RU19156U1 - Топливоизмерительная система автомобиля - Google Patents

Description

За шаё1Ша модалхг (ХЕШхште к са стемам квшрсш& даапюехшш т(Ш}Евшю11 снсхемм гштсмюбяш обеевв шакщшА волуч о1&:сташсхичр(жк1( о текущем расходе шшишд с шкшишшой точ)юсш & пр щеесе обышой эксппуагшшй

В9ГОМ0§ШЖ

Каящое тран(Я1О{Шю& оредоршЕгае,- да. и. поятаг каждагй. вяадеящ. лияного ав1ешгобЕЕ/ш сши йеред собой сиша расхб/Ш Ш1 . д(1Ё 1ЯЁв- FFOt puEEx Q ня- Т0ШШВСГ Я:Ш1ШЁГ1%:н осиСпш&й Cvtuibt ptesx&jijss тр1анепефЯЕией кшшаявшь к еоетаняякй; 30-35% СНЕ & &к вавл&езл peSesb. Одашю рд(Я( {ШШШ1: 61Ш Ш; 15-2Ш , vt |йсхЬ тсшевгбй aij c oieciejttoiajffiir шрАцу Ивам t. к; шрк реихч« т& ва т гдЕШё e Ftaft и тсввзшу. В .y ttg BBniejTsHFncTg же расгшд-тешайва з Ш ВБвос Е шдько: от мяр1пу , ш КСКЕ шитяа (cm |rrctitttt) , тнва ij eomta, типа к i qraKa шишз, рельефа дороги t&aispsfyj к . Усяобяяг вышяиеиия перевозок меяякукя в меняемся расход тсшлива на }00 км ксшкретного рейса. Даже такой факгс как манера воязд ения квос 10% раз€|хх: S мШЕгаю тшхэ вмоог ws6TO сйтуащш, когда водитель зарабатывает на щюдаже разницы тоооива между иориоб расхода на рейс и реально нснольз жшшым о&ьем ш.

AicxyanbHOCTb {фобсяемы учёта и кошрояя объёма и «реыква запршмж (шга ошва) totaOBatt а teic%e определения реального рапсода топлтаа за рейс очем1даа. Эти ixiapocaa широко Обсужжвотся те офессш№Е1 №ВБШК TospSBOifaaiaasss IS реюножвяя ивфс шацкк о шсшчшш решенив рада Ефобзем учёта тсвшвша а настоящее емя появилась, в сети .

Известна система контроля расхода топлива FMS компании OmniCOMM (см. caihЗА0 YfCPTFAKC itftp:/ymit6ceitfm,com.ua/12/B&wteciLhtmu., ршра1 хываемая на, основе asfG№Otmo& iira qp H90Qecco K cHCTaiatciia «rbia.

Азкашз име9още1 ;я «иформащш по вышеупомянутой системе псжашовает, что в первую € }ерещь ра тботчиков снегешл к нтрол шггересует решение тсто вопросов - гфедоставлснне ш щшЕных квитанций О- заш)авках,исключеш заставок- (и сзшвову вне зшфаво о Бсс станция Более внимагелыю& изучение

рекламных материалов пб волило выявить существенную деталь: установка системы контроля расхода топлива FMS не нарушает целостности топливной системы машины. С одной стороны это важное и полезное качество, но, с другой стороны, известно, что подавляющее большинство отечественного автопарка оснащено топливными системами на основе стандартных датчиков уровня топлива поплавкового типа, которые имеют малую чувствительность (10%) и большую абсолютную погрешность измерений (5%). Поэтому цифровые системы контроля с использованием грубой исходной информации мало эффективны. В частности, такие системы не могут реализовать функции контроля текущего расхода топлива на небольших отрезках пути или времени и поэтому не могут дать весьма необходимой дополнительной информации для диагностики двигателя или ходовой части в процессе обычной эксплуатации автомобиля.

