CN108444573A - 车辆燃油计量校准系统 - Google Patents

Abstract

车辆燃油计量校准系统,属于燃油余量检测领域,用于解决现有因车辆行驶颠簸导致的燃油量检测准确性下降的问题，要点是包括振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、泄压阀、气泵、惰性气体罐、车载油温传感器，车辆挂载油箱安装气泵，所述的气泵连接惰性气体罐，所述的泄压阀安装在车辆挂载油箱，振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器均连接CAN总线，并由CAN总线连接至车辆ECU，且气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器安装在车辆挂载油箱的内部，效果是形成静止下的校准燃油液位校准，每次停止状态均被检测到，并校准一次燃油液位，使得燃油液位测量的准确性被提高。

Description

车辆燃油计量校准系统

技术领域

本发明属于燃油余量检测领域，涉及一种车辆燃油计量校准系统。

背景技术

目前，在国内外同类产品市场中，对车载油箱内燃油数量的测定，大都系采用浮子液位传感原理和指针指示的传统工艺，汽车的油箱油量检测通常是由水平检测器来完成的，当油箱储满燃油时，浮标动臂升起，将电位器的阻值调至最小或最大使油量计的指针作满标度的偏转；当油箱中的油量水平下降时，电阻器的阻值被调高或调低，流过系统回路的电流将随之变化，油量计的指针读数也变小。而采用如压电陶瓷超声波传感技术与数显技术来测量车载油箱内的燃油量，则会因车在行驶途中要出现无规则的剧烈振动，导致其测量的稳定性和可靠性变差，计量失准。即现有的测量方式，均存在因行驶振动导致的不能兼得实时而准确检测的问题。

发明内容

为了解决现有因车辆行驶颠簸导致的燃油量检测准确性下降的问题，本发明提出如下技术方案：

一种车辆燃油计量校准系统，包括振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、泄压阀、气泵、惰性气体罐、车载油温传感器，车辆挂载油箱安装气泵，所述的气泵连接惰性气体罐，所述的泄压阀安装在车辆挂载油箱，振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器均连接CAN总线，并由CAN总线连接至车辆ECU，且气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器安装在车辆挂载油箱的内部。

进一步的，用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车处于静止状态而通过其连接的CAN总线发出第一信号至ECU，ECU接收该第一信号并输出车辆挂载油箱内燃油体积的信号，且，气压传感器测量油箱内气压并通过其连接的CAN总线发出第二信号至ECU，ECU接收该第二信号并输出泄压指令至泄压阀，输出补压信号至连接惰性气体罐的气泵，所述的泄压阀用于车辆挂载油箱的泄压，所述微型气泵用于车辆挂载油箱的补压。

进一步的，所述的用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车行驶状态将实时采集的车辆挂载油箱内的气体压力信号，并通过其连接的CAN总线发出第三信号至ECU，并由该ECU输出该气体压力信号所表示的燃油损耗输出至CAN总线。

进一步的，燃油液位测量系统是由浮标控制的浮筒式电位器。

进一步的，所述浮筒式电位器与仪表板油量计串接。

进一步的，所述的振动速度传感器是CD-1型振动速度传感器，所述微型气泵是轴流压缩机。

有益效果：上述方案中，在燃油余量测量系统中，增加振动速度传感器，用以检测汽车行驶或停止状态，一旦由其检测到汽车处于停止状态，则重新启动燃油液位测量系统检测燃油液位，且使用气压传感器对油箱内压强测量，并使用微型气泵和惰性气体罐维持压强恒定，使得每一次汽车处于停止状态则重新在恒压下测量一次燃油液位，形成静止下的校准燃油液位校准，每次停止状态均被检测到，并校准一次燃油液位，使得燃油液位测量的准确性被提高。

另一方面，增加的气压传感器检测气体压强，由微型气泵和惰性气体罐维持油箱气体压强恒定，并在振动速度传感器检测到汽车处于行驶状态时，对压强变化实时监测以能够取得瞬时燃油消耗值。由上述，在车辆静止状态，校准得到准确剩余燃油液位，并在车辆行驶时，以油箱压强变化测量瞬时燃油消耗值，从而进一步提高燃油量检测的准确性。

