CN201173798Y - 电喷汽车油耗测量装置及电喷汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电喷汽车油耗测量装置100，包括：与车载诊断系统OBD诊断接口相匹配，并满足OBD通讯协议标准的外部接口电路102；通过该外部接口电路102提取汽车动态数据，以实时计算汽车性能参数的处理单元101；以及，显示单元105和/或存储和/或发送处理单元101已获得的汽车性能参数的扩展单元103。本实用新型还公开了一种电喷汽车10。本实用新型公开的装置在使用中不需要对车辆原有电路进行改造，便于实现且不会造成车辆的安全隐患；通过本实用新型公开的装置的使用，能够获取车辆的瞬时油耗等参数，便于实时对车辆驾驶方式加以控制调整，以达到减少燃油消耗、降低排放的目的。

Description

电喷汽车油耗测量装置及电喷汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车电子技术以及计算机通信领域，尤其涉及一种电喷汽车油耗测量装置及一种电喷汽车。

背景技术

汽车油耗是用以评价汽车技术状况与维修质量的综合参数以及诊断和分析汽车故障的重要参考，同时也和环保要求以及消费者利益密切相关。影响汽车油耗的因素主要包括：车辆的技术状况、道路条件以及气候、车辆载重等；此外，即使在上述客观条件相同的情况下，驾驶方式、技术水平的不同，油耗也可能相差20％～40％。因此，如果使用者能够准确了解车辆的油耗，特别是实时了解车辆的瞬时油耗，不但有利于迅速发现车辆存在的问题，还有利于及时改变驾驶方式以提高燃料的经济性。

目前，汽车出厂时一般都提供有百公里油耗参数，但该油耗参数仅仅是理想状况下的参考值，无法给予使用者真实准确的指导。

为了解决这一问题，业界进行了广泛的尝试，传统采取的技术方案除实验室内采用的碳平衡法外，主要从以下三个方面加以考虑：

1、在燃油回路中加装流量计进行测量，这种方法很难用于采用燃油回流方式的电喷车，因为需要同时测量供油流量和回流流量。其缺陷在于增加了测量装置的复杂程度和装置的造价，同时，燃油回路中所加装的附加装置(流量计)必然影响车辆原设计指标；

2、满箱加油法，这种方法是记住前后两次加满油箱的加油量，根据加油量和车辆行走距离来计算平均燃油消耗量。其缺陷在于精确度不高，且无法了解车辆的瞬时油耗特性；

3、在车辆原有电路中加装附加信号处理电路，这种方法通过在车辆原有电路中并接采样、整形等信号处理电路，直接采集车辆的传感信号量(如车速)和控制信号量(如喷油脉宽)，从而计算车辆的瞬时油耗等参数。例如，申请号为03139937.1的中国发明专利申请“汽车耗油量的测量方法及其装置”，公开了一种包括加装喷油器控制信号采集电路11和速度传感器信号采集电路12在内的装置；再例如，专利号为02212750.X的中国实用新型专利“一种汽车油耗表”，公开了一种油耗表，其通过附加的逻辑电路从电喷系统ECU的控制线上读取数据并进行处理，从而获得控制信号。这一类加装电子回路的测量装置，其特点是实时性好，并能够满足精确测量油耗的要求。但是，该方案必须对车辆的原有电路进行改装，添加信号处理电路，因此改变了车辆的原有电路特性，同时对车辆的安全性有一定的影响，例如直接并接到车辆喷油嘴控制线处以采集喷油脉宽的电路，由于车辆原有喷油控制电路具有高电压和大电流的特点，极易导致车辆自燃。

可以看出，传统的方案或者是存在无法实时测量瞬时油耗的问题，或者是需要对现有的汽车电路加以改装，实施难度大且降低车辆安全系数，因此，目前尚无能够简便、精确且安全地对汽车油耗等参数进行测量的技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种电喷汽车油耗测量装置，以简便、精确且安全地实时获取汽车性能参数。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电喷汽车油耗测量装置，包括：

与车载诊断系统(0n-Board Diagnostics，简称OBD)诊断接口相匹配，并满足OBD通讯协议标准的外部接口电路；

通过该外部接口电路提取汽车动态数据，以实时计算汽车性能参数的处理单元；以及

与该处理单元连接的显示单元，和/或，与处理单元连接的、存储和/或发送处理单元已获得的汽车性能参数的扩展单元。

本实用新型的实施例还提供了一种电喷汽车，包括车载OBD和OBD诊断接口，还包括上述的电喷汽车油耗测量装置；该电喷汽车油耗测量装置通过外部接口电路，经OBD诊断接口与车载OBD通信连接。