Известна система, описанная в заявке АО АВТОВАЗ от 29.12.1998 №98123973/28 Способ измерения количества топлива в баке автомобиля, которую авторы выбирают в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

Система содержит датчик уровня топлива поплавкового типа с реохордным преобразователем угла наклона рычага в электрический сигнал, микропроцессорный блок, устройство отображения информации, а для повышения точности измерения уровня топлива, измерения проводятся в особых условиях, под которыми понимаетгся неподвижное состояние автомобиля или его движение с постоянной скоростью, для контроля которой в систему вводится специальный датчик скорости, а алгоритм обработки показаний датчика уровня в микроэвм предусматривает отбраковку всех показаний, превышающих начапьное значение, что имеет место при ускорениях, торможениях автомобиля или из-за наклонов при движении по пересечённой местности.

По мнению заявителя, использование описанной системы не может обеспечить проведение пепрерывиого и достовериого анализа (моииториига) потреблеиия топлива в режиме реальной эксплуатации (в том числе на протяжённых трассах различного профиля), следовательно, не может обеспечить диагностику состояния двигателя и ходовой части автомобиля, не может дать дополнительный кат1ал обратной связи водителю при освоении навыков экономичного вождения.

Более того, без соответствующей модернизации датчиков расхода (или уровня) топлива и совершенствования алгоритмов обработки информации, предусматривающих компенсацию систематических и динамических погрещностей измерения в реальных условиях эксплуатации автомобилей, сама по себе цифровая обработка сигналов датчиков даже с использованием современных микроЭВМ не позволяет существенным образом

поднять точность измерения и эффективность последующей обработки результатов для организации учета текущих расходов топлива, для выявления причин повышенных расходов и для принятия правильных решений, направленных на экономию всех видов ресурсов.

Цель заявляемой полезной модели - создание системы, обеспечивающей возможность проведения непрерывного и достоверного моняториига потребления топлива 6 реальных условиях Э1 сплуятации.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от прототипа в систему введён датчик уровня тогшива с чувствительностью, не менее 0,001 объема топливного бака, протарированный с учётом конфигурации топливного бака при этом в системе реализован алгоритм вычисления текущих и интегральных расходов топлива с их последующим запоминанием и анализом.

Заявителю не известны применяемые в Российской Федерации средства, подобные заявляемой полезной модели.

Заявляемая полезная модель сопровождается следующими графическими материалами:

Фиг. I - блок-схема заявляемой системы; Фйг.2 - конструкция Датчика уровня топЛИба.

Топливоизмерительная система содержит датчик уровня топлива 1 и микропроцессорный блок 2, в состав которого входит стандартная номенклатура узлов, обеспечивающих его работоспособность, а именно: микропроцессор 3, та1сговый генератор 4, основное запоминающее устройство 5 для хранения программы, и дополнительные блоки (6, 7, 8 и 9), наличие и характеристики которых определяются спецификой работы заявляемой полезной модели: дополнительное запоминающее устройство 6 для хранения тарировочных таблиц, дополнительное запоминающее устройство 7 для хранения массива измеренной информации о текущих значениях уровня топлива и интегральных характеристик расхода, панель управления и устройство отображения информации 8, блок 9 обмена информацией между всеми узлами микропроцессорного блока 2 и внешними устройствами, а именно: с основным датчиком уровня 1, с дополнительными датчиками уровня 10 и 11, с одометром 12, с внешним тарировочным устройством 13 и с внешним стационарным компьютером 14. Как вариант, вместо датчиков уровня 10 и 11 могут быть прнменены наклономеры.

внешними устройствами 13 и 14 могут быть выполнены по широко распространённому интерфейсу RS232. Связи между всеми датчиками (1, 10, И, 12,) и блоком обмена 9 определяются принятым в конкретной марке автомобиля стандартом построения системы управления . Для современных автомобилей это может быть единая интеллектуальная магистраль с преобразователями аналог-код, совмещёнными с первичными преобразователями в составе датчиков. Для старого парка машин обмен информации между датчиками и блоком обмена целесообразно организовать на основе стандартного токового сигнала, преобразуемого в цифровой код непосредственно в блоке обмена 9.

