CN102778268A - 间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种间接测量车用燃油量和耗量的综合测量系统，旨在提供一种能够连续检测、显示车辆剩余油量、实时油耗值、总油耗量和百公里油耗率，测量精度准确可靠的综合测量系统。本发明通过下述技术方案予以实现：信号变换组件(2)的激励源电路通过计算中心(4)和油量传感器组件(1)，将信号接收组件(3)采集到的当前油量数据信号预处理后将接收到的电容信号转换为标准电压值信号或电流值信号，经输入输出接口(5)进入计算中心(4)，再经计算中心(4)中的A/D模数转换器采样，同时还直接将ECU喷油脉冲信号送至计算中心中单片机，由解算程序软件把处理后的数据输出到显示单元或上传到上位机。

Description

间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统

技术领域

本发明涉及一种主要用于测量车辆油箱内汽油、柴油、酒精等液体剩余测量及车辆实时油耗的综合测量系统。

背景技术

一般现在车辆的剩余油量测量显示功能十分简单，一般是只能大致显示油量多少的模拟指针式仪表。如图6所示的传统车辆剩余油量测量系统，多采用接触式测量。现有技术中采用的测量系统，主要有浮子可变电阻式传感器和磁感应式传感器。而且大部分车辆油箱内油量的测量还是采用传统的浮子可变电阻式传感器方法。如丰田皇冠轿车使用的浮子可变电阻式液位传感器，它的油箱内有一根连接金属杆的浮子，金属杆的尾部经由一个可移动的接点连接到一个可变电阻滑动变阻器，并连接到仪表盘的油量表上。利用浮子将油面高度转换成浮子位移，当浮子滑动的时候让与浮子相连的指针在电阻器上移动，浮子位置的变化反映在可变电阻阻值的变化上，通过测量表具输出现存油量。由于在使用过程中，液体中的垃圾沉淀会对感应元件产生锈蚀破坏，表针指示油量有时偏多有时偏少，造成测量值不稳。如果电阻或电源不正常，表头供电不足、电阻变化不连续，电阻划片脱位、油浮被油侵蚀失去浮力都会发生显示不正常。加之浮子可变电阻式传感器活动部件多，如果有卡滞、活动轴孔偏小或太大、油箱不规则都会造成油浮子机械活动不畅，使油位传感器数据不准，测量精度不高，可靠性差，无法满足用户对测量精度和可靠性的要求。现有技术中的磁感应式液位传感器是一种利用磁场控制舌簧管内触点通断的原理，并在磁性开关电路的公共输入端的导线上串联一个电阻，并将磁性开关的常接点与公共输入端导线上电阻的输入端连通，靠电阻的变化来测量液位变化。这种传感器通常由树脂圆管制成的轴和可沿其上下移动的环状浮子组成。浮子内嵌有永磁铁的磁性浮子，在管状轴内装有强磁性材料制成的舌簧触点开关。通过浮子随液位升降，控制舌簧管内触点通断，经传动机构再转换成电刷在电阻上的相应位移，输出电阻信号，改变指示器中两个线圈的电流的比值，将被测量变化转换为输出信号，再和车辆上的油表相连显示出油箱剩余油量。这种液位传感器常见故障是浮子损坏、舌簧弹性丧失不能工作。

上述两种测量方法在路面颠簸、车辆起动、急停等状态下会出现油表指针摆动，影响燃油存量显示精度。而且对于车辆耗油率的测量，在传统的车辆上根本就不存在。而且不能实现连续精确测量油量和显示可行驶里程数剩余燃油量，也不具备瞬时耗油速率及百公里耗油速率的测量和加油量检测。

