使用汽車儀表的ECU，數(shù)據(jù)采用串行輸入方式，隨著時鐘頻率對數(shù)據(jù)端口進行不斷地掃描，及時更新數(shù)據(jù)。進入ECU后，在程序中使用數(shù)學模型對4個壓力計的數(shù)據(jù)進行處理。計算完成后，進入輸出模塊，使用刻度儀表輸出，將油箱重量作為儀表零點，從而直接輸出計算結(jié)果，得到精確的油量數(shù)值。

3結(jié)語

本理論模型是對汽車油量測量精確化的一種探析，在國內(nèi)市場上，該產(chǎn)品還處于起步階段，有待于集中更多的資源進行設計開發(fā)。完善本設計，還需要在數(shù)據(jù)處理的模型上進行深入的研究，以建立更加準確的數(shù)學模型，同時還需要有針對性地進行車型試驗及對比，以收集更加準確的實驗數(shù)據(jù)。

本文作者：張葉郝源隆工作單位：晉中職業(yè)技術學院