Основной датчик уровня топлива (Фиг2) может быть установлен на любых марках автомобилей, при модернизации топливных баков 15 путём замены традиционных поплавковых измерителей уровня топлива на новые достаточно точные датчики уробня,

выполненные с использованием дифференциального датчика давленияс

чувствительностью и долговременной стабильностью не хуже 0,1%. Конструкция основания 16 датчика уровня выполнена с сохранением присоединительных размеров топливного бака (для каждой марки автомобиля - своих, но стандартных). Внешняя часть датчика уровня (за пределами топливного бака) закрьгга крышкой 17 с герметичным уплотнением (уплотнения и резьбовые соединения на Фиг.2 условно не показаны).

Для обеспечения повышенной точности измерении уровня топлива (в условиях тряски и неравномерности линейного псремсшсния автомобиля) применяется особая конструкция датчика уровня, разработанного на основе полупроводникового дифференциального датчика давления 18, один из входов которого 19 воспринимает давление над поверхностью топлива в баке, а другой вход 20 воспринимает давление сжимаемого столба воздуха в капиллярной трубке 21, погружённой в топливо вместе с жёстким кожухом 22, заканчиваюшимся наконечником с фильтром 23, окружающим вход в капиллярную трубку. Для уменьшения влияния динамических колебаний топлива в баке и гидравлических ударов на выходной сигнал полупроводникового датчика 18 между его входным отверстием 20 и капиллярной трубкой 21, установлена специальная шайба 24 с калиброванным отверстием 25 (жиклёром), которое соединяет воздушный столб в капиллярной трубке 21 с воздушной полостью непосредственно у полупроводникового элемента датчика.

Соотношение диаметров капилляра и жиклёра выбирается при проектировании датчика опытным путём исходя из параметров входного отверстия применяемого датчика давления.

iOG f gfSS

Капиллярная трубка закреплена в жёстком кожухе с помощью уплотняющих муфт 26 и 27 КЗ бензостойкого полимерного материала. Муфта 27 одновременно служит для предотвращения поступления топлива через технологические отверстия жёсткого кожуха к входному отверстию капиллярной трубки. Топливо может попасть в капиллярную трубку только через периодически промываемый фильф, что исключает закупорку капилляра твёрдыми примесями топлива.

В составе датчика уровня 1 непосредственно над датчиком давления 18 установлен электронный преобразователь 28, обеспечивающий формирование стандартного токового сигнала, пропорционального разности давлений на входах 19 и 20 дифференциального датчика. В преобразователе 28 использована схема термокомпенсации, предотвращающая появление доколнйгтельной погрешности измерения при изменении температуры окружающей среды в пределах устатювленного диапазона эксплуатации (от -45°С до +45°С) и схема подавления и фильтрации помех, возникающих в бортовой сети автомобиля. В зависимости от принятого в той или иной модели а)втомобиля стандарта электронного интерфейса преобразователь 2S может быть дополнен схемой преобразования стабилизированного токового сигнала в цифровой код, который через блок 9 обмена информацией вводится в микропроцессорный блок 2 и пересчитывается по специальному алгоритму в показания уровня топлива с учетом тарировочных характеристик, хранящихся в блоке 6, после чего запоминается в блоке 7, обеспечивающем хранение результатов измерений текущих уровней топлива и ряда других интегральных характеристик (в том числе расходов топлива за любой интервал движения) в течение всего рейса.

Для исключения систематических составляющих погрегшюсти при измерении уровня топлива (вызванных относительно плавными изменениями положения зеркала топлива Относительно стенОк бака при неравномерном движении или отклонении топливного бака от исходного горизонтального уровня, а также - от медленных деформаций бака по мере изменения запаса топлива в баке) в заявляемой системе Предусмотрена компенсация этих погрешностей, что достигается использованием в микропроцессорном блоке 2 специального сменного блока памяти 7, в котором записываются тарировочныс характеристики одного или нескольких (для надёжности и решения дополншельных задач) датчиков уровня топлива, установленных в конкретном автомобиле со своими особенностями конструкции (и геометрии) топливного бака.

