汽車瞬時(shí)油耗檢測方法與試驗(yàn)分析

1、汽車瞬時(shí)油耗檢測方法與試驗(yàn)分析姚煥新（寧波工程學(xué)院）【摘要】設(shè)計(jì)了以 at89s8252 單片機(jī)為核心的汽車瞬時(shí)油耗檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用汽車噴油器脈沖寬度信號(hào)和車速傳感器信號(hào)檢測瞬時(shí)燃油消耗量，并具有瞬時(shí)油耗和百公里油耗實(shí)時(shí)顯示功能。 測試結(jié)果表明，該檢測方法簡 單，檢測數(shù)據(jù)相對(duì)誤差小于 15%；信號(hào)讀取無滯后，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性好，與其它油耗儀相比具有體積小、成本低、操作和 維修方便等優(yōu)點(diǎn)。主題詞：電控燃油噴射系統(tǒng)瞬時(shí)油耗檢測中圖分類號(hào)：u467.4+98文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：10003703（2011）07004304automotive transient fuel consumption

2、test method andtest analysisyao huanxin（ningbo university of technology）【abstract】automotive transient fuel consumption test system with at89s8252 single -chip machine was designed, this system uses automotive fuel injector pulse width signal and vehicle speed sensor signal to detect transient fuel

3、consumption and can also real-time display transient fuel consumption and fuel consumption per 100 km. the test results show that this test method is easy to use, and relative error of test data is less than 15% ; and the system has no lag of signal reading, showing good dynamic property and has adv

4、antages of smaller size, lower cost, ease of operation and repair as compared with other fuel consumption gauges.key words：electronic control fuel injection system, transient fuel consumption, test油含碳量在燃燒前后不變這一質(zhì)量守恒原理，只要前言1將測出的單位時(shí)間內(nèi)尾氣含碳量與單位體積內(nèi)燃油含碳量相比，即可計(jì)算出燃油消耗量。燃油消耗量是汽車的重要經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之一，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確、迅速的測量和顯示十分關(guān)鍵

5、。 目前， 汽車即時(shí)油耗是以某一個(gè)時(shí)間段（10 s 或 15 s）內(nèi)油 耗的平均值作為計(jì)算顯示結(jié)果， 一般利用渦輪流量瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)主要采用間接測量方法。其利用噴油器的噴油時(shí)間與噴油量存在的線性關(guān)系來計(jì)算瞬時(shí)燃油消耗量， 再利用汽車車速信號(hào)來計(jì)算傳感器來測量進(jìn)、回油管道的燃油流量1的差值。國汽車即時(shí)百公里油耗。方案如圖 1 所示。瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)外一些燃油即時(shí)顯示系統(tǒng)一般采取在某一時(shí)間段的基本噴射時(shí)間作為采樣標(biāo)準(zhǔn)來估算燃油消耗， 并不 是真正定義上的即時(shí)油耗。 本文根據(jù)噴油器的噴油 時(shí)間信號(hào)2 與噴油量之間的關(guān)系， 利用車速信號(hào)計(jì) 算燃油噴射量和百公里燃油消耗量。噴油時(shí)間 信號(hào)采集燃

6、油噴射控制信號(hào)微機(jī) 處理 系統(tǒng)輸出顯示車速信號(hào) 采集輪速傳感器圖 1瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案油耗檢測方法2瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)33.1測定燃料消耗量的方法通常有直接測量法和間接測量法3。 直接測量法需要拆開汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油路， 然后接入流量測量設(shè)備直接測得燃料消耗量； 間接 測量法主要是碳平衡法，不拆解發(fā)動(dòng)機(jī)油路，根據(jù)汽硬件設(shè)計(jì)瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)以 at89s8252 單片機(jī)為控制核心，由噴油器脈沖信號(hào)采集系統(tǒng)、汽車輪速傳感試驗(yàn)測試器、顯示模塊、電源模塊及鍵盤控制模塊等組成。瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)選用 amtel 公 司 生 產(chǎn) 的at89s8252-24ai 單片機(jī)，可完全滿足油耗測量系統(tǒng)式中，k0 為

