CN102338655A - 车用油位传感器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用油位传感器，包括油箱、滑动变阻器、电阻一、电阻二、ECU和仪表。所述ECU又包括两个模数转换器、V₁和V₂采样模块、V₁和V₂备份模块、V₁和V₂诊断模块、两个运算单元、R_m备份模块、R_m默认模块、R_m诊断模块、滤波器。本发明还公开了所述车用油位传感器的实现方法。本发明车用油位传感器及其实现方法采集两路电压输入V₁和V₂，通过计算得到油箱中的燃油容量，尽可能排除了滑动变阻器的接触电阻的干扰，并可获得更为准确的计算结果。

Description

车用油位传感器及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种机动车燃油箱的油位检测装置及其检测方法。

背景技术

车用油位传感器为驾驶员提供机动车燃油箱中的油量信息，便于驾驶员在燃油耗尽前适时加注燃油。

请参阅图1，现有的车用油位传感器包括油箱10、滑动变阻器20、电阻一22、ECU(电子控制单元)30和仪表40。其中油箱10的高度(其中盛放燃油的容置空间的高度)为H，其中燃油的高度为H_m。油箱10中具有一浮子11漂浮在燃油表面。滑动变阻器20的一端接地，另一端通过串联的电阻一22接电压V。滑动变阻器20的总电阻为R，由滑片21得到的可变电阻为R_m，滑片21在滑动变阻器20上的位置受到浮子11的控制。电阻一的电阻为R_c。通常，滑动变阻器20的总长度等于油箱10的高度，这样便使得浮子11位置与滑片21位置一一对应。滑片21向ECU30输出可变的电压V_m。ECU经过运算得到油箱10中的油量信息，并反映在仪表40上。

请参阅图2，现有的车用油位传感器中的ECU30包括依次相连的模数转换器31、运算单元32和滤波器33。其中，模数转换器31将可变电压V_m进行模数转换。运算单元32根据V_m计算油箱10中的燃油油量Vol。在车辆加速、路面颠簸等情况下油箱10中的油位会产生波动，滤波器33根据当前车速和加速度对计算出的燃油容积进行时间滤波，可消除瞬时油位跳变的影响。

所述运算单元32根据V_m计算Vol分为两步：首先是根据V_m计算R_m，然后是根据R_m查表得到Vol。

在理想情况下，通过V_m计算R_m的公式为：

该公式的来源是流经电阻一22的电流应与流经滑动变阻器20的电流相等，即

由于V_m通路连接到ECU30的高阻抗模数转换器中，因此认为V_m通路上没有电流经过。

虽然图1中油箱10显示为截面积相等，但实际应用中油箱10可能为不规则形状，因此每个油位传感器都有一个Vol与R_m之间的表格可供查询，即知道R_m即可换算出Vol。ECU30得到R_m之后，根据内置的R_m与Vol之间的换算表格，即可查询得到Vol。

实际应用中，滑动变阻器是由一个滑点在电阻带上滑动，从而实现电阻可变的效果。由于燃油中的杂质和腐蚀的影响，滑动变阻器的滑点和电阻带之间会产生有一定阻抗的杂质，称为接触电阻R_e。考虑接触电阻R_e之后，通过V_m计算R_m的公式为：

R_e是难以测量的，因此实际计算的滑动变阻器的有效电阻中包含了接触电阻，这会导致计算出的油量Vol低于真实油量。极端情况下，在车辆刚启动时仪表上就显示空油箱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车用油位传感器，可以尽可能避免滑动变阻器的接触电阻对油位测量产生不利影响。为此，本发明还要提供所述车用油位传感器的实现方法。

为解决上述技术问题，本发明车用油位传感器包括油箱、滑动变阻器、电阻一、电阻二、ECU和仪表；

所述油箱中具有浮子漂浮在燃油表面，所述浮子控制滑动变阻器上的滑片位置；

所述滑动变阻器的一端通过串联的电阻一接电压V，滑动变阻器上的滑片通过并联的电阻二接地；

滑动变阻器与电阻一串联的一端连接到ECU并输出电压V₁，滑动变阻器的另一端连接到ECU并输出电压V₂；

所述ECU又包括两个模数转换器、V₁和V₂采样模块、V₁和V₂备份模块、V₁和V₂诊断模块、二个运算单元、R_m备份模块、R_m默认模块、R_m诊断模块、滤波器；

所述两个模数转换器分别对输入的电压V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块；

所述V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值是否合理；当合理，将V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值输出给运算单元一；，当不合理，则将V₁和V₂备份模块中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一；