由上述技术方案可知，本实用新型利用车辆所配备的标准OBD诊断接口，通过标准的通讯协议提取车辆动态数据的方法，以及，经计算获得车辆的瞬时油耗等性能参数，具有以下有益效果：

1、不需要对车辆原有电路进行改造，便于实现；

2、不会造成车辆的安全隐患；

3、能够获取车辆的瞬时油耗等参数，便于实时对车辆加以控制调整。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置一实施例的框图；

图2为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置另一实施例的框图；

图3为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置中，控制单元一实施例的框图；

图4为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置中，扩展单元一实施例的框图；

图5为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置中，扩展单元的工作流程图；

图6为扩展单元中通信接口所传送的报文格式示意图；

图7为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置又一实施例的框图；

图8为本实用新型所提供的电喷汽车一实施例的框图；

图9为本实用新型所提供的电喷汽车另一实施例的框图。

具体实施方式

为了克服现有技术中汽车油耗测量所存在的缺陷，本实用新型利用计算机通信的方式，通过标准的OBD诊断接口，采用一定的标准通信协议提取车辆动态信号，并计算得出车辆性能参数，既无需进行车辆改装，又能够提供较为精确的性能指标。

请参见图1，为本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置100的一实施例框图，该电喷汽车油耗测量装置100通过车载OBD诊断接口200与车载OBD系统通信连接，包括：

与OBD诊断接口200相匹配，并满足OBD通讯协议标准的外部接口电路102，

通过该外部接口电路102，提取汽车动态数据，以实时计算汽车性能参数的处理单元101；以及

与处理单元101连接的显示单元105。

其中，通过外部接口电路102提取的汽车动态数据实际上是利用OBD系统从车载电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)获得的动态数据，该ECU包括发动机ECU、刹车ECU、传动ECU等，其工作状态由OBD系统监控，因此，处理单元101通过外部接口电路102与OBD诊断接口通信连接，从而提取OBD系统所采集的车辆动态状况参数和故障码。可以看出，处理单元101通过外部接口电路102，利用OBD诊断接口200的数据通信线提取车辆动态数据流(例如，间隔100ms)和故障代码等信息，这种车辆动态数据的采集方案利用了OBD诊断接口，因而无需改动原有车辆电路，从而不会对车辆的安全性造成威胁，且便于应用。

图1所示实施例中，可以实时显示汽车动态数据和性能参数。作为替代的，请结合图2，提供了另外一种电喷汽车油耗测量装置100的实施例，包括：

与OBD诊断接口200相匹配，并满足OBD通讯协议标准的外部接口电路102，

通过该外部接口电路102，提取汽车动态数据，以实时计算汽车性能参数的处理单元101；以及

与处理单元101连接的、存储和/或发送处理单元101已获得的汽车性能参数的扩展单元103。其中，处理单元101已获得的汽车性能参数包括其实时提取的参数和计算获得的汽车性能参数。

通过该扩展单元103的存储功能，不仅可以将所显示的数据记录在可移动储存媒体中以备对车辆行驶路线和燃料消耗进行统计，也可以对车辆发生故障状态以及维护进行记录；通过该扩展单元103的发送功能，可以将车辆动态数据上传至远程网络服务器，不仅可以对车辆的污染排放、超速行驶等进行实时监控，同时还可以为发生事故时车辆的状态加以判断，免去在路段上架设监控设备的成本，也可为维修站点进行故障维修提供参考数据。

更佳的，是电喷汽车油耗测量装置中同时包括外部接口电路102、处理单元101、显示单元105以及扩展单元103。

无论采用上述何种实施方式，都是在提取汽车动态数据的基础上，由处理单元101对动态数据流进行运算处理，从而得出车辆瞬时油耗、百公里平均燃油消耗、剩余燃油可行使距离等数据。

为了实现上述瞬时油耗的运算功能，处理单元101可以包括：

保存油耗系数K的K值保存模块1011，该K值是由所属车辆的性能唯一确定的；

与外部接口电路(102)连接的动态数据接收模块1012，其用于接收汽车动态数据，包括动态数据流和故障代码，该动态数据流中包含t时刻发动机转速Rt以及t时刻喷油嘴喷油时间INJt等；

分别与K值保存单元1011以及动态数据接收单元1012连接的瞬时油耗计算模块1013，依据Rt、INJt以及喷油嘴迟滞时间INJd，按照公式q(t)＝K×Rt×(INJt-INJd)可计算出t时刻的瞬时油耗q(t)。

