一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，包括步驟一：油量檢測(cè)設(shè)備采集油量電壓信號(hào)；步驟二：復(fù)合采樣濾波；步驟三：通過GPRS向后臺(tái)監(jiān)控中心發(fā)送油量信息；步驟四：判斷是否需要進(jìn)行油量補(bǔ)償，如果是，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟六；步驟五：進(jìn)行油量補(bǔ)償；步驟六：通過油量檢測(cè)設(shè)備上傳的油量電壓信號(hào)，得出此時(shí)車輛油箱中的油量值。本發(fā)明提高了油量監(jiān)測(cè)精度、提高了油量信號(hào)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，特別適合對(duì)貨車、客車等大容積油箱車輛的燃油量監(jiān)測(cè)精度進(jìn)行改善。
【背景技術(shù)】
[0002]油量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由油量檢測(cè)設(shè)備、GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)和中心監(jiān)控軟件三部分組成。其中，油量檢測(cè)設(shè)備采集車輛油量傳感器的電壓信號(hào)，并結(jié)合GPS信息，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控中心軟件，最終在后臺(tái)軟件中顯示里程-油量關(guān)系圖和時(shí)間-油量關(guān)系圖。
[0003]基于原車油量傳感器的油量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其油量監(jiān)測(cè)精度只能達(dá)到70%左右，這主要是受如下兩個(gè)子問題的影響。
[0004]子問題1.車輛在實(shí)際行駛過程中會(huì)受加減速、轉(zhuǎn)彎、路面波動(dòng)以及車身電瓶供壓不穩(wěn)等因素的影響，致使油量檢測(cè)設(shè)備采集到的油量信息含有大量雜波，極大地影響了油量監(jiān)測(cè)精度。
[0005]子問題2.現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)盲區(qū)的問題。如圖1所示，當(dāng)車輛油箱中的油面高于傳感器的最大檢測(cè)范圍時(shí)，會(huì)造成油量檢測(cè)失真的問題。在后臺(tái)監(jiān)控軟件中會(huì)出現(xiàn)如圖2所示的里程-油量圖，在A到B這段里程變化中，其對(duì)應(yīng)的油量值一直保持不變，此即為油量檢測(cè)盲區(qū)。該問題是由原車油量傳感器自身測(cè)量范圍有限引起的，對(duì)油量監(jiān)測(cè)精度會(huì)產(chǎn)生較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了提高油量監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性及精度，依次解決兩個(gè)子問題。對(duì)于子問題1，本發(fā)明中的油量檢測(cè)設(shè)備采用了一種復(fù)合采樣濾波方法，可以有效濾除車輛在行駛過程中受到的各種油量干擾信號(hào)，最終通過GPRS網(wǎng)絡(luò)每30秒鐘向監(jiān)控中心發(fā)送一條油量信號(hào)。油量檢測(cè)設(shè)備所用的單片機(jī)型號(hào)為STM32F107，GPRS模塊的型號(hào)為SIM900D。
[0007]在后臺(tái)監(jiān)控中心軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理的過程中，通過一套基于里程和百公里油耗的油量補(bǔ)償方法，可以解決子問題2，進(jìn)而提高油量監(jiān)測(cè)的精度。里程信息通過GPS模塊及單片機(jī)計(jì)算得到，所用GPS模塊型號(hào)為HOLUX M-8929。
[0008]一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0009]步驟一:油量檢測(cè)設(shè)備采集油量電壓信號(hào)；
[0010]油量檢測(cè)設(shè)備通過油量信號(hào)線采集原車油量傳感器和儀表盤之間的油量電壓信號(hào);
[0011 ] 步驟二:復(fù)合采樣濾波；
[0012]每Ims采集一次油量電壓信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行濾波，每IOOms得到一條油量電壓數(shù)據(jù)；
[0013]步驟三:通過GPRS向后臺(tái)監(jiān)控中心發(fā)送油量信息；
[0014]對(duì)同一時(shí)刻采集到的油量電壓數(shù)據(jù)、位置、海拔、速度及里程信息進(jìn)行整合，通過GPRS模塊每隔30秒向監(jiān)控中心發(fā)送一條數(shù)據(jù)；