几乎所有的模拟式油量表都不能全量程线性显示，因此存在显示范围不能覆盖全量程同时显示不够准确的问题。

随着石油能源贮量的减少和需求扩大，燃油的价格愈来愈高，车辆上的剩油量信息和耗油率信息是否准确已成为驾车一族关注的焦点。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提出一种不受路面颠簸、坡度、车辆起动、急停的波动影响，尤其是能够连续检测、显示车辆剩余油量、实时油耗值、总油耗量和百公里油耗率，可对油箱是否出现漏油进行判断，燃油量、油耗量测量精度准确可靠的综合测量系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，主要包括，油量传感器组件、信号变换组件、信号接收组件、计算中心和输入输出接口，其特征在于，信号变换组件的激励源电路通过计算中心和油量传感器组件，将信号接收组件采集到的当前油量数据信号进行预处理后经输入输出接口进入计算中心，转换为送至仪表盘模拟表和数字显示器的油量信号，信号变换组件将接收到的电容信号转换为电压值信号或电流值信号，经计算中心中的A/D模数转换器采样，送至计算中心中单片机，由解算程序软件把油箱内油面的高度变化转换为燃油容量，输出到显示单元或上传到上位机，计算中心提供一个正弦波激励信号源给处理主板，计算并锁定当前加油量和存油量，同时还将ECU的喷油脉冲信号经输入输出接口直接输入到计算中心，由解算软件解算出瞬时燃油消耗速率和百公里油耗速率，同时将计算出的剩余油量、瞬时燃油消耗速率及百公里油耗速率等数据送给仪表盘上的油量指示器或液晶显示模块进行显示。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用无运动部件的测量传感器，利用电容式液位测量原理，将油箱内油面的高度变化转换为电容变化输出，经由信号变换组件转化为电压信号，并通过计算中心进行解算实现油箱剩余油量的测量。通过信号接收组件接收车辆发动机ECU喷油脉冲信号并输出到计算中心可以解算出发动机实时油耗量。通过上述油量和耗量测量相结合的方式，可实现加油量的连续检测和显示，可以计算出可行驶里程数、百公里耗油率、从某时间起的累积油耗量、新车自使用起的总油耗量，并可对油箱是否出现漏油进行判断。相比于现有技术对于油量的简单测量，其测量精度得到很大改善，且不受路面颠簸、车辆起动、急停的波动影响。试验结果表明，在随机振荡状态及连续颠簸路面环境下，该测量系统较之传统的测量系统具有更好的稳定性、可靠性及准确度。能够同时测量输出车辆燃油油箱中剩余油量、发动机瞬时耗油率及平均百公里耗油率、剩余燃油、可行驶里程数的燃油油量、百公里耗油率及加油量测量等功能，测量的信息更全面。使驾驶人员能够方便地实时掌握车载油量信息及余油可行驶里程数，及时补充燃油；在加油时能够了解所加油量多少，使加油更放心；提供的瞬时油耗及精确计量车辆的百公里油耗，记录车辆加油、耗油情况，及时提醒用户调整和发现引起油耗增加的其它故障，防止非法操作和公务车盗油现象发生，便于节约燃油，避免资源浪费，并提高交通安全。