附图说明

图1为结构示意框图；

图2为现有汽车的油箱油量检测系统；

图3为CD-1型振动速度传感器的结构图；

图4为轴流压缩机(气泵)的结构图；

图5为泄压阀的结构图；

图6为ECU电子控制单元内部组成方框图；

图7为流程图。

具体实施方式

本实施例中涉及的技术术语作出如下说明：

CAN是ControllerAreaNetwork的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议

ECU(ElectronicControlUnit)电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。

汽车的油箱油量检测通常是由水平检测器来完成的，即一个与仪表板油量计串接且由浮标控制的浮筒式电位器系统，当油箱储满燃油时，浮标动臂升起，将电位器的阻值调至最小或最大，使油量计(实际上是一只毫安表)的指针作满标度的偏转；当油箱中的油量水平下降时，电阻器的阻值被调高或调低，流过系统回路的电流将随之变化，油量计的指针读数也变小。对于该种检测方案，在车辆行驶途过程中，因为路况不可预测出现的无规则的剧烈振动导致测量的稳定性和可靠性变差，计量失准，进一步的，也无法实时向驾驶者反应车辆的准确度较高的真正液位油量。为此，本实施例提供一种车载燃油计量校准系统，该计量校准系统通过增加振动速度传感器，用以检测汽车行驶或停止状态，一旦由其检测到汽车处于停止状态，则重新启动燃油液位测量系统检测燃油液位，且使用气压传感器对油箱内压强测量，并使用微型气泵和惰性气体罐维持压强恒定，使得每一次汽车处于停止状态则重新在恒压下测量一次燃油液位，形成静止下的校准燃油液位校准，每次停止状态均被检测到，并校准一次燃油液位，使得燃油液位测量的准确性被提高。

而进一步的，其采用惰性气体与气压传感器，并通过车载油箱内气体压强变化计算瞬时燃油消耗值，再通过微电脑电子电路将校准值通过车载CAN总线传回ECU，辅助车辆ECU正确判断车辆实时燃油数量，为驾驶者提供更加精准的信息。

以下对上述方案作出详细说明：一种车辆燃油计量校准系统，包括振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、泄压阀、气泵、惰性气体罐、车载油温传感器，车辆挂载油箱安装气泵，所述的气泵连接惰性气体罐，所述的泄压阀安装在车辆挂载油箱，振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器均连接CAN总线，并由CAN总线连接至车辆ECU，且气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器安装在车辆挂载油箱的内部。

用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车处于静止状态而通过其连接的CAN总线发出第一信号至ECU，ECU接收该第一信号并输出车辆挂载油箱内燃油体积的信号，且，气压传感器测量油箱内气压并通过其连接的CAN总线发出第二信号至ECU，ECU接收该第二信号并输出泄压至微型气泵，输出补压信号至惰性气体罐，所述的微型气泵用于车辆挂载油箱的泄压，所述惰性气体罐用于车辆挂载油箱的补压。所述车载油温传感器用于在振动速度传感器检测为行驶状态而实时采集油箱内燃油的温度信号，通过其连接的CAN总线发出第四信号至ECU。

所述的用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车行驶状态将实时采集的车辆挂载油箱内的气体压强信号，并通过其连接的CAN总线发出第三信号至ECU，并由该ECU输出该气体压强信号所表示的燃油损耗输出至CAN总线。燃油液位测量系统是由浮标控制的浮筒式电位器。所述浮筒式电位器与仪表板油量计串接。所述的振动速度传感器是CD-1型振动速度传感器，所述微型气泵是轴流压缩机。其中，振动速度传感器、轴流压缩机、泄压阀、ECU电子控制单元均为现有技术中常规的器件。上述方案已经解决了对于所需计算瞬时油量的数据采集问题。下面将详细介绍该系统校准的过程及原理。

