發(fā)動機啟停系統(tǒng)匹配樣車開發(fā)方法淺析

劉尚龍，周丹

（東風汽車公司技術中心，武漢 430058）

發(fā)動機啟停系統(tǒng)匹配樣車開發(fā)方法淺析

劉尚龍，周丹

（東風汽車公司技術中心，武漢 430058）

為有效達到節(jié)油和環(huán)保的目的， STT功能將廣泛應用于乘用車，并將作為一種標準配置。本文通過對公司內(nèi)開展的STT樣車的開發(fā)方法進行歸納、總結并提煉，形成通用的開發(fā)方法，為其他車型上的STT樣車開發(fā)提供技術支持。

STT；樣車開發(fā)

劉尚龍

畢業(yè)于太原理工大學，現(xiàn)任東風汽車公司技術中心。主要研究方向：試制技術與工藝研究。

1　前言

在全球能源危機及環(huán)境污染越來越嚴重的情況下，作為燃油主要消耗品的汽車對燃油消耗及排放的要求也越來越高。為響應國家對節(jié)能環(huán)保的號召，各汽車廠正加快發(fā)展新能源汽車，推廣節(jié)能技術應用。

啟停系統(tǒng)（Stop&Start系統(tǒng)）是指車輛在怠速狀態(tài)下（遇到紅燈或停車等待），電控系統(tǒng)在條件允許下，會自動停止發(fā)動機工作，減少怠速等待的燃油消耗和排放。在條件觸發(fā)下（如綠燈駕駛員踩離合換擋過程），電控系統(tǒng)控制電能啟動發(fā)動機，使車輛恢復正常運行。

啟停系統(tǒng)的三種實現(xiàn)方式：BSG（Belt starter generator）系統(tǒng)、STT系統(tǒng)（超級起動機系統(tǒng)）、馬自達i-STOP系統(tǒng)（發(fā)動機自動停止-啟動系統(tǒng)）。啟停系統(tǒng)的兩個主要實現(xiàn)方案：BSG與STT，目前在世界上均有應用，其各有優(yōu)缺點。BSG系統(tǒng)由于集成了發(fā)電機及起動機功能，需要交流與直流的變化控制，因此其技術難度較大，更接近HEV車型的控制思想，但其成本相對較高。STT系統(tǒng)對整車改變最小，成本較低。但由于其齒輪硬連接方式已同時導致啟動時間稍長，啟動噪音較大，使用壽命比BSG短等缺點。為低成本且短周期地實現(xiàn)啟停系統(tǒng)，往往會現(xiàn)在STT系統(tǒng)，圖1為STT系統(tǒng)架構。

東風汽車公司在自主品牌乘用車的各平臺規(guī)劃中，STT已作為模塊開始應用在各車型上。經(jīng)驗證明，STT樣車開發(fā)可以分為4個階段：系統(tǒng)功能設計、開發(fā)內(nèi)容的確定、樣車試制、樣車核查。

2　系統(tǒng)功能設計

對啟停系統(tǒng)匹配車型開發(fā)過程中，最重要的是對啟停系統(tǒng)的功能設計，在整車控制過程中，要考慮各種工況受啟停系統(tǒng)的影響，從而在安全、可靠、節(jié)能的要求下確定發(fā)動機停止與啟動的工作要求。

① 啟停系統(tǒng)的功能設計包含啟停功能的定義，主要指在哪些條件下發(fā)動機停機，哪些條件下發(fā)動機主動啟動（人為要求啟動發(fā)動機）和自動啟動（為保證安全和可靠的要求，整車控制器自動控制啟動發(fā)動機）。

② 對蓄電池的管理控制功能：蓄電池是啟停系統(tǒng)的能量來源，發(fā)動機停止后，不再有電機向整車提供電能，因此在此段時間需要嚴格控制盒判定蓄電池的容量，以保證整車再啟動所需的能量。

③ 在安全控制上，需要注意停車停機后，對制動、轉向以及人離開車輛可能引起的安全隱患，這些問題的判定需要及時準確，同時保證車輛運行的安全性不低于傳統(tǒng)車型。

啟停系統(tǒng)加入后，對發(fā)動機的運行工況改變很大，因此匹配發(fā)動機的控制標定需要重新定義。需要發(fā)動機ECU同整車控制器聯(lián)合工作，來控制發(fā)動機的停機和再啟動，同時需要解決頻繁啟停帶來的排放和OBD診斷問題，在啟停功能控制中，要盡可能的提供更多的節(jié)能效率，因此需要對發(fā)動機在啟停過程中的噴油控制進行優(yōu)化，提高燃油效率。

3　開發(fā)內(nèi)容的確定

啟停系統(tǒng)車型開發(fā)，主要是將具備啟?？刂乒δ芟到y(tǒng)（STT系統(tǒng)）與整車進行匹配，匹配原則是：

① 盡量少的改變車輛原來的結構；

② 不改變駕駛員的駕駛習慣；

③ 增加系統(tǒng)需要做到安全可靠。

啟停系統(tǒng)車型開發(fā)過程中，主要考慮動力總成的匹配，控制系統(tǒng)的匹配標定，整車信號檢測系統(tǒng)的研發(fā)匹配等工作，主要開發(fā)工作內(nèi)容如下：

