Методы контроля топлива в системах GPS-мониторинга

Методы контроля топлива в системах GPS-мониторинга
В прошлом номере нашего журнала мы рассказали о системах GPS-мониторинга транспорта – какие
они бывают, из чего состоят и сколько стоят.
Итак, существует две основные разновидности систем GPS-мониторинга:
 Системы, где программное обеспечение и карты находятся у клиента
 Системы, где программное обеспечение и карты находятся у оператора, так называемый WEBинтерфейс
Так же возможны комбинированные варианты построения систем мониторинга. Все эти системы
позволяют кроме параметров движения контролировать и различные датчики, в частности датчики
топлива. Так как тема экономии в настоящее время стоит очень остро (и не только в связи с кризисом),
остановимся на контроле топлива поподробнее.
Топливо в GPS-мониторинге можно контролировать несколькими методами, которые различаются по
точности измерения, цене и тому, что клиент получает в конечном итоге.
Расчётный метод.
Это самый простой и дешевый метод, не требующий никакого вмешательства в топливную систему,
но, одновременно и самый неточный. Достаточно ввести в диспетчерское программное обеспечение
значение нормативного расхода топлива для конкретного транспортного средства, оборудованного
GPS-контроллером (например, 28 литров на 100 км). Программа умножит нормативный расход на
пробег по данным спутниковой системы и в результате получится расход топлива за период времени.
Несмотря на примитивность метода, он все же существенно точнее такого же расчёта, проведенного
на основе данных о пробеге с одометра, которые нетрудно подделать. Также следует учитывать, что
данные о расходе топлива будут рассматриваться не сами по себе, а в комплексе с реальным
пробегом автомобиля, отображённым на карте. То есть, диспетчер увидит, все ли рейсы сделаны
согласно заданий, по указанному ли маршруту следовала машина, имели ли место «левые» рейсы.
Следует отметить, что расчётный метод не позволяет увидеть место время и величину заправок или
сливов.
Датчик уровня топлива.
Намного более точный метод, это подключение к бортовому GPS-контроллеру датчика уровня
топлива. Здесь также возможны варианты, отличающиеся по точности и цене. Дешевле всего
подключиться к штатному датчику топлива автомобиля. При этом также нет никакого вмешательства в
топливную систему. Однако погрешность при этом будет достаточно велика (хотя и меньше, чем при
расчетном методе): для отечественных автомобилей с механическими поплавковыми датчиками до
20…25%, для новых автомобилей иностранного производства 7…15%. Износ датчика при этом тоже
имеет значение и это один из минусов данного метода: по мере эксплуатации точность будет
существенно ухудшаться. Таким образом, подключение штатного датчика топлива к GPS-контроллеру
позволит с определенной точностью контролировать расход топлива и видеть факт (место и время)
заправок, или сливов, если таковые имели место. Одним из плюсов подключения к штатному датчику
является возможность измерения уровня не только дизтоплива, но и бензина.
Значительно лучший результат дает установка в топливный бак высокоточного электронного датчика
уровня. Наиболее распространенные типы, это емкостный и ультразвуковой датчики топлива. Они не
имеют движущихся частей, не изнашиваются, их погрешность не увеличивается со временем. Датчики
уровня топлива не связаны с топливной системой автомобиля и никак не влияют на нее. Погрешность
этих датчиков примерно одинакова и составляет 1-2%, а цена намного меньше одной полной заправки
грузового автомобиля.
Вот как отображается расход топлива и заправки при подключении к GPS-контроллеру штатных
и высокоточных емкостных датчиков уровня топлива. Наклонные линии – расход топлива из бака
во время движения. Вертикальная линия – заправка.
Емкостный датчик уровня топлива
Штатный датчик уровня топлива
Емкостный датчик уровня топлива
Штатный датчик уровня топлива.
Емкостный датчик уровня топлива
Штатный датчик уровня топлива
Штатный датчик уровня топлива. То же, что и
предыдущий пример, но для наглядности на график
выведена
линия
реальной,
необработанной
информации прямо от датчика (светло-зеленый
цвет). По этой линии видно, что размах всплесков
на самом деле еще больше, и математические
алгоритмы обработки уже не могут справиться с
ними. То есть если программа попытается
сгладить линию расхода от штатного датчика
уровня топлива, то она может «не заметить» небольшие заправки или сливы.