Для самых простых и дешёвых систем можно ограничиться единственным датчиком уровня топлива, устанавливаемым взамен стандартного поплавкового датчика с сохранением прежних присоединительных размеров. Для более ответственных вариантов

можно предусмотреть включение в состав автомобильной электронной системы дополнительных наклономеров 10 и 11, которые позволят произвести тарировку датчика уровня 1 при различных наклонах основания, а также обеспечат ввод в запоминающее устройство 7 бортового микропроцессора профиля трассы по ходу движения.

Для новых разработок можно предусмотреть создание бензобака с тремя датчиками Зфовня топлива 1,10 и И, которые размещены в топливном баке с максимальным разносом друг от друга по вершинам треугольника на верхней поверхности бака, и при комплексной обработке информации в микропроцессорном блоке 2 Moiyr функционально заменить отдельные внещние наклономеры а также обеспечат измерение углов наклона зеркала топлива относительно стенок бензобакгц что позволит скомпенсировать ещё одну составляющею погрешности, ВЫзВанНой НеоднозНачНыМ соответствием Между углами наклона автомобиля и расположением зеркала топлива в баке при неравномерном движении.

Тарировка производится периодически (посезонно или поСле проведения ремонтных работ, затрагивающих топливную систему автомобиля) и осуществляется с помощью внеишей переносной установки (единой для всего автопарка), обеспечивающей дозируемое И ко ггролируемое заполнение топливного бака с однойременной фиксацией показаний автомобильных датчиков в сменном блоке памяти 6 при различных углах нак;юна основания.

Выщеописанная система позволяет обеспечить запись и хранение в долговременном запоминающем устройстве 7 микропроцессорного блока 2 всего массива измеренных текущих значений уровня (и соответственно - расч&гных значений расхода топлива за достаточно малые - до нескольких минут - промежутки времени) в течение всего многодневного рейса автомобиля в привязке к внутренним часам на основе стандартного кварцевопго генератора 4 в составе микропроцеесорно(го блока 2.

Если же к микропроцессорному блоку 2 через стандартный интерфейс блока обмена 9 подключить сигнал оТ одометра 12, то привязка текущих расходов топлива к пройденному расстоянию будет наиболее удобной с эргономической точки зрения достаточно однозначной и позволит анализ1фовать причины расхождения графиков потребления опЛйва От рейса к рейсу йа повторяющихся маршрутах движения.

Для такого анализа в принципе можно использовать только микропроцессорный блок 2 автомобиля, но с целью экономии элементов памяти для запоминающих устройств 5 и 7, а также для повышения сервисных возможностей алгоритмов статистической обработки отчётов, лучше организовать хранение электронных отчётов о потреблении

топлива за каждый рейс в стационарном компьютере 14 автотранспортного предприятия, для чего микропроцессорный блок 2 автомобиля должен иметь в составе устройства обмена 9 стандартный последовательный порт для перезаписи массива информации за рейс в стационарный компьютер, либо - сменное устройство 7 долговременной энергонезависимой 1имяти, которое сдаётся диспетчеру после возвращения из рейса, а после пер еэаписи информации на жёсткий диск стационарного компьютера 14 фо| матиру€ тся заново и выдаётся очередноглу водителю.

Применение топлнвоизмерительной системы автомобиля со столь гибкой структурой унифицированных внешних связей, а также наличие съёмных запоминающ тх уст|юйств позволяет с одной стороны снизить требования к объёму элементов памяти, необходимых для реализации ряда алгориггмов статистической обработки накопленной информации непосредственно в составе микропроцессорного блока автомобиля, а с другой стороны позволяет обеспечить с помощью стационарного компьютера проведение разностороннего анализа среднего расхода топлива (и возможных отклонений от среднего) по разным типам машин, по маршрутам, по сезонам и по водителям, а также выявить объективные или субъективные причины повышенного расхода топлива и принимать меры: либо - по ремонту двигателя или ходовой части автомобиля, либо - дисциплинарные, если объек1-ивных причин для объяснения отклонений от среднестатистического расхода не выявлено.