在获得瞬时油耗q(t)后，驾驶者即可实时了解所驾驶车辆的瞬时油耗与车速的关系，从而对驾驶方式或者路线加以调整，达到节省燃油的目的。

但是，由于现有技术中的K值一般都需要进行多次的、长距离的测量得到，且并不能准确反应一个车辆的实际情况。因此，较佳的技术方案为处理单元101还包括测算油耗系数的K值测算模块1014，其与动态数据接收模块1012连接以获取动态数据。在本电喷汽车油耗测量装置100第一次上电时，或者在车辆每运行一定时间后，可由驾驶者手动触发该K值测算模块1014，并由该K值测算模块1014监控发动机达到充分预热条件(如热车温度达到90℃)和最小负荷条件时，根据该时刻动态数据接收模块1012采集的发动机参数计算汽车的K值并将计算得到的K值发送给K值保存模块1011。

K值测算模块1014所依据的计算公式为 $K=\frac{\mathrm{MAF}}{\mathrm{AFR}\×D\×(\mathrm{INJi}-\mathrm{INJd})\×\mathrm{Ri}};$ 其中，D(density)为燃油密度参数，其它参数为所述条件下所提取的动态数据，包括：空气质量流量参数MAF(Mass Air flow)(单位为g/s)，空气燃油混合比参数AFR(Air-Fuel Ratio)，喷油嘴喷油时间参数INJi(单位为ms)，发动机转速参数Ri(单位为r/min)。

具体的，AFR的取值为13.0～17.0之间。原则上，现有装备有OBD的低排放车辆，为了减少有害气体排放，其发动机的进气量与喷油量之比在理想AFR值(AFR＝14.7)基础上，依据最少排放、最经济燃油等条件进行修正的；D的取值为0.72～0.76之间，93号汽油在摄氏20度的情况下，其取值可以为0.73。

因此，在采用K值测算模块1014的方案中，车辆瞬时油耗的计算公式为 $q\left(t\right)=\frac{\mathrm{MAF}}{\mathrm{AFR}\×D}\×\frac{\mathrm{Rt}}{\mathrm{Ri}}\×\frac{\mathrm{INJt}-\mathrm{INJd}}{\mathrm{INJi}-\mathrm{INJd}}.$ 根据现有标准低排放发动机工作原理，其初期设定时，AFR的具体取值为15.3，用户也可手动更改。可见在本技术方案中，K值测算的初期设置简单，无需进行反复的长距离测量便可工作。

在瞬时油耗的基础上，处理单元101还可以通过以下公式计算相关的汽车性能参数，包括：

到计算时刻t的油耗量Q；

行驶里程S；

平均油耗Q/S等等。

由于计算上述性能参数需要时间参量的参与，而不同于采用附加电路时相关参量必然在指定周期内到达的情况，通过OBD诊断接口提取数据时，有可能产生数据丢失的问题。比如，按照设定应该30ms内由OBD诊断接口200获取一次汽车动态数据，但如果此时OBD系统正处理其他参量或车载网络通讯繁忙而无法响应本电喷汽车油耗测量装置100的数据请求时，则很可能滞后返回相应数据，如在70ms后返回相应数据，当然该数据对应的是70ms时的汽车动态情况。这也就意味着，处理单元101不能简单的套用设定的周期进行汽车性能参数的计算。因此，较佳的实施方案为电喷汽车油耗测量装置100还包括：与处理单元101连接的、用于检测提取数据的时间间隔T的外部时钟单元104。

则，为了实现上述油耗量Q的运算功能，处理单元101还可以包括与瞬时油耗计算模块1013连接的油耗计算模块1015，其与外部时钟单元104连接，用于根据计算到t时刻的油耗Q为Q＝Q(0)+T·q(Z)。具体的，t时刻燃油消耗量Q＝∫q(t)dt，经傅立叶变换和Z变换后得到Q＝Q(Z)＝Q(0)+T·q(Z)；Q(0)为到t前一次计算时刻的油耗，T为时间间隔，q(Z)为计算时刻燃油消耗率，采用离散量瞬时油耗代入，即取值q(t)。

以及，为了实现上述平均油耗的运算功能，处理单元101还包括与动态数据接收模块1012连接的里程计算模块1016，其与所述外部时钟单元104连接，用于根据计算到t时刻的里程S为S＝S(0)+T·v(Z)。具体的，里程S＝∫v(t)dt，经傅立叶变换和Z变换后得到S＝S(Z)＝S(0)+T·v(Z)；S(0)为到t前一次计算时刻的里程，T为时间间隔，v(Z)为计算时刻的车速，采用离散量车速代入，即取值为计算时刻采集的车速v(t)；以及，计算到t时刻平均油耗的平均油耗计算模块(1017)，其分别与所述油耗计算模块(1015)和里程计算模块(1016)连接。