7、噴油器特性參數(shù)，l/s，由試驗(yàn)標(biāo)定。由公式（1）和式（2）可得：qd=k0dt（3）的需要，單片機(jī)系統(tǒng)如圖 2 所示。該芯片具有以下信號(hào)采集噴油信號(hào)采集是在不影響燃油控制系統(tǒng)正常工 作的前提下獲取燃油噴油信號(hào)， 即噴油脈沖時(shí)間信3.2.2功能：8 k 快速擦除和寫入程序存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)軟件的在線調(diào)試功能；2 k 的 e2prom 提高了存儲(chǔ)容量；256 字節(jié)的 ram；32 條可編程的 i/o 端口；2 個(gè)外部 中斷源；3 級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定功能；工作電壓為46 v；spi 接口；watchdog 定時(shí)器；電源下降的中斷 和恢復(fù)功能；3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。號(hào)。 噴油信號(hào)可從噴油器連接線采

8、集，也可從電控單元 ecu 控制管腳處采集，如圖 3 所示。瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)通過噴油器與 ecu 控制單元的連接線來獲得噴油信號(hào)。氣缸上止點(diǎn)信號(hào) 曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)ig 傳感器汽車電源電壓處理lcd 顯示脈沖時(shí)間 脈沖頻率g2g- a/dne e1amtel單片機(jī)at89s8252-24ai輪 速 傳 感 器 信號(hào)輪速信號(hào)處理no.1no.2no.3no.4噴油器信 號(hào)采集點(diǎn)火開關(guān)鍵盤控制噴油器脈沖 信號(hào)采集信號(hào)處理電路圖 2瞬時(shí)油耗單片機(jī)系統(tǒng)示意e01e02該測量系統(tǒng)由車載蓄電池向單片機(jī) at89s8252供電，噴油器信號(hào)直接從噴油器電路獲得，車速信號(hào) 采用輪速傳感器信號(hào)。 噴油器信號(hào)經(jīng)過 a/t

9、 信號(hào)處 理后與車速信號(hào)一同接入單片機(jī)， 經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算 得到各項(xiàng)油耗的實(shí)際值，最后通過顯示模塊輸出。噴油器no.1no.2 no.3no.4圖 3噴油器信號(hào)采集位置示意瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)總的噴油量可根據(jù)此噴油信號(hào)計(jì)算，即測量原理通過測量噴油時(shí)間信號(hào)和車速信號(hào)， 利用噴油 器的噴油時(shí)間與噴油量存在的線性關(guān)系來計(jì)算噴油 量，再利用車速信號(hào)來計(jì)算汽車即時(shí)百公里油耗。電控燃油噴射系統(tǒng)利用電磁噴油器直接向各缸 進(jìn)氣門附近（ 多點(diǎn)噴射） 或進(jìn)氣總管（ 單點(diǎn)噴射） 噴 油。3.2q=kqd=k k0 dt式中，k 為噴油器個(gè)數(shù)。（4）信號(hào)處理單位時(shí)間內(nèi)燃油消耗量 y 為：y=3 600kk0 dt/s式中，

10、s 為計(jì)時(shí)時(shí)間（一般設(shè)置為 230 s）。百公里燃油消耗量 qk 為：qk=qn/n3.2.3（5）噴油量與噴油時(shí)間的關(guān)系單個(gè)噴油器噴油量 qd 的計(jì)算式為：3.2.1（6）式中，n 為計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)輪速傳感器的脈沖個(gè)數(shù)；n 為每 100 km 輪速傳感器的脈沖個(gè)數(shù)。qd=fdt 姨2gd（pa-pb）（1）式中， 為噴油器的流量系數(shù)；f 為噴油嘴的面積；g為 重 力 加 速 度 ；dt 為噴油器開啟時(shí)間 ；d 為 燃 料 密 度；pa 為燃油壓力；pb 為進(jìn)氣壓力。對(duì)于特定型號(hào)的噴油器，其流量系數(shù) 和噴嘴軟件設(shè)計(jì)方案4軟件系統(tǒng)包括信號(hào) a/d 轉(zhuǎn)換模塊、噴油時(shí)間和車速數(shù)據(jù)采集模塊、中斷控制、數(shù)據(jù)

11、處理和顯示模塊等。通過數(shù)據(jù)連接線將采集的噴油器電壓信號(hào)和輪 速傳感器信號(hào)經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后送至數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù) 據(jù)采集模塊根據(jù)預(yù)定值域采集噴油時(shí)間信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)面積 f 均為恒定值。燃油噴射系統(tǒng)由于燃油壓力調(diào)節(jié)器的作用， 使噴油器的燃油壓力與進(jìn)氣歧管的壓力差（pa-pb）保持恒定，所以噴油器的噴油量 qd 僅與 開閥時(shí)間 dt 成正比，因此每次燃燒需要的燃油量可 通過噴油器噴油時(shí)間來確定。令噴油器噴油時(shí)間的采集；同時(shí)通過輪速傳感器采集車速信號(hào)，采集時(shí)間達(dá)到預(yù)定采樣時(shí)間時(shí)進(jìn)行中斷處理。 數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 計(jì)算百公里油耗量和即時(shí)油耗，通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。軟件設(shè)計(jì)流程如圖 4 所示

