汽車?yán)m(xù)航里程變化過快問題及剩余油量濾波方法討論

成 瀚， 邱 濤， 毛曉棟

（1.上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000；2.泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

汽車儀表是整車與駕駛員間溝通的橋梁，車輛信息如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、車速等信息均會(huì)在汽車儀表上顯現(xiàn)。續(xù)航里程作為汽車儀表顯示主要的組成部分，一直受到駕駛員重點(diǎn)關(guān)注，續(xù)航里程計(jì)算的不準(zhǔn)確性，將直接影響駕駛員對(duì)車輛狀態(tài)的判斷，引起駕駛員很大的抱怨。

針對(duì)某造車過程中出現(xiàn)了續(xù)航里程變化過快的情況，通過錄取問題時(shí)CAN總線數(shù)據(jù)加以分析。本文將從續(xù)航里程定義、油量油耗對(duì)比和剩余油量濾波3個(gè)方面對(duì)續(xù)航里程變化過快的問題進(jìn)行分析，并討論了一階濾波是否可以彌補(bǔ)極端工況下油量快速變化的情況。

1 續(xù)航里程

車輛續(xù)航里程決定于整車剩余油量除以百公里平均油耗，駕駛員的行駛習(xí)慣對(duì)續(xù)航里程也有一定影響。百公里平均油耗是根據(jù)車輛累計(jì)行駛里程除以累計(jì)油量消耗計(jì)算得出的［1，2］。整車剩余油量等于剩余油量百分比乘以油箱容積。其中，剩余油量百分比由油箱中油位傳感器采集油位電信號(hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊通過對(duì)油位傳感器電信號(hào)AD轉(zhuǎn)換 （Analog-Digital），將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，計(jì)算后將剩余油量百分比信號(hào)放到CAN總線上，組合儀表會(huì)對(duì)剩余油量百分比信號(hào)進(jìn)行采樣后參與續(xù)航里程的計(jì)算。

2 剩余油量和累計(jì)油耗對(duì)比

該項(xiàng)目車動(dòng)態(tài)測試過程中，組合儀表上整車?yán)m(xù)航里程出現(xiàn)了變化過快的情況，通過對(duì)續(xù)航里程影響因素的理解，對(duì)錄取到的總線報(bào)文上剩余油量百分比信號(hào)和實(shí)時(shí)噴油量信號(hào)進(jìn)行了計(jì)算分析。圖1為剩余油量和累計(jì)燃油消耗量的變化圖，剩余油量和累計(jì)燃油消耗量沒有直接的相關(guān)性，一定程度上反應(yīng)了剩余油量信號(hào)的不準(zhǔn)確性，根據(jù)實(shí)時(shí)噴油量計(jì)算出的該工況下的累計(jì)燃油消耗量約為0.15 L，該車油箱容積為36 L，實(shí)際變化率為0.4%。由于當(dāng)時(shí)累計(jì)的油耗值無法得知，但以平均油耗5 L／100 km計(jì)算，1 km里程增量對(duì)應(yīng)油量變化應(yīng)只有0.1%，與實(shí)際接收到的信號(hào)值差異很大，剩余油量最大差異達(dá)到1.4%，150 s快速變化過程中會(huì)出現(xiàn)至少15~20 km的續(xù)航里程變化。

圖1 剩余油量百分比和累計(jì)燃油消耗對(duì)比圖

3 剩余油量濾波

從上文可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊發(fā)出的剩余油量百分比信號(hào)存在較為明顯的波動(dòng)，組合儀表端對(duì)于采集的剩余油量百分比信號(hào)一般不做處理。但為了消除油量波動(dòng)影響，在組合儀表端增加一階低通濾波，該濾波對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用，探討該方法對(duì)剩余油量百分比信號(hào)變化過快的情況下進(jìn)行濾波處理是否有效符合實(shí)際工況。

式中：Yn——本次輸出值；Yn-1——上一次輸出值；Xn——本次采樣值；k——濾波平滑系數(shù)。

根據(jù)不同的k值對(duì)剩余油量百分比信號(hào)進(jìn)行濾波處理，該段信號(hào)波動(dòng)在29%~31%，波動(dòng)約為2%，不同濾波系數(shù)下（k=0.35，k1=0，k8=0.7，k11=1.0），剩余油量百分比曲線差異不明顯，一階低通濾波下的曲線還是反應(yīng)了整車剩余油量變化的趨勢，只是對(duì)變化過快的部分情況進(jìn)行了平滑，無法避免續(xù)航里程快速變化的情況 （圖2），只有在電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)前加上濾波處理才能從根本上解決剩余油量變化過快的問題。

圖2 不同濾波系數(shù)下實(shí)車剩余油量百分比曲線圖

但同時(shí)可以看出在極端情況下剩余油量快速從30.5%降到26%時(shí)，濾波系數(shù)k為0.3~0.4時(shí)，濾波后的剩余油量百分比信號(hào)比較平滑 （圖3），更有利于續(xù)航里程的計(jì)算和顯示，以免續(xù)航里程波動(dòng)太快造成駕駛員抱怨。

圖3 不同濾波系數(shù)下極端情況剩余油量百分比曲線圖

為了避免剩余油量劇烈變化引起的續(xù)航里程跳變，應(yīng)充分考慮整車晃動(dòng)、路面不平整性引起油箱高度傳感器浮子串動(dòng)，滑動(dòng)電阻值快速變化。建立合適燃油波動(dòng)模型［3］和信號(hào)采樣策略［4］，對(duì)電阻值信號(hào)到數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從信號(hào)源頭根本上解決續(xù)航里程跳變的問題。

4 結(jié)論

剩余油量信號(hào)穩(wěn)定變化是續(xù)航里程計(jì)算的根本要素，本文根據(jù)續(xù)航里程定義，對(duì)比了缺陷車剩余油量和累計(jì)噴油量，續(xù)航里程變化過快時(shí)二者間相關(guān)性不大。剩余油量百分比信號(hào)增加一階低通濾波后，無法改變剩余油量變化的趨勢，應(yīng)在油量電信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)增加相應(yīng)濾波。濾波系數(shù)在0.3~0.4間時(shí)，剩余油量信號(hào)較為平滑，更有利于續(xù)航里程的計(jì)算和顯示，以免續(xù)航里程波動(dòng)太快造成駕駛員抱怨。