油量传感器组件集成了介电常数传感器，从而使系统实现了燃油介电常数变化的修正，消除了燃油品质和牌号变化对测量精度的影响。

由于整个测量系统无运动部件，相比于现有的机械浮子电阻式油量测量，其可靠性可成倍提高。

整个测量系统在工作时，在燃油箱中，流经油量传感器和补偿传感器的电流仪有微安级，相比于工作面全部暴露在燃油中且工作电流为毫安级的浮子电阻式油量传感器，更加安全。

油量传感器组件含有多根电容式液位传感器和介电常数传感器，可在液面倾斜的情况下仍取得准确的测量结果；可修正被测对象变化带来的误差。

本发明耗量综合测量系统可应用于测量汽油、柴油、酒精、乙醇汽油和甲醇汽油等燃料，适合于油位、水位告警及给、排液等液体液位及容量自动控制等领域，特别适合在燃油中使用。能够精确测量每次加入到油箱的燃油量和瞬时油耗(L/min)、每百千米油耗(L/100km)、油箱剩余油量，提示可加油的数量。能够根据驾驶员的驾驶习惯提示油箱剩余油量的可行驶里程，对油箱是否出现漏油进行判断。设置有数据通信和存储，通过数据接口与外部仪器进行通讯或数据下载。采用数据保持技术，系统的数据能够长期保存，当油耗监控器断电或电压低于规定值时，所记录数据不会丢失。面向各种车辆，用于数字化记录车辆加油、耗油情况，可以防止盗油现象发生，避免资源浪费，并提高交通安全，加强运营管理的高科技产品。能够规范司机的驾驶行为，监视加油站或公务车驾驶人员的盗油现象，也可以检测车辆漏油故障，便于及时采取维修措施。精确计量司机在外加油情况，防止虚开发票。加油数量统计。可提供在设定期间内每次加油的燃油加油量，自动记录加油次数、时间、加油量。可查询任意时间内的加油记录，包括加油时间，加油数量。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

图1是本发明间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统结构框图。

图2是本发明间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统的主要结构示意图。

图3是本发明间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统的工作框图。

图4是图3的电路原理框图。

图5是本发明解算程序软件程序流程图。

图6是传统车用燃油测量系统结构示意图。

图中：1.油量传感器组件，2.信号变换组件，3.信号接收组件，4.计算中心，5.输入输出接口，6.油箱，7.油量表指针，8.点火开关，9.信号继电器，10.双金属片。

具体实施方式

参阅图1。在附图描述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统的最佳实施例中，所述综合测量系统主要包括，油量传感器组件1、ECU喷油脉冲信号、信号变换组件2、信号接收组件3、计算中心4和输入输出接口5。计算机解算系统中的计算中心4，分别电连接信号接收组件3、油量传感器组件1和串联信号变换组件2、计算中心4电连接输入输出接口5。油量传感器组件1将车辆油箱内液面高度转化为电容信号，并由信号变换组件2将此电容信号转换为电压信号并进行A/D转换后送至计算中心4，由计算中心4解算出油箱内的剩余油量；同时，输入输出接口5接收发动机的ECU喷油脉冲信号，传送到计算中心4，由计算中心4解算出发动机的实时油耗率。计算中心4含有存储元件，可对车辆的油量、秏量等使用数据进行存储，如车辆自使用时的累积油耗、自某一时间起的累积油耗等，并利用信号输出接口与外部进行通讯或用U盘进行下载。

油量传感器组件1由电连接激励源电路的油量传感器和补偿传感器组成，且油量传感器组件包含了介电常数补偿传感器和前级信号转换电路。

信号变换组件2由电连接油量传感器组件的A/D采样电路、A/D模数转换器、点火开关8、模拟指针式油量指示器的输出部件、处理信息的单片机组成。信号变换组件2上设有电容-电压变换电路。其中，油量传感器、补偿传感器、ECU喷油脉冲信号、里程表信号等作为信号变换组件的前端感受部件。前端感受部件把所测信号送到信号变换组件进行处理，经计算后得到瞬时的燃油消耗速率，通过采集到的里程表里程信息，获得瞬时耗油率和百公里耗油率，间接送给模拟指针式油量指示器和液晶显示模块。

参阅图2和图3。插入油箱6中的电容式油量传感器通过变换电路电连接双金属片10，双金属片10通过触点耦合位于下端的信号继电器9。信号继电器9通过点火开关8连通电源。双金属片10通过指针轴相连油量表指针7。变换电路经A/D模数转换器与计算机解算系统相连接。计算机解算系统将来自汽车秏量传感器、油量传感器和里程信号经过解算后得到各种数据，并通过与之相连的数字显示器将解算出的数据通过显示模块，给驾驶人员提供需要的各种数据。

信号变换组件2提供一个频率10kHz～25kHz，电压峰-峰值Vp-p为10V左右的正弦波激励信号源，通过电容式油量传感器和C/V信号转换电路后变为直流电压信号，该电压大小与传感器浸油高度成正比，再由A/D模数转换器进行采样，送单片机进行数据解算查表，得到油量数据，并送液晶显示模块进行显示。当油量低于设定值时。经C/V信号转换电路后的电压信号送给模拟指针式油量指示器进行油量指示。当收到加油信号的开关量后，单片机能够锁定当前油量，并实时计算当前加油量，通过液晶显示模块进行显示。

