汽车瞬时油耗检测方法与试验分析

1、汽车瞬时油耗检测方法与试验分析姚焕新（宁波工程学院）【摘要】设计了以 at89s8252 单片机为核心的汽车瞬时油耗检测系统，该系统利用汽车喷油器脉冲宽度信号和车速传感器信号检测瞬时燃油消耗量，并具有瞬时油耗和百公里油耗实时显示功能。 测试结果表明，该检测方法简 单，检测数据相对误差小于 15%；信号读取无滞后，系统动态特性好，与其它油耗仪相比具有体积小、成本低、操作和 维修方便等优点。主题词：电控燃油喷射系统瞬时油耗检测中图分类号：u467.4+98文献标识码：a文章编号：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油含碳量在燃烧前后不变这一质量守恒原理，只要前言1将测出的单位时间内尾气含碳量与单位体积内燃油含碳量相比，即可计算出燃油消耗量。燃油消耗量是汽车的重要经济性能指标之一，对其进行准确、迅速的测量和显示十分关键

5、。 目前， 汽车即时油耗是以某一个时间段（10 s 或 15 s）内油 耗的平均值作为计算显示结果， 一般利用涡轮流量瞬时油耗测量系统主要采用间接测量方法。其利用喷油器的喷油时间与喷油量存在的线性关系来计算瞬时燃油消耗量， 再利用汽车车速信号来计算传感器来测量进、回油管道的燃油流量1的差值。国汽车即时百公里油耗。方案如图 1 所示。瞬时油耗测量系统整体设计外一些燃油即时显示系统一般采取在某一时间段的基本喷射时间作为采样标准来估算燃油消耗， 并不 是真正定义上的即时油耗。 本文根据喷油器的喷油 时间信号2 与喷油量之间的关系， 利用车速信号计 算燃油喷射量和百公里燃油消耗量。喷油时间 信号采集燃

6、油喷射控制信号微机 处理 系统输出显示车速信号 采集轮速传感器图 1瞬时油耗测量系统整体设计方案油耗检测方法2瞬时油耗测量系统33.1测定燃料消耗量的方法通常有直接测量法和间接测量法3。 直接测量法需要拆开汽车发动机油路， 然后接入流量测量设备直接测得燃料消耗量； 间接 测量法主要是碳平衡法，不拆解发动机油路，根据汽硬件设计瞬时油耗测量系统以 at89s8252 单片机为控制核心，由喷油器脉冲信号采集系统、汽车轮速传感试验测试器、显示模块、电源模块及键盘控制模块等组成。瞬时油耗测量系统选用 amtel 公 司 生 产 的at89s8252-24ai 单片机，可完全满足油耗测量系统式中，k0 为

7、喷油器特性参数，l/s，由试验标定。由公式（1）和式（2）可得：qd=k0dt（3）的需要，单片机系统如图 2 所示。该芯片具有以下信号采集喷油信号采集是在不影响燃油控制系统正常工 作的前提下获取燃油喷油信号， 即喷油脉冲时间信3.2.2功能：8 k 快速擦除和写入程序存储器可实现软件的在线调试功能；2 k 的 e2prom 提高了存储容量；256 字节的 ram；32 条可编程的 i/o 端口；2 个外部 中断源；3 级程序存储器加密锁定功能；工作电压为46 v；spi 接口；watchdog 定时器；电源下降的中断 和恢复功能；3 个 16 位定时/计数器。号。 喷油信号可从喷油器连接线采

8、集，也可从电控单元 ecu 控制管脚处采集，如图 3 所示。瞬时油耗测量系统通过喷油器与 ecu 控制单元的连接线来获得喷油信号。气缸上止点信号 曲轴转速信号ig 传感器汽车电源电压处理lcd 显示脉冲时间 脉冲频率g2g- a/dne e1amtel单片机at89s8252-24ai轮 速 传 感 器 信号轮速信号处理no.1no.2no.3no.4喷油器信 号采集点火开关键盘控制喷油器脉冲 信号采集信号处理电路图 2瞬时油耗单片机系统示意e01e02该测量系统由车载蓄电池向单片机 at89s8252供电，喷油器信号直接从喷油器电路获得，车速信号 采用轮速传感器信号。 喷油器信号经过 a/t