Выводы сделать нетрудно – линия расхода от штатных датчиков «грязная» с изобилием
всплесков, затрудняющих анализ. Это связано с малой дискретностью штатных датчиков уровня
топлива и их низким качеством в целом. Линия расхода от емкостных датчиков гораздо более
гладкая. Незначительные «зубцы» на ней, это колебания уровня топлива в баке при движении.
Емкостный датчик уровня топлива представляет собой длинный конденсатор переменной емкости,
погруженный в бак. Его емкость, а соответственно и уровень выходного сигнала меняются в
зависимости от того, какая часть датчика погружена в топливо. О точности емкостного датчика можно
судить по количеству точек измерения: у современных датчиков это 1000…4000 точек на глубину бака
(у большинства машин глубина бака не превышает 70 см). То есть такой датчик может в статическом
режиме «увидеть» изменение уровня топлива в баке на 0,2 мм! А как же в динамическом режиме, то
есть во время движения с учетом колебаний уровня связанных с наклоном машины, разгоном,
торможением…? Действительно, если отобразить на графике сигнал с точного датчика уровня топлива
во время движения машины, то вы увидите многочисленные всплески, затрудняющие анализ. Вот
поэтому в хорошей программе контроля топлива используются специальные математические
алгоритмы обработки данных. Кроме этого, для вычисления расхода топлива, программа контроля
использует данные о включении\выключении зажигания, оборотах двигателя, скорости и др.
Справедливости ради нужно заметить, что емкостный датчик уровня топлива не учитывает разную
диэлектрическую проницаемость топлива на разных заправках. Однако эти колебания не сильно
влияют на точность.
График расхода топлива от емкостного
датчика уровня топлива. Линия гладкая, что
позволяет точно контролировать уровень в
баке.
График расхода топлива от штатного датчика
уровня топлива нового автомобиля SCANIA.
Линия заметно хуже, хотя датчик совершенно
новый. Самое неприятное, что данные от
датчика со временем еще больше ухудшатся по
мере износа датчика.
График расхода топлива от штатного датчика
уровня топлива старого автомобиля DAF. Здесь
комментарии излишни.
Ультразвуковой датчик уровня топлива работает по другому принципу: излучатель посылает сигнал,
который отражается от границы топлива и возвращается обратно. Электронная «начинка» датчика
измеряет время прохождения сигнала, делит его на два (ведь сигнал шел туда и обратно) и
преобразует в электрический сигнал, пропорциональный уровню топлива. В настоящее время
применяются три метода ультразвукового контроля уровня топлива:
- излучатель расположен в верхней части бака. Сигнал идет в воздухе до границы с топливом,
отражается от него и возвращается обратно.
- излучатель расположен на дне бака. Сигнал идет в толще топлива до границы с воздухом и
отражается от границы перехода плотности.
- ультразвуковой излучатель крепится под дном бака, снаружи и излучает сквозь дно бака.
Из минусов первых двух методов следует отметить необходимость профилактической чистки
излучателя (периодически, в зависимости от чистоты используемого топлива). Что касается третьего
метода, то несомненным плюсом является отсутствие необходимости сверления бака и возможность
измерения уровня не только дизтоплива, но и бензина и других жидкостей. Минус – сильная
зависимость от состояния внутренней поверхности бака. Если она гладкая – все в порядке. Если
шероховатая – ультразвуковой сигнал будет рассеиваться на ней.
Погрешность ультразвуковых и емкостных датчиков уровня топлива примерно одинакова.
Итак, если при подключении к штатному датчику можно увидеть место и время заправки или слива
топлива, то при наличии высокоточного датчика видно – еще и сколько литров заправлено\слито.
Обмануть такие датчики практически невозможно: при расчете расхода топлива программа контроля
учитывает, включен двигатель или выключен, показания тахометра, движется машина или стоит и др.
Возможно даже учитывать температурные изменения и углы наклона топливного бака. С помощью
датчиков уровня можно легко «вычислить» такое злоупотребление, как обналичивание карточек.
