汽车仪表燃油采集电路设计与实现

摘要：随着汽车电子技术的发展，人们对汽车的可靠性和安全性要求越来越高，汽车燃油表是汽车仪表的关键量表，用于指示油箱的燃油剩余量，避免车辆因燃油耗尽而抛锚，引起客户抱怨和行车安全问题，因此燃油测量的准确度显得尤为重要。本文设计了一种三线制燃油采集电路，旨在减小油泵接触电阻与传感器氧化的影响，提高燃油采集精度。通过理论推导与实车验证，该设计能有效减小燃油采集误差，提升燃油测量的准确性。

关键词： 汽车仪表；燃油表；三线制采集电路；燃油剩余量

Abstract： With the development of automotive electronic technology， people have increasingly high requirements for the reliability and safety of cars. The fuel gauge of a car is a key gauge used to indicate the remaining fuel in the fuel tank， avoiding vehicle breakdowns due to fuel exhaustion， causing customer complaints and driving safety issues. Therefore， the accuracy of fuel measurement is particularly important. This article presents a three wire fuel collection circuit designed to reduce the impact of fuel pump contact resistance and sensor oxidation， and improve fuel collection accuracy. Through theoretical deduction and actual vehicle verification， this design can effectively reduce fuel collection errors and improve the accuracy of fuel measurement.

Keywords： Automotive Instruments; Fuel Gauge; Three-Wire Acquisition Circuit; Accuracy; Fuel Remaining

0引言

汽车仪表是汽车信息人机交互的重要窗口，驾驶员通过汽车仪表可以直观了解到整车状态与行驶信息，以便用户安全驾驶出行。燃油表是仪表的重要组成部分，用来指示油箱里的剩余油量的装置， 当油量发生变化时，燃油泵的油浮子位置发生变化，通过机械结构使燃油传感器阻值改变[1]。在汽车行业中，续航能力强成为汽车的一大卖点，续航焦虑成为用户关注的焦点，如果燃油采集不准，会导致燃油剩余量显示不准，从而引发续航计算不准，无疑会引起客户强烈的抱怨[2]。所以燃油采集的准确度显得尤为重要。

1燃油系统组成及工作原理

汽车燃油系统由采集模块、处理模块，显示模块三大部分构成。其中采集模块包括油浮子，传感器，车辆状态，仪表采集电路；处理模块包括仪表燃油计算，燃油滤波，燃油策略等；显示模块包括图文显示，声音提示，总线信号输出等。如图1所示，汽车仪表内部的采集电路通过采集油浮子传感器的电阻值，并获取车辆的车转速、点火状态，经过仪表的燃油处理策略计算出燃油剩余量，并发送给相应的显示模块进行显示。燃油表传感器的结构多为浮子式结构，即由随液面位移而自动位移的浮子带动一个内装滑动电阻器的机构联接而成，当油箱内的液位出现油面高低变化时，引起浮子位置的高低变化，在滑动电阻器上将会取得不同的电阻值输出，从而得知液面的高度[3]

2 三线制采集电路原理及设计

传统的燃油采集电路一般为二线制方案，由于两线制引入了接触电阻，而且随着时间的推移，电路一直通电容易引起传感器氧化，导致接触电阻阻值会越来越大，电阻的测量误差也随着增大，导致剩余油量计算不准确，容易引发客户抱怨，更严重可能会引发安全问题。为了解决此问题，设计了基于三线制的燃油表采集电路方案，三线制采集电路的计算过程不受接触电阻的影响，可减少计算误差。燃油电路的供电采用脉冲方式供电，当需要采集燃油值时，打开供电，待电压稳定后，采集各点的电压AD值，计算出燃油有效电阻后，再关闭供电，如此周期循环进行燃油阻值采样，防止了燃油电路一直通电容易引起传感器氧化问题。电路设计如图2所示，主要有三个部分，一是供电部分，二是脉冲控制电路部分，三是电压采集部分。

供电采用MP2019低功耗线性稳压器，可以接受从3V到40V的输入电压， 并提供多种固定输出电压选项，如1.8V、1.9V、2.3V、2.5V、3.0V、3.3V、3.45V和5.0V，同时也提供从1.2V到15V的可调输出选项，这为设计者提供了灵活性，以满足不同的应用需求[4]。电路设计中MP2019的输入电压Vin为14.4V， 输出电压Vout = 1.25V*（RB52/RB37+1）=1.25V*（160K/100K+1）=3.25V。

脉冲电路采集采用MCU引脚进行控制电路的通断，当拉高up2_Fuel_ON引脚时，MP2019的EN脚使能，三极管QB08导通，三极管QB07也随着导通，供电芯片与电路正常工作。所以控制up2_Fuel_ON引脚的高低，可以实现脉冲供电功能，减缓传感器氧化的速度，延长使用寿命。

电压采集采用电阻分压方式，通过采集点2up_ADC_Fuel_3V采集供电电压值Vout，电阻RB39与电阻RB44组成分压电路，电阻值同为10K， 所以Vout点的电压是采集点2up_ADC_Fuel_3V电压的两倍。通过采集点2UpMTankFuel_A可以采集到油箱A点电压值Ua， 采集点2UpMTankFuel_C可以采集到油箱C点电压值Uc。根据章节3的公式推导，油箱的有效电阻值R为 （Ua-Uc）* Rp/（Vout-Ua），其中Rp=170欧（两个340欧的电阻RB54与电阻RB45并联），此电路可实时检测出油箱的有效电阻，不受接触电阻的影响。

3 油量采集数据分析

油箱从空油到满油，测量停靠上下坡时的电阻偏差与油量偏差。如表1所示，测量结果显示油箱在倾斜状态下电阻偏差和油量偏差比较大；测量在行驶过程中电阻的波动范围和油量的波动范围非常大。在油箱油量为30L时，油量波动范围为0L～56L， 几乎覆盖了整个油箱的范围。

由于在油箱油量为30L时，油箱的电阻偏差与油量的电阻偏差达到最大，所以选取初始油量是30000ml进行山路路试数据分析，如图3所示。

（1）油箱电阻值在行驶过程中会频繁波动，采集油量也是频繁波动，符合设计要求。

（2）油量显示均为30L，与初始油量30000ml一致，数据准确，误差很小。

（3）在下坡停车、上坡停车、急刹停车时，油量显示平稳，无明显跳动。

（4）在停车点熄火时，点火后的油量显示与熄火前的油量显示均为30L，油量不跳动。

4 结束语

针对传统二线制燃油采集准确度的问题，本文提出了三线制燃油采集方案，设计出具体的三线制燃油采集电路，解决了采集误差较大的问题，提高了燃油采集的准确度。通过脉冲控制供电的方式减缓了传感器氧化的速度，延长了油泵的使用寿命。使用线性稳压芯片，防止了电压不稳导致的采集不准问题。本设计通过多个车厂的实车匹配验证，对提高燃油采集准确度具有很好的借鉴意义，同时能提高油耗和续航里程的计算准确性，在汽车电子工程应用领域发挥出较大的价值，具有重要的指导意义。

参考文献：

[1] 徐杰明，董泽亮等. 汽车燃油表系统设计及验证的研究.中国汽车工程学会年会论文集，2013.

[2] 姚凤伟， 杨鹏春等. 汽车燃油表显示异常分析及试验方法设计. 汽车电器，2022（1）.

[3] 伍爱萍，邓华. 汽车燃油表控制策略研究. 汽车实用技术，2017（6）.

[4] MP2019 40V， 300mA， Low Quiescent Current Adjustable Output Linear Regulator.