9、 信号处 理后与车速信号一同接入单片机， 经过单片机运算 得到各项油耗的实际值，最后通过显示模块输出。喷油器no.1no.2 no.3no.4图 3喷油器信号采集位置示意瞬时油耗测量系统总的喷油量可根据此喷油信号计算，即测量原理通过测量喷油时间信号和车速信号， 利用喷油 器的喷油时间与喷油量存在的线性关系来计算喷油 量，再利用车速信号来计算汽车即时百公里油耗。电控燃油喷射系统利用电磁喷油器直接向各缸 进气门附近（ 多点喷射） 或进气总管（ 单点喷射） 喷 油。3.2q=kqd=k k0 dt式中，k 为喷油器个数。（4）信号处理单位时间内燃油消耗量 y 为：y=3 600kk0 dt/s式中，

10、s 为计时时间（一般设置为 230 s）。百公里燃油消耗量 qk 为：qk=qn/n3.2.3（5）喷油量与喷油时间的关系单个喷油器喷油量 qd 的计算式为：3.2.1（6）式中，n 为计时时间内轮速传感器的脉冲个数；n 为每 100 km 轮速传感器的脉冲个数。qd=fdt 姨2gd（pa-pb）（1）式中， 为喷油器的流量系数；f 为喷油嘴的面积；g为 重 力 加 速 度 ；dt 为喷油器开启时间 ；d 为 燃 料 密 度；pa 为燃油压力；pb 为进气压力。对于特定型号的喷油器，其流量系数 和喷嘴软件设计方案4软件系统包括信号 a/d 转换模块、喷油时间和车速数据采集模块、中断控制、数据

11、处理和显示模块等。通过数据连接线将采集的喷油器电压信号和轮 速传感器信号经 a/d 转换后送至数据采集模块，数 据采集模块根据预定值域采集喷油时间信号， 实现面积 f 均为恒定值。燃油喷射系统由于燃油压力调节器的作用， 使喷油器的燃油压力与进气歧管的压力差（pa-pb）保持恒定，所以喷油器的喷油量 qd 仅与 开阀时间 dt 成正比，因此每次燃烧需要的燃油量可 通过喷油器喷油时间来确定。令喷油器喷油时间的采集；同时通过轮速传感器采集车速信号，采集时间达到预定采样时间时进行中断处理。 数据处理模块对采集的数据进行处理， 计算百公里油耗量和即时油耗，通过显示模块实时显示。软件设计流程如图 4 所示

12、。汽 车 技 术k0=f 姨2gd（pa-pb）（2） 44 microcomputer试验测试引起误差的主要原因有以下几方面。开始由于喷油信号的脉冲宽度和喷油器开启的a.时间宽度存在一定的时间差异（见图 5），在电压一定时，每个脉冲的迟滞时间是一定的，这在软件设计 过程中可以得到解决。 而蓄电池电压值波动也会影 响喷油器的开启速度，电压高则喷油器开启速度快，系统自检及初始化外部中断子程序喷油器脉冲电 压 信号整形和 a/d 转换累计喷油器脉冲时间和 轮速传感器脉冲个数电压低则喷油器开启速度慢，但由于蓄电池在实际yinto 外部中断？n工作中电压波动较小，因而对测量精度影响较小。延迟时间 喷油

13、信号 开喷油器脉冲个数加 1n定时溢出中断？y计 算 即 时 油 耗 和 百公里油耗中断返回关开关喷油器开启转 换 数 据 输 出 液 晶显示图 5喷油器开启和喷油信号之间的关系b.为节约成本， 测试时通过测量 1 个喷油器的喷油信号值来代替其它喷油器的值进行燃油消耗返回主程序的计算，由于各喷油器之间存在性能差异和特性不图 4瞬时油耗测量系统软件设计流程稳定等原因， 会给测量结果造成一定的误差。由于测试和数据分析5此项影响较大，在更换喷油器时要对喷油器性能作燃油消耗量将桑塔纳时代超人车辆为对象在发动机正常运 转条件下（ 转速为 3 000 r/min 左右） 测量燃油消耗 量。 以喷油脉冲信号