Использование данной заявляемой полезной модели позволяет реализовать все потенциальные возможности цифровой обработки сигналов от датчиков топливоизмерительгюй системы автомобиля не только для регпения задач учёта расхода топлива в макро масштабах предприятия, но и перейти к измерению микро расходов топлива на достаточно малых промежутках времени или пути, что позволит постепенно внедррпъ множество алгоритмов анализа режимов движения и соответствутопцтх им текущих расходов топлива без искажения или принудительного сброса недостоверной информации в неблагоприятных условиях эксплуатации. Это в свою очередь позволит разным группам пользователей решить наиболее важные для себя задачи: справочные, диагностические, учетные, учебные или организационные.

Заявителю в настоящее время не известны примеры использования подобных систем, а также подобные системы, основанные на других программно-аппаратных принципах решения подобных задач.

числа владельцев автотранспортных предприятий и автозаводов, как отечественных, так, возможно, и зарубежных, и сделают предлагаемую систему незаменимым исто шиком информации для принятия оргаиизащюнно-технических решений при эксплуатации автомобилей.

Возможность осуществления заявляемой полезной модели иодтверждаегся имею1цимися опытными образцами датчиков уровня, наклономеров, и может быть реализована с помощью стандартного оборудования и современной элементной базы электронных компонентов. Специальное программное обеспечение и оптимизированные структуры данных для заявляемой полезной модели в настоящее время разработаны и апробиров1гань1.

Экспериментальная отработка заявляемой полезной модели проведена в начале 2001 г. с использованием серийного датчика давления фирмы MOTOROLA типа MPX2010D, но может быть вьккхднена такзке и с использованием отечественных датчиков давления.

Минимально необходимые требования к микропроцессорному блоку - выполнение описанных выше функций, что становится возможным при следующих основных параметрах, характеризующих аппаратно-программные средства топливоизмсрительной СйСтеМь

-процессор типа MCS-51 с тактовой частотой не менее 12 МГц или более современный;

-аналого-цифровой преобразователь постоянного тока (в диапазоне 1-5мА) в код с разрядностью не менее 11 двоичных разрядов;

-ПЗУ типа К 573 РФ5 с объёмом памяти до 4 Kb ддя хранегшя алгоритма обработки информации в микропроцессорном блоке;

-ПЗУ типа К 573 РФ5 с объёмом памяти до 2 Kb для хранения тарировочных таблиц в микропроцессорном блоке;

-ОЗУ типа К 537 РУ17 с объемом памяти от 8 Kb до 1,5 Mb для хранения рассчитанных текущих значений расхода топлива и интегральных характеристик в бортовом устройстве;

-элементная база остальных электронных узлов топливоизмсрительной системы базируется на широко распространённых стандартных цифровых и аналоговых микросхемах;

-индикаторная панель на основе 8-разрядного светодиодного индикатора. Требования к стационарному компьютеру не отлнчаются особой жёсткостью. Это

.

-операционная система WINDOWS-95 или выше;

-стандартный последовательный порт (с интерфейсом RS232);

-объем необходимой свободной пам5гги на жёстком диске до 20 Mb для организации обработки результатов и 1,5 Mb для хранения информации об одном рейсе длительностью до 30 суток;

-объем необходимой свободной памяти на жёстком диске для хранения информации о всех N рейсах в течение года - около N 12 1,5 Mb.

Тарировка датчиков в топливном баке можег производиться как в ручном режиме: запись показаний датчиков 1, 10 и П в запоминающем устройстве 6 после заливки каждой новой порции топлива (равной предыдущей поргдаи, например - 0,01 полного объёма бака) при не;скодьк«х устахцакдона оснощанщ так UB вдлуайтоматичеешм режиме иорцияма по 0,001 от полного объёма.