所述运算单元一根据V₁和V₂值计算滑动变阻器的可变电阻值R_m；

所述R_m诊断模块判断运算单元一计算出的R_m值是否合理；当合理，将运算单元一计算出的R_m值输出给运算单元二；当不合理，将R_m备份模块中存储的上一次判断为合理的R_m值或者R_m默认模块预存的R_m默认值输出给运算单元二；

所述运算单元二根据R_m值计算油箱中燃油量Vol并输出给滤波器；

所述滤波器对所述Vol值进行滤波，去除短期跳变影响，并输出给仪表。

本发明车用油位传感器的实现方法包括如下步骤：

第1步，油箱中的浮子漂浮在燃油表面，跟随燃油容量的变化而改变在油箱中的高度，所述浮子带动滑动变阻器上的滑片改变位置；

第2步，滑动变阻器与电阻一串联的一端向ECU输出电压V₁，滑动变阻器的另一端向ECU输出电压V₂；

第3步，两个模数转换器分别对V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块；

第4步，V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值，当出现下述情况的任何一种或多种，即认为不合理，否则即认为合理：

V-ΔV＜V₁；

V₁≤V₂；

V₂＝0；

所述0＜ΔV≤0.5伏；

当V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值合理，则将V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值输出给运算单元一，同时将该V₁和V₂值保存在V₁和V₂备份模块中；

当V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值不合理，则将V₁和V₂备份模块中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一；

第5步，运算单元一根据公式

计算滑动变阻器的可变电阻值R_m，其中R_c为电阻一的电阻值；

第6步，R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值，当0≤R_m≤R，即认为合理，否则即认为不合理：

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值合理，则将运算单元一计算出的R_m值输出给运算单元二，同时将该R_m值保存在R_m备份模块中；

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值不合理且持续时间小于第一阈值，则将R_m备份模块中存储的上一次判断为合理的R_m值输出给运算单元二；

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值不合理且持续时间大于或等于第一阈值，则将R_m默认模块中预存的R_m默认值输出给运算单元二；

0＜第一阈值≤600秒；

第7步，运算单元二查表得到油箱中燃油量Vol并输出给滤波器；

第8步，滤波器对所述Vol值进行时间滤波，并输出给仪表；

第9步，仪表使用Vol值显示油箱中的燃油容量。

本发明车用油位传感器及其实现方法采集两路电压输入V₁和V₂，通过计算得到油箱中的燃油容量，排除了滑动变阻器的接触电阻的干扰，并可获得更为准确的计算结果。

附图说明

图1是现有车用油位传感器的结构示意图；

图2是现有车用油位传感器中ECU的结构示意图；

图3是本发明车用油位传感器的结构示意图；

图4是本发明车用油位传感器中ECU的结构示意图；

图5是本发明车用油位传感器中电阻部分的等效电路图。

图中附图标记说明：

10为油箱；11为浮子；20为滑动变阻器；21为滑片；22为串联电阻；23为并联电阻；30为ECU；31、311、312为模数转换器；32、321、322为运算单元；33为滤波器；341为V₁和V₂采样模块；342为V₁和V₂备份模块；35为V₁和V₂诊断模块；361为R_m备份模块；362为R_m默认模块；37为R_m诊断模块；40为仪表。

具体实施方式

请参阅图3，本发明车用油位传感器包括油箱10、滑动变阻器20、电阻一22、电阻二23、ECU30和仪表40。其中，油箱10中具有浮子11漂浮在燃油表面，浮子11控制滑动变阻器20上的滑片21位置。滑动变阻器20的一端串联电阻一22并通过该电阻一22连接电源V，滑动变阻器20上的滑片21并联电阻二23并通过该电阻二23接地。滑动变阻器20的总电阻为R，滑片21得到的有效电阻为R_m，电阻一22的电阻为R_c，电阻二23的电阻为R_d。滑动变阻器20与电阻一22串联的一端连接到ECU30并向ECU30输出电压V₁，滑动变阻器20的另一端连接到ECU30并向ECU30输出电压V₂。ECU30根据V₁和V₂得到油箱10中的燃油量Vol，并输出给仪表40。仪表40将燃油量Vol显示出来。

