CN105675081A - 油量检测方法 - Google Patents

Abstract

一种油量检测方法，包括：建立电路模型，所述电路模型中包括对应油量传感器的滑动变阻器的等效电阻以及对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻，对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻一端接地、另一端与滑动变阻器中滑动触点在电路模型中的端子连接，滑动触点的位置与油箱当前液位相关；测量滑动变阻器两端的电压；基于所测量的电压及滑动变阻器的初始总电阻，计算滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值；根据所计算的当前阻值与滑动变阻器的初始总电阻的比例获得当前油量。从而，获得更接近真实值的油量，提高油量检测的准确性。

Description

油量检测方法

技术领域

本发明涉及汽车仪表技术的开发，特别涉及基于仪表的油量检测方法。

背景技术

目前，汽车油箱中的油量靠油箱中的油量传感器来测量，传感器原理就像一个滑动变阻器，仪表根据当前的阻值来确定油量。常见的油量传感器包括两线传感器和三线传感器。

图1示出了通过两线传感器实现油量检测及仪表显示的原理示意。参照图1所示，油箱液位高度与滑动变阻器R上的滑动触点的位置相关。仪表通过测量输出端ADC和接地端之间的阻值(从0到最大阻值)来确定当前的油量(从空到满)，并将当前油量进行显示。

图2示出了通过三线传感器实现油量检测及仪表显示的原理示意。参照图2所示，油箱液位高度同样与滑动变阻器R上的滑动触点的位置相关。仪表通过输出端ADC1、ADC2的值测量输出端ADC1和接地端之间的阻值(从0到最大阻值)来确定当前的油量(从空到满)，并将当前油量进行显示。

然而，由于油量传感器长期处于汽油和空气的环境中，比较容易被腐蚀。一旦被腐蚀，传感器阻值就会随之发生变化。传统的单纯根据当前测量到的电阻值来确定油量的算法，就会发生计算油量不准的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种油量检测方法，已获得更接近真实值的油量，提高油量检测的准确性。

为了解决上述问题，本发明提供的油量检测方法，包括：

建立电路模型，所述电路模型中包括对应油量传感器的滑动变阻器的等效电阻以及对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻，对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻一端接地、另一端与滑动变阻器中滑动触点在电路模型中的端子连接，滑动触点的位置与油箱当前液位相关；

测量滑动变阻器两端的电压；

基于所测量的电压及滑动变阻器的初始总电阻，计算滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值；

根据所计算的当前阻值与滑动变阻器的初始总电阻的比例获得当前油量。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：通过建立电路模型将油量传感器在使用过程中的阻值变化以等效电阻表征，并且在计算阻值时以滑动变阻器两端的电压作为计算基础，以抵消滑动变阻器两端阻值的变化。从而，获得更接近真实值的油量，提高油量检测的准确性。

附图说明

图1是目前两线传感器实现油量检测及仪表显示的原理示意图；

图2是目前两线传感器实现油量检测及仪表显示的原理示意图；

图3是根据本发明方法以三线传感器为例的电路模型原理示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

如前述现有技术提及的，由于油量传感器的电阻可能由于腐蚀等原因发生变化。根据本发明的发明人研究后发现，滑动变阻器触点和接地之间会有接入电阻，而传感器本身也会由于腐蚀等原因电阻增大。从而导致，直接测量出来的电阻值占整个滑动变阻器的比例和实际油位与满油位比例发生偏差。例如，滑动变阻器的初始总电阻为340Ω，正常情况下测量值85Ω应表示25％的油量。但是由于腐蚀等原因，滑动变阻器的总电阻变为400Ω，那85Ω实际只表示21.25％的油量。而现有技术由于未将腐蚀引起的阻值变化考虑在内，会认为当前滑动变阻器的总电阻仍为340Ω，因此提供的25％的油量与实际的油量就会产生偏差。当滑动变阻器的总电阻的阻值变化越大，所产生的偏差就越大。