12、。汽 車 技 術(shù)k0=f 姨2gd（pa-pb）（2） 44 microcomputer試驗(yàn)測試引起誤差的主要原因有以下幾方面。開始由于噴油信號(hào)的脈沖寬度和噴油器開啟的a.時(shí)間寬度存在一定的時(shí)間差異（見圖 5），在電壓一定時(shí)，每個(gè)脈沖的遲滯時(shí)間是一定的，這在軟件設(shè)計(jì) 過程中可以得到解決。 而蓄電池電壓值波動(dòng)也會(huì)影 響噴油器的開啟速度，電壓高則噴油器開啟速度快，系統(tǒng)自檢及初始化外部中斷子程序噴油器脈沖電 壓 信號(hào)整形和 a/d 轉(zhuǎn)換累計(jì)噴油器脈沖時(shí)間和 輪速傳感器脈沖個(gè)數(shù)電壓低則噴油器開啟速度慢，但由于蓄電池在實(shí)際yinto 外部中斷？n工作中電壓波動(dòng)較小，因而對(duì)測量精度影響較小。延遲時(shí)間 噴油

13、信號(hào) 開噴油器脈沖個(gè)數(shù)加 1n定時(shí)溢出中斷？y計(jì) 算 即 時(shí) 油 耗 和 百公里油耗中斷返回關(guān)開關(guān)噴油器開啟轉(zhuǎn) 換 數(shù) 據(jù) 輸 出 液 晶顯示圖 5噴油器開啟和噴油信號(hào)之間的關(guān)系b.為節(jié)約成本， 測試時(shí)通過測量 1 個(gè)噴油器的噴油信號(hào)值來代替其它噴油器的值進(jìn)行燃油消耗返回主程序的計(jì)算，由于各噴油器之間存在性能差異和特性不圖 4瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程穩(wěn)定等原因， 會(huì)給測量結(jié)果造成一定的誤差。由于測試和數(shù)據(jù)分析5此項(xiàng)影響較大，在更換噴油器時(shí)要對(duì)噴油器性能作燃油消耗量將桑塔納時(shí)代超人車輛為對(duì)象在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn) 轉(zhuǎn)條件下（ 轉(zhuǎn)速為 3 000 r/min 左右） 測量燃油消耗 量。 以噴油脈沖信號(hào)

14、為輸入信號(hào)， 在發(fā)動(dòng)機(jī)載荷一 定的情況下， 調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度測得在不同轉(zhuǎn)速下的 燃油消耗量，數(shù)據(jù)如表 1 所列。相應(yīng)的檢測， 根據(jù)噴油器的性能參數(shù)改變?nèi)加陀?jì)算參數(shù)，從而達(dá)到減小誤差的目的。51由 于噴油信號(hào)的數(shù)據(jù)采集來源于發(fā)動(dòng)機(jī) c.ecu 對(duì)噴油器的執(zhí)行信號(hào)，并通過瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析處理， 該軟件在開發(fā)設(shè)計(jì)過程中 對(duì)實(shí)時(shí)處理上的一些不足可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的誤 差，尤其是對(duì)噴油延遲時(shí)間的處理上還有待于提高。表 1不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的燃油消耗量和誤差百公里燃油消耗量以桑塔納 2000 為試驗(yàn)車輛進(jìn)行道路即時(shí)油耗試 驗(yàn)，車速信號(hào)和噴油脈沖信號(hào)為輸入信號(hào)，測得的瞬時(shí)52燃油消耗量和即時(shí)百公里油