请参阅图4，ECU30又包括两个模数转换器311、312，V₁和V₂采样模块341，V₁和V₂备份模块342，V₁和V₂诊断模块35，两个运算单元321、322，R_m备份模块361，R_m默认模块362，R_m诊断模块37，滤波器33。其中，两个模数转换器分311、312分别对输入的电压V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块341。V₁和V₂诊断模块35判断V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值是否合理；当合理，将V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值输出给运算单元一321；当不合理，将V₁和V₂备份模块342中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一321。运算单元一321根据V₁和V₂值计算滑动变阻器20的可变电阻值R_m。R_m诊断模块37判断运算单元一321计算出的R_m值是否合理；当合理，将运算单元一321计算出的R_m值输出给运算单元二322；当不合理，将R_m备份模块361中存储的上一次判断为合理的R_m值或者R_m默认模块362预存的R_m默认值输出给运算单元二322。运算单元二322根据R_m值计算油箱10中燃油油量Vol值并输出给滤波器33。滤波器33对所述Vol值进行滤波，去除短期跳变影响，并输出给仪表40。

本发明车用油位传感器的实现方法包括如下步骤：

第1步，油箱10中的浮子11漂浮在燃油表面，跟随燃油容量的变化而改变在油箱10中的高度，浮子10带动滑动变阻器20上的滑片21改变位置。浮子10的高度(即油箱10中的燃油量Vol)与滑动变阻器10的有效电阻值R_m一一对应。

第2步，滑动变阻器20与电阻一22串联的一端向ECU30输出电压V₁，滑动变阻器的另一端向ECU30输出电压V₂。

第3步，两个模数转换器311、312分别对V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块341。

第4步，V₁和V₂诊断模块35判断V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值，当出现下述情况的任何一种或多种，即认为不合理，否则即认为合理：

V-ΔV＜V₁；

V₁≤V₂；

V₂＝0；

所述0＜ΔV≤0.5伏；

当V₁和V₂诊断模块35判断V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值合理，则将V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值输出给运算单元一321，同时将该V₁和V₂值保存在V₁和V₂备份模块342中。

当V₁和V₂诊断模块35判断V₁和V₂采样模块341中的V₁和V₂值不合理，则将V₁和V₂备份模块342中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一321。

V₁和V₂备份模块342存储最新一个判断为合理的V₁和V₂值。

理论上，当出现V＜V₁则说明V₁可能短路到电源V，这样的V₁显然是不合理的。实际上当V＞V₁但两者非常接近时已经说明V₁出错，因此设定一个ΔV。ΔV的取值范围可以是0～0.5伏，优选为0.5伏。

当出现V₁≤V₂，说明V₁可能短路到地、或V₁断路、或V₂短路到电源V。当出现V₂＝0，说明V₂短路到地，或V₂断路。这些都属于错误情况，因此判断时予以排除。

第5步，运算单元一321根据公式计算滑动变阻器20的可变电阻值R_m，其中R_c为电阻一22的电阻值。

请参阅图5，流经电阻R_c(即图3中的电阻一22)的电流值由于V₁和V₂通路都是输出到ECU30中的高阻态模数转换器，因此V₁和V₂通路中通过的电流可以忽略不计。由上述公式可以得到

其中R_c是电阻一22的电阻值。这就是上述方法第5步中计算公式的由来。

第6步，R_m诊断模块37判断运算单元一321计算的R_m值，当0≤R_m≤R，即认为不合理，否则即认为合理：

当R_m诊断模块37判断运算单元一321计算的R_m值合理，则将运算单元一321计算出的R_m值输出给运算单元二322，同时将该R_m值保存在R_m备份模块361中。

当R_m诊断模块37判断运算单元一321计算的R_m值不合理且持续时间小于第一阈值，则将R_m备份模块361中存储的上一次判断为合理的R_m值输出给运算单元二322。

当R_m诊断模块37判断运算单元一321计算的R_m值不合理且持续时间大于或等于第一阈值，则将R_m默认模块362预存的R_m默认值输出给运算单元二322。

R_m备份模块361存储最新一个判断为合理的R_m值。

R_m默认模块362预存有一个R_m值。

通常运算单元一311按照一定的频率计算R_m，例如每秒钟计算10次。当R_m诊断模块37发现运算单元一计算的R_m不合理，首先以之前判断为合理的R_m值(存储在R_m备份模块361中)取代之，此时可能是偶然故障所致。但如果这种R_m不合理的情况持续了一段时间(即第一阈值)，例如持续2秒钟即连续20个计算的R_m都不合理，则说明出现难以恢复的故障，以预设的R_m值(预存在R_m默认模块362中)取代之。所述0＜第一阈值≤600秒，优选为2秒。