因而，本发明的发明人认为，由于腐蚀等原因，滑动变阻器本身增加的电阻和滑动变阻器触点和接地间的接入电阻都会按比例计算入输出电阻值里。所以，在进行计算时应将阻值变化的因素也考虑在内。经过本发明的发明人进一步研究后发现，在大多数情况下，因为腐蚀等原因导致的电阻增加时滑动变阻器两端会同时增加。如果能够采用经过滑动变阻器两端的电流来计算输出电阻，那么触点两端同时增加的电阻会被相互抵消，这样会最大限度降低误差。例如，最理想情况下，滑动变阻器触点放在中间，不管两端电阻如何增加，流经两端的电流始终相等。测量出来的电阻始终是总电阻的一半，也就表示测量到一半的油量。

基于上述分析，本发明提供的油量检测方法，包括：

建立电路模型，所述电路模型中包括对应油量传感器的滑动变阻器的等效电阻以及对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻，对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻一端接地、另一端与滑动变阻器中滑动触点在电路模型中的端子连接，滑动触点的位置与油箱当前液位相关；

测量滑动变阻器两端的电压；

基于所测量的电压及滑动变阻器的初始总电阻，计算滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值；

根据所计算的当前阻值与滑动变阻器的初始总电阻的比例获得当前油量。

以下以三线传感器为例，对本发明油量检测的方法进一步举例说明。图3示出了基于三线传感器的电路模型的示意图。参照图3所示，将滑动变阻器的滑动触点两端的电阻部分表示为两个等效电阻：第一等效电阻R11和第二等效电阻R12。根据图3左面的三线传感器的连接关系，将第一等效电阻R11的第一端与第一模拟电阻R1v的第二端连接，将第二等效电阻R12的第一端与第二模拟电阻R1w的第二端连接，将第一等效电阻R11和第二等效电阻R12的第二端连接在一起。此处，第一等效电阻R11和第二等效电阻R12的第二端(Us端)实质就对应了滑动变阻器的滑动触点。

并且，在此电路模型中，还将由于腐蚀等原因引起的滑动变阻器的阻值变化也考虑在内，引入相应的等效电阻。具体地，将所有的阻值变化统一以一第三等效电阻R1s作为等效替代，其第一端连接于第一等效电阻R11和第二等效电阻R12的第二端，其第二端接地。

此外，基于上述分析，在第一等效电阻R11的第一端和第二等效电阻R12的第一端分别引出电压输出端U1、U2，其实质就相当于滑动变阻器的两端电压。通过后续将电压输出端U1、U2的引入来互相抵消上述滑动变阻器两端电阻增加的影响。

对于图3的电路模型进一步分析，根据电压输出端U1、U2，可以计算出流经第一等效电阻R11的电流I1和流经第二等效电阻R12的电流I2。而从电路模型还可看出，经过第一模拟电阻R1v和第二模拟电阻R2w的电流与电流I1、I2分别相等。因此，可推得：

$I1=\frac{\mathrm{Ug}-U1}{R1v}---\left(1\right)$

$I2=\frac{\mathrm{Ug}-U2}{R1w}---\left(2\right)$

其中，Ug即三线传感器的工作电压Vcc。

从电路模型还可看出，滑动触点Us和总电压Ug之间经过滑动变阻器两端的电压差是一致的。因此，可推得：

I1×(R1v+R11)＝I2×(R1w+R12)＝Ug-Us(3)

将公式(1)、公式(2)代入公式(3)得出

$(R1v+R11)\×\frac{\mathrm{Ug}-U1}{R1v}=(R1w+R12)\×\frac{\mathrm{Ug}-U2}{R1w}---\left(4\right)$

基于目前通常的油量计算方法，测量值通常还需经过模数转换器(ADC，Analog-DigitalConverter)转换后再进行计算。此处以应用12位ADC为例，继续说明计算过程。为方便说明，以ADC1表示U1经模数转换后的值，以ADC2表示U2经模数转换后的值。

将公式(4)稍作变形，可得

$\frac{R12+R1w}{R11+R1v}=\frac{(\mathrm{Ug}-U1)\×R1w}{(\mathrm{Ug}-U2)\×R1v}---\left(5\right)$

