汽車續航里程變化過快問題及剩余油量濾波方法討論

成 瀚， 邱 濤， 毛曉棟

（1.上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000；2.泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

汽車儀表是整車與駕駛員間溝通的橋梁，車輛信息如發動機轉速、水溫、車速等信息均會在汽車儀表上顯現。續航里程作為汽車儀表顯示主要的組成部分，一直受到駕駛員重點關注，續航里程計算的不準確性，將直接影響駕駛員對車輛狀態的判斷，引起駕駛員很大的抱怨。

針對某造車過程中出現了續航里程變化過快的情況，通過錄取問題時CAN總線數據加以分析。本文將從續航里程定義、油量油耗對比和剩余油量濾波3個方面對續航里程變化過快的問題進行分析，并討論了一階濾波是否可以彌補極端工況下油量快速變化的情況。

1 續航里程

車輛續航里程決定于整車剩余油量除以百公里平均油耗，駕駛員的行駛習慣對續航里程也有一定影響。百公里平均油耗是根據車輛累計行駛里程除以累計油量消耗計算得出的［1，2］。整車剩余油量等于剩余油量百分比乘以油箱容積。其中，剩余油量百分比由油箱中油位傳感器采集油位電信號傳給發動機控制模塊，發動機控制模塊通過對油位傳感器電信號AD轉換 （Analog-Digital），將模擬信號轉換成數字信號，計算后將剩余油量百分比信號放到CAN總線上，組合儀表會對剩余油量百分比信號進行采樣后參與續航里程的計算。

2 剩余油量和累計油耗對比

該項目車動態測試過程中，組合儀表上整車續航里程出現了變化過快的情況，通過對續航里程影響因素的理解，對錄取到的總線報文上剩余油量百分比信號和實時噴油量信號進行了計算分析。圖1為剩余油量和累計燃油消耗量的變化圖，剩余油量和累計燃油消耗量沒有直接的相關性，一定程度上反應了剩余油量信號的不準確性，根據實時噴油量計算出的該工況下的累計燃油消耗量約為0.15 L，該車油箱容積為36 L，實際變化率為0.4%。由于當時累計的油耗值無法得知，但以平均油耗5 L／100 km計算，1 km里程增量對應油量變化應只有0.1%，與實際接收到的信號值差異很大，剩余油量最大差異達到1.4%，150 s快速變化過程中會出現至少15~20 km的續航里程變化。

圖1 剩余油量百分比和累計燃油消耗對比圖

3 剩余油量濾波

從上文可以看出發動機控制模塊發出的剩余油量百分比信號存在較為明顯的波動，組合儀表端對于采集的剩余油量百分比信號一般不做處理。但為了消除油量波動影響，在組合儀表端增加一階低通濾波，該濾波對周期性干擾具有良好的抑制作用，探討該方法對剩余油量百分比信號變化過快的情況下進行濾波處理是否有效符合實際工況。

式中：Yn——本次輸出值；Yn-1——上一次輸出值；Xn——本次采樣值；k——濾波平滑系數。

根據不同的k值對剩余油量百分比信號進行濾波處理，該段信號波動在29%~31%，波動約為2%，不同濾波系數下（k=0.35，k1=0，k8=0.7，k11=1.0），剩余油量百分比曲線差異不明顯，一階低通濾波下的曲線還是反應了整車剩余油量變化的趨勢，只是對變化過快的部分情況進行了平滑，無法避免續航里程快速變化的情況 （圖2），只有在電信號轉換成數字信號前加上濾波處理才能從根本上解決剩余油量變化過快的問題。

圖2 不同濾波系數下實車剩余油量百分比曲線圖

但同時可以看出在極端情況下剩余油量快速從30.5%降到26%時，濾波系數k為0.3~0.4時，濾波后的剩余油量百分比信號比較平滑 （圖3），更有利于續航里程的計算和顯示，以免續航里程波動太快造成駕駛員抱怨。

圖3 不同濾波系數下極端情況剩余油量百分比曲線圖

為了避免剩余油量劇烈變化引起的續航里程跳變，應充分考慮整車晃動、路面不平整性引起油箱高度傳感器浮子串動，滑動電阻值快速變化。建立合適燃油波動模型［3］和信號采樣策略［4］，對電阻值信號到數字信號進行濾波處理，從信號源頭根本上解決續航里程跳變的問題。

4 結論

剩余油量信號穩定變化是續航里程計算的根本要素，本文根據續航里程定義，對比了缺陷車剩余油量和累計噴油量，續航里程變化過快時二者間相關性不大。剩余油量百分比信號增加一階低通濾波后，無法改變剩余油量變化的趨勢，應在油量電信號轉為數字信號增加相應濾波。濾波系數在0.3~0.4間時，剩余油量信號較為平滑，更有利于續航里程的計算和顯示，以免續航里程波動太快造成駕駛員抱怨。