Пожалуй, единственное, с чем датчики уровня топлива не справляются, это слив очень малым потоком
на ходу и измерение мгновенного расхода топлива. Но ведь контроль топлива – это не только
электроника. Периодический осмотр транспортных средств необходим. А что касается мгновенного
расхода топлива, то в большинстве случаев заказчика не интересует, сколько топлива «съел»
двигатель. Заказчик просто хочет, чтобы у него не воровали топливо.
Датчик расхода топлива. Есть группа транспортных средств, которые характеризуются относительно
высоким расходом топлива и одновременно малым перемещением по местности, например –
экскаваторы, бульдозеры, погрузчики. Ещё одна группа транспортных средств имеет расход почти (или
полностью) независимый от скорости, например – дизель-генератор, дополнительный двигатель
миксера бетономешалки или рефрижератора. В таких случаях для контроля топлива можно
использовать датчик расхода.
В отличие от датчика уровня, который устанавливается непосредственно в бак, эти датчики
устанавливаются в разрыве топливной системы и показывают, не уровень топлива, а сколько топлива
«съел» двигатель. Для точного измерения расхода дизельного топлива необходима установка двух
датчиков (или одного двухканального) на подачу и на «обратку». Если попытаться сэкономить и
обойтись одним датчиком, замкнув «обратку» так сказать обратно в топливную систему, то ни к чему
хорошему это не приведет: двигатель может терять мощность, так как из «обратки» в него будет
поступать горячее вспененное топливо, да и топливо в баке не будет подогреваться. Прогресс, однако,
не стоит на месте, и сегодня есть способы обойтись одним датчиком, хотя это не просто. Если все же
применить два датчика, то датчик расхода топлива из «обратки» будет давать погрешность из-за того,
что поток топлива после двигателя пульсирует, на что датчик расхода не рассчитан. Как правило,
датчики расхода топлива конструктивно содержат пластмассовые или (реже) металлические шестерни,
которые вращаются под воздействием набегающего потока топлива. Датчики нужно периодически
чистить, чтобы точность измерения не менялась со временем, и сам датчик не оказывал влияния на
мощность двигателя. Перед датчиками расхода нужно в обязательном порядке ставить
дополнительный фильтр тонкой очистки. Датчики уровня топлива могут точно измерить мгновенный
расход топлива и расход за период, но не могут показать место, время и объем заправок или сливов.
CAN-шина. Во всех современных автомобилях есть САN-шина из которой можно взять информацию от
многочисленных датчиков, в том числе от топливного. При этом нет никакого вмешательства в
топливную систему и не нужно сверлить бак. Минусом данного метода является большая погрешность
(ведь данные снимаются со штатного датчика автомобиля, о точности которого было сказано выше).
Отображение графика расхода топлива с использованием данных от CAN-шины автомобиля
SCANIA.
На графике три цветные линии. Зеленая –
подача. Черная – «обратка». Синяя – расход
из бака, то есть разность подачи и
«обратки».
Выводы. Резюмируя сказанное можно сказать, что:
— штатный датчик уровня позволит примерно видеть расход топлива, место и время заправок и
сливов. Имеет большую погрешность, которая со временем увеличивается. Не требует сверления бака.
— электронный датчик уровня позволит точно видеть расход топлива, заправки и сливы. Нет
вмешательства в топливную систему. Обладает малой погрешностью. Не имеет движущихся частей.
Требует сверления бака (кроме бесконтактного ультразвукового), однако это не представляет никакой
сложности.
— датчик расхода с высокой точностью покажет расход топлива, но не позволит увидеть место, время
и объём заправок/сливов. Имеет место вмешательство в топливную систему. Требуется периодическая
разборка датчика и чистка, а также замена дополнительного фильтра тонкой очистки. Имеет самую
высокую собственную цену и стоимость монтажа из перечисленных вариантов контроля.
Из всего вышесказанного видно, что идеального или универсального метода контроля топлива не
существует. В каждом случае оператор услуги (провайдер) подберет для вас наиболее оптимальный с
точки зрения результата и цены вариант.
Якубович Михаил
Начальник отдела маркетинга ООО «GPS International»