而

$\mathrm{ADC}1=\frac{4096\×U1}{\mathrm{Ug}}---\left(6\right)$

$\mathrm{ADC}2=\frac{4096\×U2}{\mathrm{Ug}}---\left(7\right)$

并且，根据上述对滑动变阻器等效电阻的分析有

R1＝R11+R12(8)

其中，R1为滑动变阻器的初始总电阻。

由公式(5)、(6)、(7)、(8)可推得

$R11=\frac{(R1+R1w)*(4096-\mathrm{ADC}2)*R1v-(4096-\mathrm{ADC}1)*R1w*R1v}{(4096-\mathrm{ADC}1)*R1w+(4096-\mathrm{ADC}2)R1v}---\left(9\right)$

从而，对于应用12位ADC的应用例，由于滑动变阻器的初始总电阻R1已知，第一模拟电阻R1v和第二模拟电阻R1w在一确定的三线传感器中阻值是固定的，而ADC1、ADC2可通过测量滑动变阻器的两端电压并经模数转换后获得，因此，根据公式(9)即可获得用作后续计算当前油量的第一等效电阻R11的阻值。具体地，当前油量占满油量的百分比FL％通过第一等效电阻R11占滑动变阻器初始总电阻R1的比例获得，即

$\mathrm{FL}\%=\frac{R11}{R1}---\left(10\right)$

在获得当前油量占满油量的百分比后，就可依据现有技术真实油量和显示油量的对应关系，通过仪表向用户提供相应油量显示。

为验证根据公式本发明计算当前油量的准确性，本发明的发明人以滑动变阻器的初始总电阻为340Ω的三线传感器进行一段时间的跟踪，测量该滑动变阻器初始总电阻的阻值变化、根据多组真实油量的比例及对应真实总电阻推算用于计算的电阻值、记录不同油量时分别以现有技术计算方法及本发明计算方法获得的值，获得下述表格(为叙述方便，仍沿用上述各公式中的各阻值表示方法)：

表1

由表1可知，当滑动变阻器的初始总电阻不变时(340Ω)，通过现有技术或是本发明的计算值R11都可以精确地获得当前油量。

而随着滑动变阻器由于腐蚀等原因而产生阻值变化，通过现有技术的计算值R11与对应当前油量真实值的计算阻值的差值就开始出现偏差。而随着滑动变阻器的阻值变化越大，通过现有技术的计算值R11的偏差也越明显。此偏差将直接导致仪表显示的油量出现错误。根据表1，当滑动变阻器的阻值变为440Ω时，此时记录的当前真实油量应为42％，而根据现有技术的计算值R11获得的当前油量则为55％。当滑动变阻器的阻值变为500Ω时，此时记录的当前真实油量应为34％，而根据现有技术的计算值R11获得的当前油量则为50％。可见，若以现有技术表示油量，则很有可能导致驾驶员错误判断剩余可行驶里程，造成半路无油的处境，长此以往还将损伤发动机。

而相对应地，根据表1，当滑动变阻器的阻值变为440Ω时，此时记录的当前真实油量应为42％，而根据本发明的计算值R11获得的当前油量则为41％。当滑动变阻器的阻值变为500Ω时，此时记录的当前真实油量应为34％，而根据本发明的计算值R11获得的当前油量也为34％。可见，相对于现有技术，通过本发明的计算值R11能够明显减小误差，从而更准确地反映当前真实油量。

更有利的是，根据图3的电路模型，还可进一步获得滑动变阻器阻值变化的值。根据图3的电路模型可知

$R1s=\frac{\mathrm{Us}}{I}=\frac{U1-I1\×R11}{I1+I2}---\left(11\right)$

结合公式(1)、(2)、(9)，可得

$R1s=\frac{\mathrm{ADC}1*R1w*R1v+(\mathrm{ADC}1-4096)*R11*R1w}{R1w*(4096-\mathrm{ADC}1)+R1v*(4096-\mathrm{ADC}2)}---\left(12\right)$