此外，在电喷汽车油耗测量装置100提供有显示单元105的情况下，本装置100所采集和计算得到的数据可加以实时显示。由于处理单元101可从OBD系统获取汽车的工作状况，为了减少对车辆电池的消耗，该处理单元101根据发动机工作状态控制对显示单元105的数据输出和电力供应，比如，在发动机停止工作即车辆熄火一定时间后(设定为65s)，切断对显示单元105的电力供应和数据输出；以及，在发动机启动时接通对显示单元105的数据输出和电力供应。其中，电力供应可由车载电源通过OBD诊断接口200提供。具体的，可通过处理单元101所包括的显示控制模块1018加以实现，该显示控制模块1018与动态数据接收模块1012以及显示单元105连接，用于根据发动机工作状态控制对所述显示单元105的数据输出和电力供应。

如图3所示，显示了本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置100中，一处理单元101的组成框图。

对于扩展单元103而言，请参考图4，可以包括：

与处理单元101连接的通信接口1031；

通过通信接口1031连接到处理单元101的性能参数处理模块1032；

分别与性能参数处理模块1032连接的存储模块1033和/或向远程控制中心20发送性能参数发送模块1034。

其中，性能参数处理模块1032通过通信接口1031从处理单元101取得数据，作为服务器直接处理，相应发送给存储模块1033或者发送模块1034。该扩展单元103的工作流程如图5所示，采用存储和/或发送模块的模块化实现方案，可灵活应对不同用户的需求，对个人用户起到行车记录仪的作用，对车辆管理中心起到行车记录移动终端的作用。

具体的，通信接口1031一般采用TTL串行接口电路，与处理单元101共用主电源，该主电源为车载电源，并按照一定的扩展协议与处理单元101进行数据传输。作为一个具体实施例，该通信接口的参数如下：

波特率：14400bps；

数据位：8；

校验位：无；

停止位：1；

接口约定；

一帧数据中字节之间的间隔时间T1：0＜T1＜2ms；

主机发送每帧之间的时间间隔T2；

无故障时T2＜250ms；

有故障进T2＜130ms。

通过该通信接口1031传送的报文格式如图6所示，其格式说明如表1所示：

表1

性能参数处理模块1032作为服务器直接处理数据，并按照一定的时间间隔(如200ms)相应调用存储模块1033和/或发送模块1034。

存储模块1033为本地存储器，可以包括CF(Compact Flash)/MMC(Multi-Media Card)/SD(Secure Digital Memory Card)/硬盘等等，存储格式可以为文本(TXT)或者表格(CSV)等等；

发送模块1034为无线数传终端，包括内置TCP/IP(传输控制协议/网际协议)协议的GPRS(General Packet Radio Service，通用无线分组业务)/CDMA(Code-Division Multiple Access，码分多址)数传终端，用于将数据发送至指定的远程服务器。

在实际生产中，可以将外部接口电路102、处理单元101作为电喷汽车油耗测量装置100本体实现，而扩展单元103可插拔的连接到扩展单元(103)上，实现与处理单元(101)的连接。

在上述实施例的基础上，电喷汽车油耗测量装置100还可包括：与处理单元101连接的、用于手动操作的参数设置单元106，如键盘。优选的，K值测算模块1014即可由该参数设置单元106触发。

如图7所示，显示了本实用新型所提供的电喷汽车油耗测量装置100一较佳实施例的框图。

本实用新型还提供了一种电喷汽车10，如图8所示，包括车载OBD 300和OBD诊断接口200，还包括上述的电喷汽车油耗测量装置100，该电喷汽车油耗测量装置100通过外部接口电路102，经OBD诊断接口200与车载OBD 300通信连接。本领域技术人员可以理解，电喷汽车10的其它部件因与本实用新型的改进无关，因此未予显示。

较佳的，还包括车载电源400，电喷汽车油耗测量装置100通过OBD诊断接口200从车载电源400获取电力供应。一般而言，车载电源为12V电源，而电喷汽车油耗测量装置100所需要的电源为5V，因此电喷汽车油耗测量装置100的OBD接口电路102需要进行电源转换。

本领域技术人员可以理解，如果该电喷汽车油耗测量装置100自带电力供应装置也能够完成测量任务，但是相对于使用车载电源，则显得较为笨重，同时也造成了不必要的设计和制造的浪费。

优选的，电喷汽车油耗测量装置100与OBD诊断接口200可插拔式连接，当需要进行汽车油耗监控时，将该电喷汽车油耗测量装置100连接到OBD诊断接口200即可，无需改装原有的汽车电路，不会造成安全隐患。