[0015]步驟四:判斷是否需要進(jìn)行油量補(bǔ)償，如果是，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟六；
[0016]監(jiān)控中心對(duì)相鄰兩條油量電壓數(shù)據(jù)中的油量值作差；設(shè)AYi = Yi+1-Yi7 Yi表示油量值，如果從Λ Yi到Λ Yi+m的m+l個(gè)連續(xù)值都為O且m的值大于100，則從Yi到Y(jié)i+m的油量值保持不變，進(jìn)行油量補(bǔ)償，進(jìn)入步驟五，否則不用補(bǔ)償，進(jìn)入步驟六；
[0017]步驟五:進(jìn)行油量補(bǔ)償；
[0018]根據(jù)該車最新的百公里油耗及待補(bǔ)償油量區(qū)間段對(duì)應(yīng)的里程值，進(jìn)行油量補(bǔ)償，得到修正油量；
[0019]步驟六:通過油量檢測(cè)設(shè)備上傳的油量電壓信號(hào)，得出此時(shí)車輛油箱中的油量值。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021](I)本發(fā)明提高了油量監(jiān)測(cè)精度；
[0022](2)本發(fā)明提高了油量信號(hào)的穩(wěn)定性；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是【背景技術(shù)】中油量檢測(cè)盲區(qū)示意圖；
[0024]圖2是【背景技術(shù)】中里程-油量圖；
[0025]圖3本發(fā)明整體技術(shù)方案流程圖；
[0026]圖4本發(fā)明采樣濾波方法流程圖；
[0027]圖5本發(fā)明油量補(bǔ)償方法流程圖；
[0028]圖6本發(fā)明油量估算方法處理前的里程-油量圖；
[0029]圖7本發(fā)明油量估算方法處理后的里程-油量圖；
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明是一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，流程如圖3所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0032]步驟一:油量檢測(cè)設(shè)備采集油量電壓信號(hào)；
[0033]油量檢測(cè)設(shè)備通過油量信號(hào)線采集原車油量傳感器和儀表盤之間的油量電壓信號(hào)。
[0034]步驟二:復(fù)合采樣濾波；
[0035]每Ims采集一次油量電壓信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行濾波，最后每IOOms得到一條油量電壓數(shù)據(jù)。
[0036]步驟三:通過GPRS向后臺(tái)監(jiān)控中心發(fā)送油量信息；
[0037]對(duì)同一時(shí)刻采集到的油量電壓數(shù)據(jù)、位置、海拔、速度及里程信息進(jìn)行整合，通過GPRS模塊每隔30秒向監(jiān)控中心發(fā)送一條數(shù)據(jù)。
[0038]步驟四:判斷是否需要進(jìn)行油量補(bǔ)償，如果是，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟六；
[0039]對(duì)相鄰兩條油量電壓數(shù)據(jù)中的油量值作差。定義AYi = Yitl-Yi, Yi表示油量值，如果從Λ Yi到Λ Yi+m的m+l個(gè)連續(xù)值都為O且m的值大于100，則認(rèn)為從Yi到Y(jié)i+m這一段油量值是保持不變的，即為需要進(jìn)行油量補(bǔ)償?shù)膮^(qū)間段，進(jìn)入步驟五，反之則不用補(bǔ)償，進(jìn)入步驟六。
[0040]步驟五:進(jìn)行油量補(bǔ)償；
[0041]根據(jù)該車最新的百公里油耗及待補(bǔ)償油量區(qū)間段對(duì)應(yīng)的里程值，進(jìn)行油量補(bǔ)償，得到修正油量。
[0042]步驟六:通過油量檢測(cè)設(shè)備上傳的油量電壓信號(hào)，得出此時(shí)車輛油箱中的油量值。
[0043]所述的步驟二復(fù)合采樣濾波中，具體的復(fù)合采樣濾波方法為:
[0044]針對(duì)車輛加減速、轉(zhuǎn)彎、啟停等因素所引起的大幅值脈沖雜波和車身供壓不穩(wěn)等因素所引起的高頻雜 波，本發(fā)明提出了一套復(fù)合采樣濾波方法，可以對(duì)車輛在行駛過程中受到的各種油量信號(hào)干擾起到良好的過濾效果。
[0045]如圖4所示，復(fù)合采樣濾波方法包括如下步驟:
[0046]步驟1:采樣
[0047]油量檢測(cè)設(shè)備每Ims采集一次油量信號(hào)，然后對(duì)IOOms內(nèi)采集到的100條油量信號(hào)進(jìn)行最大值采樣。
[0048]步驟2:濾波
[0049]步驟2包括以下三個(gè)子步驟:
[0050]步驟2.1:限幅遞推中位值平均濾波