参阅图4。激励源电路通过油量传感器组件，将采集到的当前油量数据，经前级信号转换电路转换为电容信号并送至信号变换组件，信号变换组件将接收的电容信号转换为电压信号，经A/D模数转换器采样后送至信号变换组件中的单片机解算程序软件部件进行处理，将油箱内油面的高度变化转换为电容变化输出，并提供一个正弦波激励信号源，接收来自车辆发动机ECU喷油脉冲信号和里程表的信号，计算并锁定当前加油量和存油量或解算瞬时燃油消耗速率和百公里油耗速率，计算出剩余油量、瞬时燃油消耗速率及百公里油耗速率数据送给油量指示仪表油量指示器和液晶显示模块进行显示。

在图5中，信号变换组件2中的单片机解算程序软件部件，首先根据点火开关是否打开，进行加油量测量，当点火开关处于ON状态时，依次执行油量信号采集子程序、补偿信号采集子程序、查表计算子程序、秏量传感器信号采集子程序、转速里程表数据采集子程序、瞬时油耗计算子程序、百公里油耗计算子程序和显示子程序。当点火开关处于OFF状态时，自动保存所有数据。

Claims (6)

1.一种间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，主要包括，油量传感器组件(1)、信号变换组件(2)、信号接收组件(3)、计算中心(4)和输入输出接口(5)，其特征在于，信号变换组件(2)的激励源电路通过计算中心(4)和油量传感器组件(1)，将信号接收组件(3)采集到的当前油量数据信号进行预处理后经输入输出接口(5)进入计算中心，转换为送至仪表盘模拟表和数字显示器的油量信号，信号变换组件(2)将接收到的电容信号转换为电压值信号或电流值信号，经计算中心(4)中的A/D模数转换器采样，送至计算中心中单片机，由解算程序软件把油箱内油面的高度变化转换为燃油容量，输出到显示单元或上传到上位机，计算中心提供一个正弦波激励信号源给处理主板，计算并锁定当前加油量和存油量，同时还将ECU喷油脉冲信号直接输入到计算中心(4)，经解算程序解算出瞬时燃油消耗速率和百公里油耗速率，将计算出的剩余油量、瞬时燃油消耗速率及百公里油耗速率等数据送给仪表盘上的油量指示器或液晶显示模块进行显示。

2.根据权利要求1所述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，其特征在于，油量传感器组件(1)由电连接激励源电路的油量传感器和补偿传感器组成，且油量传感器组件包含了介电常数补偿传感器和前级信号转换电路，能够将检测到的电容信号进行转换。

3.根据权利要求1所述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，其特征在于，信号变换组件(2)上设有电容-电压变换电路，其中，油量传感器、补偿传感器、ECU喷油脉冲信号、数字里程表信号作为信号变换组件的前端感受部件，前端感受部件把所测信号送到信号变换组件进行处理，送给模拟指针式油量指示器进行显示，经计算后还能得到瞬时的燃油消耗速率。

4.根据权利要求3所述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，其特征在于，瞬时的燃油消耗速率，通过采集到的里程表里程信息，获得瞬时耗油率和百公里耗油率，送给液晶显示模块进行显示。

5.根据权利要求1所述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，其特征在于，信号变换组件(2)提供一个频率10kHz～25kHz，电压峰-峰值Vp-p为10V左右的正弦波激励信号源，通过电容式油量传感器和C/V信号转换电路后变为直流电压信号，该电压大小与传感器浸油高度成正比，再由A/D模数转换器进行采样，送单片机进行数据解算查表，得到油量数据，并送液晶显示模块进行显示。

6.根据权利要求书1所述的间接测量车用燃油油耗量的综合测量系统，其特征在于，计算中心(4)中的单片机解算程序软件部件，首先根据点火开关是否打开，进行加油量测量，当点火开关处于ON状态时，执行加油量测量子程序、加油量显示子程序、秏量检测子程序和其他数据运算、显示等；当点火开关处于OFF状态时，系统停机，数据自动保存。

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