第7步，运算单元二根据R_m值，查询内置的R_m-Vol换算表，得到油箱10中燃油油量Vol值，并输出给滤波器33。

之所以采用R_m-Vol换算表的形式，是由于有些油箱10是不规则的形状，浮子11将油位高度一一对应地反映为滑动变阻器20的可变电阻值R_m后，难以用数学公式描述油量Vol与可变电阻R_m。ECU30中内置R_m-Vol换算表，知道R_m值后查表即可得知对应的油箱Vol。

第8步，滤波器33对所述Vol值进行时间滤波，去除车辆加速、路面颠簸等情况下油位短期跳变的影响，并输出给仪表40。

第9步，仪表40使用Vol值显示油箱10中的燃油容量。

传统的车用油位传感器容易受到滑动变阻器的接触电阻影响，本发明采集两路电压信号，将这两路电压信号相减用于计算燃油容量，从而尽可能地减少了滑动变阻器的接触电阻产生的不利影响，可以获得更准确的油量信息。

Claims (4)

1.一种车用油位传感器，其特征是，油箱、滑动变阻器、电阻一、电阻二、ECU和仪表；

所述油箱中具有浮子漂浮在燃油表面，所述浮子控制滑动变阻器上的滑片位置；

所述滑动变阻器的一端通过串联的电阻一接电压V，滑动变阻器上的滑片通过并联的电阻二接地；

滑动变阻器与电阻一串联的一端连接到ECU并输出电压V₁，滑动变阻器的另一端连接到ECU并输出电压V₂；

所述ECU又包括两个模数转换器、V₁和V₂采样模块、V₁和V₂备份模块、V₁和V₂诊断模块、二个运算单元、R_m备份模块、R_m默认模块、R_m诊断模块、滤波器；

所述两个模数转换器分别对输入的电压V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块；

所述V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值是否合理；当合理，将V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值输出给运算单元一；当不合理，将V₁和V₂备份模块中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一；

所述运算单元一根据V₁和V₂值计算滑动变阻器的可变电阻值R_m；

所述R_m诊断模块判断运算单元一计算出的R_m值是否合理；当合理，将运算单元一计算出的R_m值输出给运算单元二；当不合理，将R_m备份模块中存储的上一次判断为合理的R_m值或者R_m默认模块预存的R_m默认值输出给运算单元二；

所述运算单元二根据R_m值计算油箱中燃油量Vol并输出给滤波器；

所述滤波器对所述Vol值进行滤波，并输出给仪表。

2.如权利要求1所述的车用油位传感器的实现方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，油箱中的浮子漂浮在燃油表面，跟随燃油容量的变化而改变在油箱中的高度，所述浮子带动滑动变阻器上的滑片改变位置；

第2步，滑动变阻器与电阻一串联的一端向ECU输出电压V₁，滑动变阻器的另一端向ECU输出电压V₂；

第3步，两个模数转换器分别对V₁、V₂进行模数转换并输出给V₁和V₂采样模块；

第4步，V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值，当出现下述情况的任何一种或多种，即认为不合理，否则即认为合理：

V-ΔV＜V₁；

V₁≤V₂；

V₂＝0；

所述0＜ΔV≤0.5伏；

当V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值合理，则将V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值输出给运算单元一，同时将该V₁和V₂值保存在V₁和V₂备份模块中；

当V₁和V₂诊断模块判断V₁和V₂采样模块中的V₁和V₂值不合理，则将V₁和V₂备份模块中存储的上一次判断为合理的V₁和V₂值输出给运算单元一；

第5步，运算单元一根据公式

计算滑动变阻器的可变电阻值R_m，其中R_c为电阻一的电阻值；

第6步，R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值，当0≤R_m≤R，即认为合理，否则即认为不合理：

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值合理，则将运算单元一计算出的R_m值输出给运算单元二，同时将该R_m值保存在R_m备份模块中；

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值不合理且持续时间小于第一阈值，则将R_m备份模块中存储的上一次判断为合理的R_m值输出给运算单元二；

当R_m诊断模块判断运算单元一计算的R_m值不合理且持续时间大于或等于第一阈值，则将R_m默认模块中预存的R_m默认值输出给运算单元二；

0＜第一阈值≤600秒；

第7步，运算单元二查表得到油箱中燃油量Vol并输出给滤波器；

第8步，滤波器对所述Vol值进行时间滤波，并输出给仪表；

第9步，仪表使用Vol值显示油箱中的燃油容量。

3.根据权利要求2所述的车用油位传感器的实现方法，其特征是，所述ΔV为0.5伏。

4.根据权利要求2所述的车用油位传感器的实现方法，其特征是，所述第一阈值为2秒。

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