[0051]通過步驟I的采樣，單片機(jī)每IOOms接收一條數(shù)據(jù)，把連續(xù)采集的10個(gè)數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)列，新接收的數(shù)據(jù)與上一條數(shù)據(jù)作差并取絕對(duì)值，如果結(jié)果大于等于0.2V，則認(rèn)為新數(shù)據(jù)是噪聲干擾，進(jìn)行拋除；如果結(jié)果小于0.2V就放入隊(duì)尾，同時(shí)拋除原來隊(duì)首的數(shù)據(jù)。然后拋掉這10個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，再對(duì)剩下的八個(gè)數(shù)據(jù)求均值，最后用該平均值代替這條新接收的數(shù)據(jù)。
[0052]通過上述濾波處理，得到油量數(shù)據(jù)組A。
[0053]步驟2.2:一階滯后濾波
[0054]經(jīng)過步驟2.1的濾波處理后，再對(duì)數(shù)據(jù)組A進(jìn)行一階滯后濾波，即采用本次采樣值與上次濾波輸出值進(jìn)行加權(quán)，得到有效濾波值，使得輸出對(duì)輸入有反饋?zhàn)饔?。一階滯后濾波表達(dá)式為:
[0055]Bn = α.Αη+(1-α ).Blri
[0056]式中，Bn表示本次濾波結(jié)果，Bn^1表示上次濾波結(jié)果，An表示對(duì)數(shù)據(jù)組A的新采樣值，α為濾波系數(shù)，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，取0.5。
[0057]最后，通過一階滯后濾波得到油量數(shù)據(jù)組B。
[0058]步驟2.3:卡爾曼濾波
[0059]經(jīng)過步驟2.2的濾波處理后，再對(duì)數(shù)組B進(jìn)行卡爾曼濾波。記數(shù)據(jù)組B中的第k條油量電壓值為觀測(cè)值Zk，由卡爾曼濾波計(jì)算得到的第k條油量電壓值為xk。
[0060]根據(jù)車輛油箱內(nèi)油量的液位變化特性可知，油面在短時(shí)間內(nèi)是不變的，故可得狀態(tài)方程為:
[0061]Xk = Xk-!+ ω
[0062]量測(cè)方程為:
[0063]zk = Xk+ υ k
[0064]式中，Xk為狀態(tài)變量，Zk為觀測(cè)變量，ω k和uk分別為過程激勵(lì)噪聲和觀測(cè)噪聲，它們?yōu)橄嗷オ?dú)立、正態(tài)分布的白噪聲，即P (ω)~N (O，Q)，P ( U )~N (O，R)，Q、R分別為過程
激勵(lì)噪聲和觀測(cè)噪聲的方差。
[0065]定義xk_(_代表先驗(yàn)，~代表估計(jì))為在已知第k步之前狀態(tài)情況下第k步的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)。定義Xk為已知測(cè)量變量Zk時(shí)第k步的后驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)。由此定義先驗(yàn)估計(jì)誤差和后驗(yàn)估計(jì)誤差:
[0066]ef = Xk-Xk-
[0067]ek = Xk-Xk
[0068]先驗(yàn)估計(jì)誤差的協(xié)方差:Pk_ = E [ek_ek_T]。
[0069]后驗(yàn)估計(jì)誤差的協(xié)方差:Pk = E [ekekT]。
[0070]用K表示后驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差的最小值，則根據(jù)卡爾曼濾波器的概率原型，先驗(yàn)估計(jì)Xk-和加權(quán)的測(cè)量變量Zk及其預(yù)測(cè)Hxk-之差的線性組合便可構(gòu)成后驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)xk。即
Xk = xk_+K(Zk-Hxk-)。通常我們將K稱為卡爾曼增益，有
【權(quán)利要求】
1.一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一:油量檢測(cè)設(shè)備采集油量電壓信號(hào)； 油量檢測(cè)設(shè)備通過油量信號(hào)線采集原車油量傳感器和儀表盤之間的油量電壓信號(hào)； 步驟二:復(fù)合采樣濾波； 每Ims采集一次油量電壓信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行濾波，每IOOms得到一條油量電壓數(shù)據(jù)； 步驟三:通過GPRS向后臺(tái)監(jiān)控中心發(fā)送油量信息； 對(duì)同一時(shí)刻采集到的油量電壓數(shù)據(jù)、位置、海拔、速度及里程信息進(jìn)行整合，通過GPRS模塊每隔30秒向監(jiān)控中心發(fā)送一條數(shù)據(jù)； 步驟四:判斷是否需要進(jìn)行油量補(bǔ)償，如果是，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟六； 監(jiān)控中心對(duì)相鄰兩條油量電壓數(shù)據(jù)中的油量值作差；設(shè)AYi = Yw-YiAi表示油量值，如果從Λ Yi到Λ Yi+m的m+l個(gè)連續(xù)值都為O且m的值大于100，則從Yi到Y(jié)i+m的油量值保持不變，進(jìn)行油量補(bǔ)償，進(jìn)入步驟五，否則不用補(bǔ)償，進(jìn)入步驟六； 