专利名称：车载燃油消耗量实时测量与显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车燃油消耗量实时测量与显示装置，尤其是涉及装有电子控制燃油喷射式发动机的汽车燃油消耗量的实时测量与显示装置。
背景技术：
随着汽车保有量的快速増加，石油(汽油、柴油)等非可再生资源逐渐减少，人们环境保护意识逐渐加强，汽车エ业节能减排势在必行。而燃油的节省不仅与车辆本身的低油耗特性有关，还与驾驶员的驾驶行为与驾驶技能有直接关系。目前，少数电喷汽油车上配有燃油消耗实时显示装置，通过此装置驾驶员可以实时了解车辆的油耗，有助于驾驶员规范自己的驾驶行为，提高驾驶技能。但是这些装置是专车专用的，不具有通用性，不能应用于其它车辆，另外这样的装置对驾驶员不规范的驾驶行为不具有监管与提示作用。
在中国专利局公开的资料中，有一些关于车辆燃油消耗測量与/或显示方法与/或装置中，如万茂松等人(200710024771.4-电控汽油机燃油耗量测量方法)通过在发动机进气道上加装一个空气流量计，利用空气流量计的空气量信息推算出理论汽油消耗量。该方法主要适用于轻型汽车中低速等速行驶エ况下燃油消耗量的随车快速測量。王军正等人(200720022413. 5-车辆燃油消耗计量装置)利用加装在燃油箱底的压カ传感器測量燃油箱内燃油压カ的变化对燃油消耗量进行计量的。该方法不能精确地反应汽车的瞬时燃油消耗量。其它ー些专利(如，201020142387. I-—种质量流量式燃油消耗測量仪；201010239121. 3-中重型汽车燃油消耗量的测试方法；200910205135. O-汽车恒速全负荷燃油消耗率检测方法；200710192395. X- ー种通过排气稀释测量的汽车燃油消耗测试装置；201010243120. 6-燃油消耗的监控方法、设备和系统)公开的燃油消耗测试方法与装置只适用于汽车/发动机的燃油经济性台架试验或静态下汽车油耗测量。

发明内容
本发明的目的在干为了满足节省燃油，同时规范驾驶员的驾驶行为与改善驾驶技能，提供一种适用不同车型的车载燃油消耗实时测量与显示装置。本发明的目的是这样实现的一种用于汽车的车载燃油消耗量实时测量与显示装 置，包括信号处理模块、显示模块、报警模块、控制模块、电源模块，及在安装车载燃油消耗量实时测量与显示装置前的调校装置。其特征在于信号处理模块包含喷油脉冲信号处理子模块、车速信号处理子模块、发动机エ况信号处理子模块。脉冲信号处理子模块对喷油器的喷油脉冲信号进行整形处理，形成标准脉冲信号后由单片机采集与计算得到用时间表示的喷油脉冲宽度。车速信号处理子模块对汽车车速传感器的信号进行处理，获得由单片机能采集的脉冲信号。在应用本发明所述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置之前，根据本发明所述的调校装置所获得与车速脉冲信号对应的车辆行驶速度(进ー步可计算出行驶里程)及与喷油脉冲宽度对应的燃油消耗量，就可以实时计算出汽车百公里燃油消耗量。
发动机エ况信号处理子模块对汽车节气门位置传感器信号进行模数转换，经单片机采集后获得发动机的工作状况，为对应发动机エ况下汽车燃油消耗量的监控与提示提供依据。显示模块实时显示百公里燃油消耗量。报警模块在百公里燃油消耗量超出一定阈值时报警，特别是因驾驶员驾驶行为不规范导致燃油消耗量超标时警示驾驶员。通过指示灯或蜂鸣器提醒驾驶员，特别是新手驾驶员，注意自己的驾驶行为。控制模块完成对信号处理模块处理后的各类信号进行采集与计算，然后输出百公里燃油消耗量至显示模块显示。当某个车况下燃油消耗量超出阈值时，输出指令至报警模块进行驾驶行为提示。电源模块为车载燃油消耗量实时测量与显示装置提供电源，它将汽车蓄电池的12V直流电转换成可供装置工作的5V直流电。调校装置是与车载燃油消耗量实时测量与显示装置相配套的装置。调校控制与显示单元12、装在回油管上的燃油流量计13与装在进油管上的燃油流量计19。该装置主要由两个分别安装于进油管与回油管的燃油流量计及调校控制与显示单元组成。通过测量一定时间内一定エ况下发动机喷油脉冲个数、单个喷油脉冲的宽度时间、与两个燃油流量计的流量差，对发动机喷油脉宽时间与燃油消耗量之间关系进行标定，即一定的喷油脉宽时间对应一定的燃油消耗量。另外还获得不同挡位下车速传感器脉冲信号与车速之间关系。