进一步的，电喷汽车10通过电喷汽车油耗测量装置100发送的性能参数可由远程控制中心20统一接收处理，如图9所示。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，包括：

与车载诊断系统OBD诊断接口相匹配，并满足OBD通讯协议标准的外部接口电路(102)；

通过所述外部接口电路(102)提取汽车动态数据，以实时计算汽车性能参数的处理单元(101)；以及

与所述处理单元(101)连接的显示单元(105)，和/或，与所述处理单元(101)连接的、存储和/或发送处理单元(101)已获得的汽车性能参数的扩展单元(103)。

2.根据权利要求1所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述处理单元(101)包括：

保存油耗系数K的K值保存模块(1011)；

与所述外部接口电路(102)连接的动态数据接收模块(1012)，其接收汽车动态数据，包括t时刻发动机转速Rt以及t时刻喷油嘴喷油时间INJt；

分别与所述K值保存单元(1011)以及动态数据接收单元(1012)连接的瞬时油耗计算模块(1013)，其计算t时刻的瞬时油耗q(t)为q(t)＝K×Rt×(INJt-INJd)，其中，INJd为喷油嘴迟滞时间。

3.根据权利要求2所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述处理单元(101)还包括在一定预热和负荷条件下计算所述汽车油耗系数K值为 $K=\frac{\mathrm{MAF}}{\mathrm{AFR}\×D\×(\mathrm{INJi}-\mathrm{INJd})\×\mathrm{Ri}}$ 的K值测算模块(1014)，其中，D为燃油密度参数，其它参数为所述条件下提取的动态数据，包括：空气质量流量参数MAF，空气燃油混合比参数AFR，喷油嘴喷油时间参数INJi，发动机转速参数Ri；所述K值测算模块(1014)与所述动态数据接收模块(1012)连接以获取动态数据，与所述K值保存单元(1011)连接以发送计算获得的K值。

4.根据权利要求2或3所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述电喷汽车油耗测量装置还包括：与所述处理单元(101)连接的、用于检测提取数据的时间间隔T的外部时钟单元(104)；

则，所述处理单元(101)还包括计算到t时刻的油耗Q为Q＝Q(0)+T·q(Z)的油耗计算模块(1015)，其中，Q(0)为到前一次提取数据时所计算的油耗，T为提取数据的时间间隔，q(Z)取值为q(t)；所述油耗计算模块(1015)与所述瞬时油耗计算模块(1013)连接以提取q(t)，与所述外部时钟单元(104)连接以计测T。

5.根据权利要求4所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所所述处理单元(101)还包括计算到t时刻的里程S为S＝S(0)+T·v(Z)的里程计算模块(1016)以及计算到t时刻平均油耗的平均油耗计算模块(1017)；其中，S(0)为到前一次提取数据时所计算的里程，T为提取数据的时间间隔，v(Z)取值为v(t)；所述里程计算模块(1016)与所述动态数据接收模块(1012)连接以提取v(t)，与所述外部时钟单元(104)连接以计测T；所述平均油耗计算模块(1017)分别与所述油耗计算模块(1015)和里程计算模块(1016)连接。

6.根据权利要求2或3所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述处理单元(101)还包括显示控制模块(1018)，所述显示控制模块(1018)与所述动态数据接收模块(1012)以及所述显示单元(105)连接，用于根据发动机工作状态控制对所述显示单元(105)的数据输出和电力供应。

7.根据权利要求1所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述电喷汽车油耗测量装置还包括：与所述处理单元(101)连接的、用于手动操作的参数设置单元(106)。

8.根据权利要求1所述的电喷汽车油耗测量装置，其特征在于，所述扩展单元(103)包括：

与所述处理单元(101)连接的通信接口(1031)；

通过所述通信接口(1031)连接到所述处理单元(101)的性能参数处理模块(1032)；

分别与所述性能参数处理模块(1032)连接的存储模块(1033)和/或向远程控制中心发送性能参数的发送模块(1034)。

9.一种电喷汽车，包括车载OBD(300)和OBD诊断接口(200)，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一所述的电喷汽车油耗测量装置(100)，所述电喷汽车油耗测量装置(100)通过外部接口电路(102)，经OBD诊断接口(200)与所述车载OBD(300)通信连接。

10.根据权利要求9所述的电喷汽车，其特征在于，还包括通过OBD诊断接口(200)为电喷汽车油耗测量装置(100)提供电力供应的车载电源(400)。

11.根据权利要求9或10所述的电喷汽车，其特征在于，所述电喷汽车油耗测量装置(100)与所述OBD诊断接口(200)可插拔式连接。

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