15、耗見表 2。將瞬時(shí)油耗隨車速的變化曲線與利用 fp-2104h 型流量計(jì)測得的瞬時(shí)油耗隨車速的變化曲線相比較，如圖 6 所示。從表 2 和圖 6 可看出，瞬時(shí)油耗檢測快捷，能直觀地反映燃油和車速的變化規(guī)律。由圖 6 可看出，瞬時(shí)油耗檢側(cè)法能更詳細(xì)地描述汽車的燃油消耗和汽車速度及擋位的變化。 在曲線 1 中有 3 個(gè)變化拐點(diǎn)，這是由于汽車在行駛過程中擋位變化而引起的燃油消耗量的特殊變化。 曲線 2 比較平滑說明普通油耗儀測量同步性能差，測量結(jié)果只是較長時(shí)間內(nèi)由表 1 可知，該瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)測量的最大的平均值， 由于 fp-2104h 型流量計(jì)測量時(shí)采用 2個(gè)不同因數(shù)的流量傳感器， 所以其系統(tǒng)產(chǎn)

16、生的壓力 就大，再加上操作上較難控制，人為誤差也較大，實(shí) 測結(jié)果比實(shí)際值偏低。 45 絕對(duì)誤差為 0.06 l/h，絕對(duì)誤差較??；最大相對(duì)誤差為 1.25% ， 殘差平方和為 0.011 7 l2/h2， 相 對(duì) 誤 差 和 殘差平方和都較小，說明測量系統(tǒng)穩(wěn)定性較高。2011 年 第 7 期次 數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/rmin-1采樣時(shí)間/s噴油時(shí)間/ms燃油消耗/lh-1實(shí)際耗油量/lh-1相對(duì)誤差/%絕對(duì)誤差/lh-113 001303 7014.624.630.240.0123 000303 6994.624.650.720.0333 004303 7034.624.681.250.0642 99

17、8303 6944.614.620.210.0153 003303 7704.714.670.760.0463 002303 7214.644.71.180.0673 001303 7334.664.670.230.0183 004303 7684.704.680.480.0292 999303 7324.664.630.590.03103 002303 7204.644.620.500.02試驗(yàn)測試從試驗(yàn)結(jié)果可知， 該裝置能很好地即時(shí)顯示燃油消耗量和百公里油耗量， 顯示時(shí)間每 3 s 更新 1 次（可設(shè)為更高的更新率），能及時(shí)反映各種不同工 況下的燃油消耗狀況。表 2不同車速下的瞬時(shí)燃油消耗

18、和即時(shí)百公里油耗結(jié)束語6設(shè)計(jì)了一種以 at89s8252 單片機(jī)為核心的汽車瞬時(shí)油耗檢測系統(tǒng)，測試和數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明：該系統(tǒng)直接通過采集電控噴油器控制信號(hào)a.找出噴油量和控制信號(hào)之間的關(guān)系，進(jìn)而求得發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量，方法簡單，相對(duì)誤差小于 1.5%。所用測量裝置與其它油耗儀相比具有體積b.小、成本低、連接操作方便、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)。c.脈沖信號(hào)讀取無滯后，動(dòng)態(tài)特性好，對(duì)于瞬 變工況油耗的測量具有優(yōu)越性。參 考 文 獻(xiàn)付 百 學(xué) ， 于 春 鵬 ， 張 德 生 . 汽車油耗檢測方法研究 . 黑 龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（2）：47.黃河. 汽車電噴系統(tǒng)基本原理. 上海： 上海交通

19、大學(xué)出版 社，2003.黎國仲. 電噴發(fā)動(dòng)機(jī)油耗道路試驗(yàn)方法的完善. 汽車研究 與開發(fā)，2000 （4）.王磊， 朱達(dá)力. 用測量脈寬方法計(jì)量電控噴射汽車油耗 的試驗(yàn)研究.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2006（1）.（責(zé)任編輯 文 楫）修改稿收到日期為 2011 年 6 月 8 日。111109876543210瞬時(shí)油耗檢測曲線 123fp-2140h 型流量計(jì) 測量曲線 240 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110車速/kmh-1圖 6瞬時(shí)油耗隨車速的變化曲線（上接第35 頁）b.經(jīng)過加工、裝配和測試，本文電池包設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為其他純電動(dòng)汽車電池包設(shè)計(jì)提供了參考。應(yīng)力/mpa33531329026824622320117915613411289.367.044.722.30c.在保證安全系數(shù)不變的前提下，電池包裝335配時(shí)的快速更換方法和固定方式需進(jìn)一步優(yōu)化。d.純電動(dòng)汽車在總布置、安全性和 nvh 性能等方面有很多新的要求。 此外，電機(jī)體積比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)體積小，布置靈活性更大，相應(yīng)懸架和底盤設(shè)計(jì)的發(fā)揮空間也更大。 未來可專門針對(duì)純電