本发明所述的调校装置仅在调校过程中所用，即当获得喷油脉宽与燃油消耗量之间的对应关系与车速信号与车速之间的对应关系后，调校过程结束，需要从汽车上卸下调校装置。本发明所述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的信号处理模块所处理的信号分别来自电控喷射汽车自带的喷油器、车速传感器与节气门位置传感器。本发明所述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的显示模块中显示元件为LED数码管或IXD显示器。本发明所述的燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的报警模块中报警元件为LED灯、蜂鸣器或语音报警器。本发明所述的燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的控制模块采用单片机作为控制単元。本发明所述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的调校装置包含两个燃油流量计、调校控制与显示单元。本发明的有益效果是本发明的车载燃油消耗量实时测量与显示装置能给驾驶员实时提供汽车百公里燃油消耗量，并通过因不规范的驾驶行为或不熟练的驾驶技能所引起过高油耗量的驾驶动作进行报警提示，从而规范驾驶员的驾驶行为，促进驾驶员(特别是新手驾驶员)驾驶技能的提高，实现节油驾驶；通过使用调校装置进行简单调校，该装置可以应用于任何电控汽车，也可应用于任何装有电控喷油器的其它车辆；该装置体积小、成本低、精度高、改装方便。


图I是本发明的车载燃油消耗量实时测量与显示装置总体方案示意图；图2是本发明的与车载燃油消耗量实时测量与显示装置配套的调校装置的调校示意图。
图中主要部分的附图标记的含义1、电源模块；2、显示模块；3、报警模块；4、控制模块；5、车速信号处理模块；6、A/D转换模块；7、脉冲信号处理模块；8、蓄电池；9、喷油器；10、TPS ;11、车速传感器；12、调校控制与显示单元；13、回油管上的燃油流量计；14、燃油箱；15、燃油压カ调节器；16、燃油泵；17、燃油分配总管；18、燃油滤清器；19、进油管上的燃油流量计。
具体实施例方式如图I所示，本发明的车载燃油消耗量实时测量与显示装置，包括对车用蓄电池8的电压进行转换的电源模块I、显示模块2、报警模块3、控制模块4、对来自车速传感器11的电信号进行整形处理的车速信号处理模块5、对来自TPS (节气门位置传感器)10的节气门开度信号进行转换的A/D(摸/数)转换模块6、对来自一个喷油器9的信号进行整形的脉冲信号处理模块7。如图2所示，本发明的与车载燃油消耗量实时测量与显示装置配套的调校装置，包括调校控制与显示单元12、装在回油管上的燃油流量计13与装在进油管上的燃油流量计19。在图I中，本发明的车载燃油消耗量实时测量与显示装置以单片机控制模块4为核心，来自喷油器9、TPS (节气门位置传感器)10、车速传感器11等汽车电子元件的喷油脉冲、节气门开度、车速等电子信号分别经过喷油脉冲信号处理模块7、A/D转换模块6、车速信号处理模块5后，由单片机控制模块4采集、处理并计算。根据节气门开度信号，控制模块4实时获得汽车所处的工作状況。当驾驶员放松油门踏板时，定义油门踏板位置为0%，对应节气门开度为0%，此时节气门开度信号最小，发动机怠速运转，汽车处于怠速エ况；当驾驶员将油门踏板完全踩到底时，定义油门踏板位置为100%，对应节气门开度为100%位置，此时节气门开度信号最大，发动机为全负荷エ况运转，汽车处于全负荷工况；当驾驶员将油门踏板下踩至80% -100%吋，节气门开度为80% -100%，发动机为大负荷エ况运转，汽车处于大负荷エ况；当驾驶员将油门踏板下踩至20 % -80 %吋，节气门开度为20% -80%，发动机在中等负荷エ况运转，汽车处于中等负荷エ况运转；当驾驶员将油门踏板下踩至O % -20 %时，节气门开度为O % -20 %，发动机为小负荷エ况运转，这时汽车处于小负荷エ况；当油门踏板的变化率大于一定阈值(下阈值)吋，节气门开度变化度也大于ー定的阈值(下阈值)，发动机为变速(加速、减速)エ况，这时汽车为加速或减速；当油门踏板变化率大于一定阈值(上阈值)时，发动机为急加速エ况，这时汽车为急加速。根据车速信号，控制模块4实时获得汽车行驶速度，由汽车行驶速度，控制模块4可以进ー步获得一定时间下的汽车行驶里程。