步驟五:進(jìn)行油量補(bǔ)償； 根據(jù)該車最新的百公里油耗及待補(bǔ)償油量區(qū)間段對(duì)應(yīng)的里程值，進(jìn)行油量補(bǔ)償，得到修正油量； 步驟六:通過油量檢測(cè)設(shè)備上傳的油量電壓信號(hào)，得出此時(shí)車輛油箱中的油量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，所述的步驟二復(fù)合采樣濾波中，復(fù)合采樣濾波方法包括如下步驟: 步驟1:采樣 油量檢測(cè)設(shè)備每Ims采集一次油量信號(hào)，然后對(duì)IOOms內(nèi)采集到的100條油量信號(hào)進(jìn)行最大值采樣； 步驟2:濾波，包括以下三個(gè)子步驟: 步驟2.1:限幅遞推中位值平均濾波； 通過步驟I的采樣，每IOOms接收一條數(shù)據(jù)，把連續(xù)采集的10個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)為一個(gè)隊(duì)列，新接收的數(shù)據(jù)與上一條數(shù)據(jù)作差并取絕對(duì)值，如果結(jié)果大于等于0.2V，則認(rèn)為新數(shù)據(jù)是噪聲干擾，進(jìn)行拋除；如果結(jié)果小于0.2V就放入隊(duì)尾，同時(shí)拋除原來隊(duì)首的數(shù)據(jù)；然后拋掉10個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，對(duì)剩下的八個(gè)數(shù)據(jù)求均值，最后用該平均值代替這條新接收的數(shù)據(jù)，通過上述濾波處理，得到油量數(shù)據(jù)組A ; 步驟2.2:一階滯后濾波 經(jīng)過步驟2.1的濾波處理后，再對(duì)數(shù)據(jù)組A進(jìn)行一階滯后濾波，即采用本次采樣值與上次濾波輸出值進(jìn)行加權(quán)，得到有效濾波值；一階滯后濾波表達(dá)式為:
Bn = α.An+(1-α ).Bn^1 式中，Bn表示本次濾波結(jié)果，Blri表示上次濾波結(jié)果，An表示對(duì)數(shù)據(jù)組A的新采樣值，α為濾波系數(shù)，最后，通過一階滯后濾波得到油量數(shù)據(jù)組B ; 步驟2.3:卡爾曼濾波 經(jīng)過步驟2.2的濾波處理后，再對(duì)數(shù)組B進(jìn)行卡爾曼濾波；記數(shù)據(jù)組B中的第k條油量電壓值為觀測(cè)值z(mì)k，由卡爾曼濾波計(jì)算得到的第k條油量電壓值為Xk ； 狀態(tài)方程為:
Xk = Xk-1+ ω k-1量測(cè)方程為:
Zk = Xk+ υ k 式中，Xk為狀態(tài)變量，Zk為觀測(cè)變量，《,和Uk分別為過程激勵(lì)噪聲和觀測(cè)噪聲，P (ω)~N(0，Q)，P ( υ )~N(0，R)，Q、R分別為過程激勵(lì)噪聲和觀測(cè)噪聲的方差； 設(shè)xk_為在已知第k步之前狀態(tài)情況下第k步的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)，Xk為已知測(cè)量變量Zk時(shí)第k步的后驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)，其中_代表先驗(yàn)，~代表估計(jì)，則先驗(yàn)估計(jì)誤差和后驗(yàn)估計(jì)誤差:eiT=xk-XiTek = Xk-Xk 先驗(yàn)估計(jì)誤差的協(xié)方差:Pk_ = E[ek-ek-T]； 后驗(yàn)估計(jì)誤差的協(xié)方差:Pk = E[ekekT]； 用K表示后驗(yàn)估計(jì)誤差協(xié)方差的最小值，則根據(jù)卡爾曼濾波器的概率原型，先驗(yàn)估計(jì)xk_和加權(quán)的測(cè)量變量Zk及其預(yù)測(cè)Hxk-之差的線性組合便可構(gòu)成后驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)Xk ;即Xk = (Zk-HxkO ;1(為卡爾曼增益，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高機(jī)動(dòng)車燃油量估算精度的方法，所述的步驟五進(jìn)行油量補(bǔ)償方法，包括如下步驟: 步驟1:計(jì)算該車的百公里油耗K ； 在里程-油量圖中，每個(gè)點(diǎn)用(里程，油量)坐標(biāo)進(jìn)行唯一表示，用Xi表示第i條數(shù)據(jù)的里程，Yi表示第i條數(shù)據(jù)的油量，其中Xi的單位為km，Yi的單位為升； 記xn = xi+m+1+ioo，Yn為里程Xn下的平均油量，則該車的百公里油耗
【文檔編號(hào)】G01F9/00GK103968910SQ201410196768
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】余貴珍, 劉浩, 王云鵬, 于海洋 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)