В автоматизированном варианте тарировочное устройство может представлять собой некоторуи специальную передвижную установку U, состоящую из пульта управления, бензонасоса, мерных емкостей, датчиков давления и алекгромагнитных клапанов, которые по командам микропроцессорного блока автомобиля должны обеспечить посгеиенйое заполнение топливного бака, например, тысячью равных порций тошшва, каждая из которых равна 0,001 объёма топливиого бака В этом случае интерфейс обмена информацией между устройством тарировки и бортовым микропроцессорным блоком, обеспечивающим счшъгеанне с тарируемых датчиков в момент завершения запивки очередной порции топлива может быть достаточно простым. Алгоритм интерполяции промежуточных показаний датчиков I, 10 и П в п юцесее повседневной эксплуатации автомобиля также несколько проще при тарировке равными объёмами очередных порций. Однако при современных возможностях микропроцесйорной техники алгоритмы интерполяции могут быть и более сложными, если при проектировании тарировочного устройства принято решение отказаться огг дозированного поступления равных порций, топлиаа, а дая тарировки показаний автомобильных датчиков уровня будет использоваться эталонный расходомер с погрешностью 0,1% в составе тарировочного устройства.

В любом случае в сменный блок памяти 6 микропроцессорного блока 2 автомобиля должна быть занесена таблица значений, обеспечивающая взаимное соответствие между количеством топлива в баке, углами наклона и показаниями датчиков.

объясняется желательностью проведения технологических операдий электрической записи и стирания информации в широко распространённых сегодня схемах памяти типа К573РФ5 (с ультрафиолетовым стиранием при возможных сбоях или в ряде других случаев) не в составе встроенного микропроцессорного блока автомобиля, а в легко контролируемых условиях внешнего усгройетва тарировки. По мере совершенствования элементной базы ai необходимости обеспечения простоты конструктивного переноса запоминающего устройства 6 можно будет отказаться.

Таким образом, решение поставленной авторами задачи обеспечиваегся в заявляемой полезной модели следующими признаками:

-выполнением системы с использованием высокоточных измерителей уровня топлива в топливном баке;

-набором и конфигурацией аппаратных средств;

-наличием новых функциональных связей;

-наличием новых специальных подпрограмм;

-наличием унифицированного удобного интерфейса (аппаратно-профаммных средств).

Па основании вышеизложенного заявляемая полезная модель является новой и промышленно применимой, что соответствует условиям патентоспособности.

.

ЗАЯВИТЕЛЬ ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР ЗАО «СКИФ A J

)-;---.; --ВОРОНКИН А. А. 11 апреля 2001 года

Claims (9)

1. Топливоизмерительная система автомобиля, содержащая датчик уровня топлива и микропроцессорный блок, отличающаяся тем, что в качестве датчика уровня топлива применен датчик, выполненный на основе полупроводникового дифференциального датчика разности между давлением воздуха в капилляре, погруженном в топливо, и давлением над уровнем топлива в баке, а микропроцессорный блок содержит дополнительное запоминающее устройство с характеристиками датчика уровня, протарированными с учетом конфигурации топливного бака.

2. Топливоизмерительная система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит два наклономера или два датчика уровня топлива, выходы которых подключены к блоку обмена микропроцессорного блока.

3. Топливоизмерительная система по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что между одним из входов датчика давления и капилляром, погруженным в топливо, установлен демпфирующий жиклер, а опускаемая в топливный бак часть конструкции датчика защищена жестким кожухом с технологическими отверстиями, при этом поступление топлива к входному отверстию капилляра осуществляется только через фильтр.

4. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что система содержит в составе блока обмена микропроцессорного блока дополнительный последовательный порт для обмена информацией с внешним устройством тарировки показаний датчиков.

5. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что система содержит одометр и дополнительный вход для ввода его показаний в микропроцессорный блок.

6. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что система содержит дополнительный блок памяти для хранения массива текущих значений расхода и интегральных характеристик уровня топлива по всему маршруту движения.

7. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что дополнительные блоки памяти выполнены в виде сменных модулей.

8. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что система содержит пульт управления и устройство отображения информации, позволяющие выводить текущие или интегральные характеристики расхода топлива.

9. Топливоизмерительная система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что система содержит в составе блока обмена микропроцессорного блока дополнительный последовательный порт для обмена информацией со стационарным компьютером.