根据脉冲宽度信号，控制模块4实时测量出喷油器9进行喷油的喷油脉冲宽度时间。一定的喷油脉宽时间对应一定的喷油量，对应ー定的燃油消耗量。因此，控制模块4根据所测的车速与喷油脉宽可以计算出汽车百里燃油消耗量，计算出的汽车百公里燃油消耗量通过由LED数码管或LCD显示器构成的显示模块2实时显示出来。通过本发明的车载装置实时显示百公里燃油消耗量，驾驶员在驾车过程中可以了解自己爱车在不同档位下的经济车速，并有意识地让汽车在经济车速附近行驶，从而实现节油驾驶。当驾驶员操作不规范导致汽车百公里燃油消耗量过大吋，该装置会通过发光二极管、蜂鸣器或语音报警器等构成的报警模块3给驾驶员提供报警提示。例如，有些驾驶员特别是新手驾驶员，在没有挂好档的情况下就会踩油门起歩，这时该装置所测得的喷油脉冲宽度时间远大于某型汽车怠速时所对应的喷油脉冲宽度时间，但是车速信号为0，这时装置会报警提示，让驾驶员注意自己的操作；在起步后以低档大油门驾车时，该装置会因低的车速与大的节气门开度信号进行报警提示；当出现急加速等鲁莽驾驶行为，即采集到节气门开度变化率大于节气门开度变化率上阈值时，控制模块4发出指令让报警模块工作。因此，通过本发明的该装置可以监控驾驶员的驾驶行为，规范操作，促进安全驾驶与节油驾驶。
在图2中，本发明的与车载燃油消耗量实时测量与显示装置相配套的调校装置用于寻找不同型号电喷汽车的喷油器脉冲宽度与燃油消耗量之间关系与不同档位下车速传感器信号与车速之间关系。对于某一款汽车，燃油泵16将燃油从燃油箱14中泵出，经燃油滤清器18至燃油分配总管17。装在燃油分配总管17上的喷油器9在发动机工作时接受来自ECU的喷油脉冲宽度指令而喷油。燃油分配总管17中多余的燃油经过装在其尾端的燃油压カ调节器15由回油管流回燃油箱14。将燃油流量计19与燃油流量计13分别安装于电子控制燃油喷射发动机的供油系统的进油管与回油管路上。调校控制与显示单元12中包含以单片机为核心的喷油脉冲宽度測量电路、进回油管中的燃油流量測量电路、车速信号測量电路、GPS测速电路、显示喷油脉冲宽度时间、喷油脉冲个数、燃油消耗量与车速的显示电路。喷油脉冲宽度测量电路对喷油器9的喷油信号进行处理后送单片机，其与上述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置中喷油脉冲信号处理子模块电路相同；燃油流量测量电路则由信号放大电路与A/D转换电路组成，燃油流量计13与燃油流量计19分别测量回油管与进油管中燃油流量信号后经过放大处理，并经A/D转换成数据信号送单片机；车速信号处理电路也与上述的车载燃油消耗量实时测量与显示装置中车速信号处理子模块电路相同，将车速传感器11的信号处理为单片机可以采集的脉冲信号；GPS测速电路由GPS接收机与适配天线组成，单片机控制GPS接收机工作，并提取车速测量数据；显示电路则通过LCD显示屏显示喷油脉冲宽度时间、喷油脉冲个数、燃油消耗量、车速脉冲信号周期、由GPS获得的车速等參数。调校过程如下①汽车熄火，分别将流量计19与流量计13分别装在燃油分配总管17前方的进油管路与燃油压カ调节器15后方的回油管路上，并将喷油器9与车速传感器11上信号与两个流量计信号分别引出至调校控制与显示装置12。②启动发动机并在热机后保证发动机稳定怠速运转，变速器置空档。③调校装置工作，即调校控制与显示装置12对喷油脉冲信号与流量计信号分别处理后由单片机采集与计算。进油管上燃油流量计19的信号值与回油管上燃油流量计13的信号值之差就是一定采集时间内的油耗量，同时单片机采集同样时间内喷油脉冲个数与单个喷油脉冲宽度时间，从而可以得出一定喷油脉冲宽度时间所对应的燃油消耗量。④由调校人员实时记录喷油脉冲宽度时间与燃油消耗量信息。⑤调校人员控制油门踏板或节气门开度使发动机在不同的转速(如1500r/min、2000r/min>2500r/min>3000r/min>3500r/min>4000r/min>4500r/min>5000r/min 等)下空