14、为输入信号， 在发动机载荷一 定的情况下， 调节节气门开度测得在不同转速下的 燃油消耗量，数据如表 1 所列。相应的检测， 根据喷油器的性能参数改变燃油计算参数，从而达到减小误差的目的。51由 于喷油信号的数据采集来源于发动机 c.ecu 对喷油器的执行信号，并通过瞬时油耗测量系统的软件进行分析处理， 该软件在开发设计过程中 对实时处理上的一些不足可能导致计算结果的误 差，尤其是对喷油延迟时间的处理上还有待于提高。表 1不同发动机转速下的燃油消耗量和误差百公里燃油消耗量以桑塔纳 2000 为试验车辆进行道路即时油耗试 验，车速信号和喷油脉冲信号为输入信号，测得的瞬时52燃油消耗量和即时百公里油

15、耗见表 2。将瞬时油耗随车速的变化曲线与利用 fp-2104h 型流量计测得的瞬时油耗随车速的变化曲线相比较，如图 6 所示。从表 2 和图 6 可看出，瞬时油耗检测快捷，能直观地反映燃油和车速的变化规律。由图 6 可看出，瞬时油耗检侧法能更详细地描述汽车的燃油消耗和汽车速度及挡位的变化。 在曲线 1 中有 3 个变化拐点，这是由于汽车在行驶过程中挡位变化而引起的燃油消耗量的特殊变化。 曲线 2 比较平滑说明普通油耗仪测量同步性能差，测量结果只是较长时间内由表 1 可知，该瞬时油耗测量系统测量的最大的平均值， 由于 fp-2104h 型流量计测量时采用 2个不同因数的流量传感器， 所以其系统产

16、生的压力 就大，再加上操作上较难控制，人为误差也较大，实 测结果比实际值偏低。 45 绝对误差为 0.06 l/h，绝对误差较小；最大相对误差为 1.25% ， 残差平方和为 0.011 7 l2/h2， 相 对 误 差 和 残差平方和都较小，说明测量系统稳定性较高。2011 年 第 7 期次 数发动机转速/rmin-1采样时间/s喷油时间/ms燃油消耗/lh-1实际耗油量/lh-1相对误差/%绝对误差/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试验测试从试验结果可知， 该装置能很好地即时显示燃油消耗量和百公里油耗量， 显示时间每 3 s 更新 1 次（可设为更高的更新率），能及时反映各种不同工 况下的燃油消耗状况。表 2不同车速下的瞬时燃油消耗

18、和即时百公里油耗结束语6设计了一种以 at89s8252 单片机为核心的汽车瞬时油耗检测系统，测试和数据处理结果表明：该系统直接通过采集电控喷油器控制信号a.找出喷油量和控制信号之间的关系，进而求得发动机耗油量，方法简单，相对误差小于 1.5%。所用测量装置与其它油耗仪相比具有体积b.小、成本低、连接操作方便、维修简单等优点。c.脉冲信号读取无滞后，动态特性好，对于瞬 变工况油耗的测量具有优越性。参 考 文 献付 百 学 ， 于 春 鹏 ， 张 德 生 . 汽车油耗检测方法研究 . 黑 龙江工程学院学报（自然科学版），2010，24（2）：47.黄河. 汽车电喷系统基本原理. 上海： 上海交通

19、大学出版 社，2003.黎国仲. 电喷发动机油耗道路试验方法的完善. 汽车研究 与开发，2000 （4）.王磊， 朱达力. 用测量脉宽方法计量电控喷射汽车油耗 的试验研究.农业与技术，2006（1）.（责任编辑 文 楫）修改稿收到日期为 2011 年 6 月 8 日。111109876543210瞬时油耗检测曲线 123fp-2140h 型流量计 测量曲线 240 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110车速/kmh-1图 6瞬时油耗随车速的变化曲线（上接第35 页）b.经过加工、装配和测试，本文电池包设计达到预期目标，为其他纯电动汽车电池包设计提供了参考。应力/mpa33531329026824622320117915613411289.367.044.722.30c.在保证安全系数不变的前提下，电池包装335配时的快速更换方法和固定方式需进一步优化。d.纯电动汽车在总布置、安全性和 nvh 性能等方面有很多新的要求。 此外，电机体积比传统内燃机体积小，布置灵活性更大，相应悬架和底盘设计的发挥空间也更大。 未来可专门针对纯电