汽车油箱里装载的是易燃易爆的成品油，当油箱里的油气与空气混合，并达到一定的含氧量后，极易发生爆炸事故，因此选用气泵与惰性气体的设备组合，降低油箱内大气的含量，使邮箱内的油气含氧量不超过8％(以体积计)，并保持正压状态。当振动速度传感器感应到汽车停止行驶并处于静止稳定状态时，其通过CAN总线访问车辆ECU获得车辆挂载油箱内燃油的精准余量，计算出车载油箱燃油空余空间体积，配合气压传感器测量油箱内的气压，并通过气泵泄压或补压惰性气体，使得车辆油箱内油气以及惰性气体混合气体保持恒定压强。气压恒定过程结束，检查油箱的气密性，无安全隐患后关闭气泵，油箱进入密闭模式。气压传感器持续工作。当车辆开始正常行驶，由于发动机实时消耗燃油，密闭油箱内油量液位发生变化，随之油气及惰性气体混合气体压强持续变化，并由气压传感器实时采集油箱内气体压强，通过CAN总线返回车辆ECU，ECU计算得出车辆瞬时耗油量，并与车辆静止时由燃油液位测量系统测得精确的燃油余量做运算，实时校准车辆燃油计量数据，从而克服车辆行驶途过程中，因为路况不可预测出现的无规则的剧烈振动导致测量的稳定性和可靠性变差，计量失准的技术问题。

包括如下步骤：、

S1车载振动速度传感器实时测量车辆振动幅度,实时数据传回车载ECU，判断车辆行驶状况，是静止状态还是行驶状态。

S2当车辆停止行驶或者相对静止时，读取车载燃油测量系统当时的燃油计量数据。(数据稳定，误差较小)。

S3当汽车处于静止或者相对静止时，满足燃油计量系统采集相对稳定液位时，结束当前校准阶段。

S4新的校准阶段准备工作，测量油箱内混合气体的气体压强，与标准压强对比，车载ECU处理数据相应开启泄压阀泄压或者开启连接存储惰性气体气罐的气泵加压，排除温度，海拔等会对气体压强造成干扰的因素。

S5新的校准阶段开始，关闭气泵气阀，密闭油箱压强恒定，气压传感器实时传输压强变化数据至车载ECU。

S6车载ECU根据油箱内混合气体压强变化情况计算实时燃油消耗量，并与燃油计量数据进行校准，提高燃油计量精度。

S7返回S2循环

上述步骤S6由气体压强计算实时燃油消耗量的方法如下：

1.克拉伯龙方程

克拉伯龙方程描述的是单物质在一阶相变相平衡时候物理量的变化方程。即定量分析单物质在摩尔数相同时物质体积(V)、温度(T)、压强(P)的关系

克拉伯龙方程PV＝nRT

p：压强，单位Pa；V：体积，单位立方米；n：气体物质的量(摩尔数)，单位mol；R：气体常数＝8.314J·mol-1·K-1；T：热力学温度，单位K.；所有气体R值均相同。

如果压强、温度和体积都采用国际单位(SI)，R＝8.314帕·米3/摩尔·K。

如果压强为大气压，体积为升，则R＝0.0814大气压·升/摩尔·K，R为常数。该方程叫做理想气体状态方程：pV＝nRT。已知标准状况下，1mol理想气体的体积约为22.4L，把p＝101325Pa，T＝273.15K，n＝1mol，V＝22.4L代进去，得到R约为8.314帕·升/摩尔·K。

推广公式：

1)P1V1/n1T1＝P2V2/n2T2＝R

2)n一定P1V1/T1＝P2V2/T2＝nR

3)nT一定P1V1＝P2V2＝nRT

4)nP一定V1/T1＝V2/T2＝nR/P

5)nV一定P1/T1＝P2/T2＝nR/V

2.相平衡

相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如:溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。一个系统可以是多组分的并含有许多相。当相与相间达到物理的和化学的平衡时，则称系统达到了相平衡。相平衡的热力学条件是各相的温度和压强相等，任一组分在各相的化学势相等。

体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用Φ表示。气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。液体：按互溶程度可组成一相、两相或三相共存。

2.1相平衡条件

在一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有个相体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件:

(1)热平衡条件:：设体系有α、β、‥‥‥、Φ个相，达到平衡时，各相具有相同温度

Tα＝Tβ＝‥‥‥＝TΦ

(2)压强平衡条件:：达到平衡时各相的压强相等

pα＝pβ＝‥‥‥＝pΦ

(3)相平衡条件：任一物质B在各相中的化学势相等，相变达到平衡

μBα＝μBβ＝‥‥‥＝μBΦ

(4)化学平衡条件：化学变化达到平衡

ΣνBμB＝0[1]

3.气液平衡

化工热力学研究的两相系统的平衡，有气液平衡、气固平衡、汽液平衡、汽固平衡、液液平衡、液固平衡和固固平衡；相数多于二的系统，有气液固平衡、汽液液平衡等。系统处于相平衡状态时，各相的温度、压强都相同。