载运转。一般汽车发动机的最高转速在限制在6000r/min左右，如果有些发动机最高转速更高，则可以添选更高的转速值进行调校。⑥在不同的发动机转速下重复步骤③与步骤④。⑦变速器空挡，调校人员以不同加速动作控制油门踏板的动作实现发动机加速，并记录不同加速动作下喷油脉冲宽度时间与燃油消耗量信息，从中选择代表急加速的节气门开度变化率上阈值与对应汽车燃油消耗量上阈值。⑨调校人员驾驶汽车，获得汽车不同挡位下的车速脉冲信号周期与由GPS获得的 车速之间的对应关系。⑩调校过程结束，将调校装置卸下。根据调校过程所得的信息，将有关參数(不同节气门开度下喷油脉宽时间对应燃油消耗量、急加速情况阈值等、不同车速脉冲信号下的GPS车速)传送给汽车燃油消耗量实时测量与显示装置中的单片机。然后将车载燃油消耗量实时测量与显示装置安装在驾驶室仪表盘附近，井分别与喷油器、车速传感器、TPS、车用蓄电池等连接好，这样在汽车运行时就可以实时測量与显示汽车百公里燃油油耗量，并在驾驶过程中对驾驶行为进行监控，对不规范驾驶行为进行报警提示，达到安全驾驶、节油驾驶的目的。上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或等效变换所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于包括对喷油脉冲信号、车速信号与发动机エ况信号进行预处理的信号处理模块、百公里燃油消耗量显示模块、对不规范驾驶行为进行监控与提示的报警模块、以单片机为核心的控制模块、利用车用蓄电池作为工作电源的电源模块，及与车载燃油消耗量实时测量与显示装置配套使用的调校装置。
2.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的信号处理模块所处理的信号分别来自电控喷射汽车自带的喷油器、车速传感器与TPS (节气门位置传感器)。
3.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的显示模块中显示元件为LED数码管或IXD显示屏。
4.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的报警模块中报警元件为LED灯、蜂鸣器或语音报警器。
5.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的控制模块采用单片机作为控制単元。
6.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述的调校装置包含两个燃油流量计与ー个调校控制与显示单元。
7.根据权利要求6所述的调校装置，其特征在于所述的两个燃油流量计分别安装于进油管与回油管上。
8.根据权利要求6所述的调校装置，其特征在于所述的调校控制与显示单元分别获取两个燃油流量计的流量信息、发动机喷油器的喷油脉冲宽度信息、车速传感器的车速脉冲信号周期、GPS车速数据。
9.根据权利要求6所述的调校装置，其特征在于所述的调校控制与显示单元获取并显示不同发动机转速下单个喷油脉冲宽度时间、一定时间内喷油脉冲个数与该时间内燃油消耗量。
10.根据权利要求6所述的调校装置，其特征在于所述的调校控制与显示单元获取并显示不同挡位下车速传感器信号与GPS车速之间的关系。
11.根据权利要求I所述的ー种车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于所述燃油消耗量实时测量与显示装置是经调校装置调校获得不同エ况下喷油脉冲宽度时间与燃油消耗量之间及不同挡位下车速传感器信号与GPS车速之间的对应关系信息，并将这些信息整理，传送给车载燃油消耗量实时测量与显示装置中的单片机后，应用于任ー款装有电子控制燃油喷射发动机的汽车。
全文摘要
车载燃油消耗量实时测量与显示装置，其特征在于包括对喷油脉冲、车速与节气门开度等信号进行预处理的信号处理模块、燃油消耗量实时显示模块、对驾驶行为进行监控与提示的报警模块、以单片机为核心的控制模块、由车用蓄电池供电的电源模块，及与该装置配套使用的调校装置。通过调校装置对汽车进行简单调校，获得不同工况下喷油脉冲宽度时间与燃油消耗量之间的对应关系，将这些信息整理后，传送给车载燃油消耗量实时测量与显示装置中的单片机。这样本发明的装置将实时测量与显示汽车的百公里燃油油耗量，并在驾驶过程中对驾驶行为进行监控，对不规范驾驶行为进行报警提示，促进驾驶员(特别是新手驾驶员)驾驶技能的提高，实现节油驾驶与安全驾驶。
文档编号G01F9/02GK102692256SQ20121019694
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者李 浩, 薛金林 申请人:南京农业大学