基于CAN總線的燃油液位顯示設計

王龍

摘 要：對燃油車燃油液位顯示全新設計和匹配，通過CAN總線方式實現燃油液位數據的發送和顯示，并通過整車試驗驗證確保設計滿足客戶使用需求。

關鍵詞：CAN;燃油液位;ECU;油位匹配

燃油液位是傳統汽車乃至混合動力車型必不可少的一個顯示單元，通常設計在整車儀表總成上顯示，可以使用戶方便直觀的了解到可用燃油狀況，從而大致判斷汽車可供行駛的剩余里程，也可以為用戶前往加油站的時間提供參考。

傳統燃油液位顯示設計一般采用硬線直接相連，將燃油泵上集成的油位傳感器信號直接接入整車儀表總成。隨著油箱內部油量的變化，油位傳感器的浮子會上下浮動，而油位傳感器相當于一個滑動變阻器，浮子上下浮動會使它兩端的電阻也會產生相應的變化，在儀表內部提供適配阻值的電阻和5V電壓與油位傳感器形成回路，通過測量油位傳感器兩端的電壓信號得出燃油液位高低，進而轉換為儀表上的燃油液位顯示。

1 整車CAN總線介紹

CAN-BUS即CAN總線技術，全稱為“控制器局域網總線技術（Controller Area Network-BUS）”。Can-Bus總線技術最早被用于飛機、坦克等武器電子系統的通訊聯絡上。將這種技術用于民用汽車最早起源于歐洲，在汽車上這種總線網絡用于車上各種控制單元的數據傳輸。相較傳統的布線方式數據傳送速度更高，同時也大大節省了線束，降低成本，降低車重，線束布置也得到了優化。

整車CAN網絡拓撲圖如下：

術語解釋：

ABS： Anti-Lock Braking System 防抱死制動系統

ESP：Electronic Stability Program 車身電子穩定系統

ECU： Electronic Control Unit 電子控制單元，又稱“行車電腦”

ICU： Instrument Cluster Unit 儀表板單元

SAS： Steering Angle Sensor 方向盤轉角傳感器

TPMS： Tire Pressure Monitor System 胎壓監測系統

原理介紹：將油泵上集成的油位傳感器通過硬線接入ECU相關回路中，通過高性能的32位微控制器（MCU）可以準確計算燃油箱中燃油液位，然后再將燃油液位信號發送到CAN總線上，整車儀表便可通過CAN總線接收相關信號，從而將燃油液位顯示出來。

2 儀表燃油液位顯示設計

儀表燃油液位顯示總共分為十格，每格顯示油量為10%，前八格為白色顯示，后兩格為紅色顯示，當燃油消耗至最后兩格紅格時，兩紅格開始閃爍顯示，閃爍頻率：1Hz，用以提示用戶燃油不足。

參考SAE J1939-71 2012確定ECU發送報文名稱：燃油液位（Fuel Level）;

報文ID：0x18FEFC00—BYTE2：比例：0.4%/bit，偏移量：0。

3 燃油箱油位匹配設計

某項目車型采用燃油箱總成額定容積為43L，根據燃油箱高度-容積曲線和燃油泵總成V-H-R特性，匹配油位設計如下：

4 匹配設計注意事項

（1）油位傳感器在與ECU端通過線束連接時，信號的干擾可能會造成ECU接收信號不準確。為避免整車地線對油位信號的干擾，需要將油位傳感器的信號線和地線直接接入ECU內部，使油位傳感器電路形成單獨回路，同時中間過程也要盡量減少插接件的轉接，以免因插接件接觸不良等原因導致的信號干擾失真。

（2）對于燃油液位的顯示也要考慮到提前量，即提前顯示滿油和提前顯示缺油，根據汽車使用經驗，通常燃油液位滿格時燃油量為油箱額定容積的90%左右，燃油液位最低位置時燃油量為油箱額定容積的10%左右，燃油液位低報警時燃油量為油箱額定容積的20%左右，設置相應的提前量，可以對整個燃油系統的系統誤差進行一定程度覆蓋，包括燃油箱總成的設計制造誤差、燃油品質不同造成的傳感器測量誤差、整車線束轉接造成的內阻等。

（3）由于采用CAN總線方式傳輸數據，整車線束中的CAN線必須采用屏蔽雙絞線， ECU和ICU需配置為含CAN總線端節電阻，端節電阻為120Ω，為提高通訊品質，選用多緩沖（接收和發送都需要）的CAN控制器芯片;數據鏈路層的規定按照J1939的相關規定，采用Intel格式，波特率設置為500kb/s。

（4）由于ECU實時采集油位傳感器信號，并將燃油液位信號實時發送至ICU。但是在汽車行駛過程中，如若遇到上下坡或急轉彎時，燃油箱中油位傳感器浮子必然會產生較大變動，如果按照上述實時狀態顯示的話，必然會使用戶產生一定誤判，所以需要在ICU內部對油位信號增加相應的阻尼設計，避免燃油液位在特殊駕駛工況下顯示突變。

5 試驗驗證

選用一臺整備質量為1150kg的微卡車型，將車輛加油至燃油箱額定容積43L，然后在一般公路上進行整車空載燃油液位顯示準確性測試，直至燃油耗盡。測試數據如下：

通過以上數據可知，整車燃油液位顯示提前量可按照設計要求實現，中間段燃油液位對應行駛里程基本相同，滿足設計預期。同時在整車行駛測試工況中包含上下坡和轉彎路況，儀表上燃油液位顯示正常，未產生突變。

6 總結

通過在某國六車型上對燃油液位顯示進行CAN總線設計，得出以下結論：

（1）燃油液位作為燃油箱油量的一個指示標志，其設計優化需要將涉及到的ECU、ICU、線束以及用戶的使用體驗統統囊括其中，從系統層面綜合考慮才能實現最終目的。

（2）通過采用CAN總線方式，優化了系統的線束布置，從而降低了整車成本。

（3）整車采用CAN總線通信方式傳輸數據為后期匹配開發新功能打下了基礎，減少了后期的開發周期和成本。

參考文獻：

[1]SAE J 1939-71-2012 Vehicle Application Layer.