气液平衡vapour-liquidequilibrium又称汽液平衡。是由n个组分的混合物构成一个封闭系统，并有气-液两相共存，一定的温度和压强下，两相达到平衡时，各组分在汽液两相中的化学位趋于相等。或运用逸度更为方便：在混合物中i组分在气相和液相中的逸度相等，称气液平衡。

在不同的温度、压强和组成条件下，挥发性的液体混合物(或单组分物质)与它的蒸气所构成的汽液系统达到极限状态。此时，各组分在汽、液相间从汽相向液相和从液相向汽相的传质速度相等，传质的净速度为零；表现在宏观上即为混合物(或单组分物质)在液相或汽相中其各组分的浓度恒定不变，达到汽液平衡。改变系统的温度、压强或组成条件，系统就会达到新的汽液平衡。

气液两相接触，气体溶解在液体中，造成一定的溶解度；溶于液体中的气体，作为溶质，必然产生一定的分压。当溶质产生的分压和气相中该气体的分压相等时，达到气液平衡。相平衡的建立，标志着传质达到极限，吸收过程也就停止。它是控制吸收系统操作的一个重要因素。对于大多数气体的稀溶液，气液间的平衡关系可用亨利定律表示。

4.系统流程

以油箱内气液平衡为先提条件，利用克拉伯龙方程得出

其中L是相变潜热，Δv是体积的变化，dP是压强的变化，dT是温度的变化，T是温度。

将气压传感器所获取的油箱内混合气体压强变化值实时传入车载ECU，带入克拉伯龙方程，再利用车载油温传感器获得油箱内油气混合气体温度值带入校准温度导致的误差，进一步精确的得出油箱内压强变化值所对应的液体体积变化值，从而精准计算实时燃油消耗值，为车载燃油计量系统提供实时的，抗干扰能力更强，更加精准的燃油计量校准服务。

车辆行驶途过程中，因为路况不可预测出现的无规则的剧烈振动。液面会发生不规则形变，液面高度随之无规律变化。虽然油箱内液面发生无规律变化时，但密闭容器内，无论液体发生何种形变，当总容积不变，燃油体积不变时，空余部分中，油气及惰性气体混合气体的总体积也不变，气体压强不变。所以只要保证发生改变造成误差的部分，不与负责采集数据的传感器直接接触，间接的是不会对由气压传感器采集数据计算出的燃油消耗值造成干扰，从而尽可能的减少误差的产生，解决计量失准的技术问题。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车辆燃油计量校准系统，其特征在于，包括振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、泄压阀、气泵、惰性气体罐、车载油温传感器，车辆挂载油箱安装气泵，所述的气泵连接惰性气体罐，所述的泄压阀安装在车辆挂载油箱，振动速度传感器、气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器均连接CAN总线，并由CAN总线连接至车辆ECU，且气压传感器、燃油液位测量系统、车载油温传感器安装在车辆挂载油箱的内部。

2.如权利要求1所述的车辆燃油计量校准系统，其特征在于，用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车处于静止状态而通过其连接的CAN总线发出第一信号至ECU，ECU接收该第一信号并输出车辆挂载油箱内燃油体积的信号，且，气压传感器测量油箱内气压并通过其连接的CAN总线发出第二信号至ECU，ECU接收该第二信号并输出泄压指令至泄压阀，输出补压信号至连接惰性气体罐的气泵，所述的泄压阀用于车辆挂载油箱的泄压，所述微型气泵用于车辆挂载油箱的补压。

3.如权利要求1所述的车辆燃油计量校准系统，其特征在于，所述的用于检测汽车静止状态的振动速度传感器，于汽车行驶状态将实时采集的车辆挂载油箱内的气体压力信号，并通过其连接的CAN总线发出第三信号至ECU，并由该ECU输出该气体压力信号所表示的燃油损耗输出至CAN总线。

4.如权利要求1所述的车辆燃油计量校准系统，其特征在于，燃油液位测量系统是由浮标控制的浮筒式电位器。

5.如权利要求4所述的车辆燃油计量校准系统，其特征在于，所述浮筒式电位器与仪表板油量计串接。

6.如权利要求1所述的车辆燃油计量校准系统，其特征在于，所述的振动速度传感器是CD-1型振动速度传感器，所述气泵是轴流压缩机。