从而，第三等效电阻R1s(即滑动变阻器的阻值变化)根据公式(12)即可获得。考虑到真实的使用情况，当由于腐蚀等原因产生的阻值变化过大时，将使得传感器失效。而现有技术因未将阻值变化的因素考虑在内，其当然也无法判断何时传感器失效。而通过本发明，当例如根据公式(12)计算获得的第三等效电阻R1s的阻值已超过报警阈值(允许范围)时，就可通过汽车仪表给出报警提示，以提醒用户及时维修或更换传感器。从而，基于本发明不仅可以提供较准确的油量显示，还可以检测传感器的工作状态以给出用户必要的提示。

此外，本发明还可适用于油箱中使用多个传感器的应用。具体地，对于每个传感器，分别以上述方式获得用于油量计算的阻值R11，然后将所有获得的由于油量计算的阻值取均值后与所有传感器的初始总电阻的均值取比例以获得当前油量；以及按上述方式计算阻值变化。例如，对于两个传感器的情况，假定传感器1的初始总电阻是R1，计算电阻和阻值变化分别是R11和R1s；传感器2的初始总电阻是R2，计算电阻和阻值变化分别是R21和R2s，平均计算电阻就是Ravg＝(R11+R21)/2，平均阻值变化就是Rsavg＝(R1s+R2s)/2。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种油量检测方法，其特征在于，包括：

建立电路模型，所述电路模型中包括对应油量传感器的滑动变阻器的等效电阻以及对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻，对应滑动变阻器阻值变化的等效电阻一端接地、另一端与滑动变阻器中滑动触点在电路模型中的端子连接，滑动触点的位置与油箱当前液位相关；

测量滑动变阻器两端的电压；

基于所测量的电压及滑动变阻器的初始总电阻，计算滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值；

根据所计算的当前阻值与滑动变阻器的初始总电阻的比例获得当前油量。

2.如权利要求1所述的油量检测方法，其特征在于，油量传感器为三线传感器；所述电路模型包括：电源、第一模拟电阻、第二模拟电阻、第一等效电阻、第二等效电阻、第三等效电阻；其中，

第一等效电阻和第二等效电阻共同构成滑动变阻器的等效电阻；第一模拟电阻和第二模拟电阻的第一端均连接于电源；第一等效电阻的第一端连接于第一模拟电阻的第二端；第二等效电阻的第一端连接于第二模拟电阻的第二端，第二等效电阻的第二端连接于第一等效电阻的第二端，对应滑动变阻器的滑动触点；第一等效电阻及第二等效电阻的第一端间的电压对应滑动变阻器两端的电压；第三等效电阻对应滑动变阻器阻值变化，其第一端连接于第一等效电阻的第二端，其第二端接地。

3.如权利要求2所述的油量检测方法，其特征在于，滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值为第一等效电阻的阻值。

4.如权利要求3所述的油量检测方法，其特征在于，将所测量的滑动变阻器两端的电压经由12位的模数转换器进行模数转换后用于第一等效电阻的阻值的计算；第一等效电阻的阻值通过下述公式获得：

其中，R11表示第一等效电阻、R1表示滑动变阻器的初始总电阻、R1v表示第一模拟电阻、R1w表示第二模拟电阻、ADC1表示第一模拟电阻第二端的电压经模数转换后的值、ADC2表示第一模拟电阻第二端的电压经模数转换后的值。

5.如权利要求4所述的油量检测方法，其特征在于，还包括：基于所计算的当前阻值，计算滑动变阻器的阻值变化；滑动变阻器的阻值变化通过下述公式获得：

。

6.如权利要求5所述的油量检测方法，其特征在于，当滑动变阻器的阻值变化超过报警阈值时，通过仪表给出维修或更换传感器的报警提示。

7.如权利要求1所述的油量检测方法，其特征在于，油箱中包括多个传感器；所述油量检测方法包括：对于每个传感器，分别计算对应的滑动变阻器在电路模型中的等效电阻的当前阻值；根据所获得的所有当前阻值的均值与所有滑动变阻器的初始总电阻的均值的比例获得当前油量。