① STT超級起動機的選型：根據(jù)動力總成匹配電機功率、扭矩、速比等；

② STT系統(tǒng)啟動齒圈的匹配開發(fā)；

③ 整車控制系統(tǒng)： STT系統(tǒng)整車控制系統(tǒng)的開發(fā)等；

④ 經(jīng)濟性動力性優(yōu)化：根據(jù)啟停系統(tǒng)特點，優(yōu)化發(fā)動機油耗及排放控制；

⑤ 啟動型蓄電池的選型及匹配開發(fā)；

⑥ 整車安全控制性能的匹配標定開發(fā)；

⑦ 整車信號處理系統(tǒng)的匹配開發(fā)。

在啟停系統(tǒng)車型開發(fā)過程中，采用成熟的啟停系統(tǒng)，對整車進行匹配開發(fā)將是未來的主流開發(fā)方式（目前有很多控制供應商都擁有自己較成熟的控制系統(tǒng)，東風自主品牌乘用車已研發(fā)成功了自己的啟停系統(tǒng)），在匹配標定過程中，對控制思想的統(tǒng)一，對發(fā)動機油耗排放的標定，對安全控制模式的策略優(yōu)化將是重點。

4　樣車試制

4.1整車試制方案

STT系統(tǒng)已在S30、A60、A30等多種車型上廣泛應用，從應用實踐中可以得出：樣車試制在基礎車型上較容易實現(xiàn)，且車輛變更較小。若全新試制樣車，需要大量的資金及時間，而且會造成資源的浪費，所以往往試制STT樣車時，會選擇在原有基礎車上換裝STT系統(tǒng)的相關零件。

明確整車試制方案后，對基礎車型狀態(tài)進行識別，最大程度利用已完成試驗項目的樣車。采用這種樣車試制方案，既可使試驗車輛再利用，也可縮短試制周期。

4.2零部件試制方案

STT專用件的試制周期占整個樣車試制周期的3/4，是樣車試制的重要一環(huán)。由于專用件的試制工藝已大多經(jīng)過實車驗證，根據(jù)樣件的性能要求，選用成熟的試制工藝方案。這樣既能保證專用件的試制質(zhì)量，又能降低試制成本和縮短試制周期。表1列出了STT系統(tǒng)的幾個重要零部件及其需要達到的性能要求。

表1　STT系統(tǒng)的主要零部件及性能要求

5真空助力器真空度傳感器1監(jiān)測制動主缸真空度。6蓄電池傳感器1提供電量信號。7機罩鎖狀態(tài)開關1檢測發(fā)動機罩開閉狀態(tài)。8多功能控制開關1駕駛員可根據(jù)需要，開啟/關閉啟停功能。9整車線束1實現(xiàn)信號傳輸，適應更改。

4.3樣車裝配

以整車試制方案為指導，不必按照完整裝配工序編制裝配工藝文件。可根據(jù)STT樣車換裝工作量，編制模塊化的工藝文件，保證每個零件的裝配安全、可靠。

① 工序標準化。根據(jù)STT樣車裝配內(nèi)容，將整個裝配過程分為圖2中的5個裝配工位安排樣車裝配。這樣既能保證樣車裝配有序性，也能保證樣車裝配的質(zhì)量。

② 樣件裝配模塊化。每個工位的樣件裝配，也應制定詳細的裝配卡，并要求按照裝配卡中的技術要求進行裝配。

只有通過規(guī)范性的裝配方法完成樣車裝配，且在裝配過程中對關鍵項進行抽查，這樣才能很好地完成樣車裝配。

5　樣車核查

通過對S30、A60、A30等樣車核查的經(jīng)驗和對STT特有功能核查方法進行總結，形成STT特有功能核查的規(guī)范。只有各項功能符合項目要求，樣車才能交付后續(xù)試驗驗證。規(guī)范性的功能核查操作，能夠100%查找樣車的問題點，排除問題點的所有安全隱患。同時，能節(jié)省功能核查時間，保證樣車第一時間交付試驗。表2列舉了STT樣車功能核查的主要項目及操作方式。

表2　STT功能核查樣表

6　總結

隨著油耗法規(guī)對油耗指標要求日益提高，STT系統(tǒng)將逐步成為標配，從而對STT樣車的開發(fā)也會越來越多。根據(jù)測試，STT系統(tǒng)平均節(jié)油率為4～5%，而且其主要功能之一是減少發(fā)動機怠速的工作機會，從而減少CO2的排放。而系統(tǒng)功能設計和開發(fā)內(nèi)容直接影響到節(jié)油和降排的效果。有效的開發(fā)方法能夠指導整個開發(fā)過程，規(guī)避掉一定的風險，使得樣車的開發(fā)更加有效，并加快車輛投放市場的速度，使節(jié)能和降耗的目標能夠盡快實現(xiàn)。

不僅如此，有效開發(fā)方法還能節(jié)省開發(fā)資源。①在樣車開發(fā)初期，對控制策略和開發(fā)內(nèi)容深入研討，能夠避免因樣車開發(fā)過程中更改產(chǎn)品定義導致的工作反復，從而有效利用開發(fā)資源；②合理的樣車試制方案，可以節(jié)約不必要的工裝和零件投入，將樣車試制成本最低化；③規(guī)范的樣車核查方法，能夠在保證樣車核查質(zhì)量的同時，縮短樣車核查周期，節(jié)省人力成本。

［1］魏廣杰，吳瓊，涂安全. 汽車發(fā)動機起停技術研究及應用開發(fā)［J］. 西華大學學報：自然科學版，2011，9（5）： 14—17.

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［5］王慶華，曾小華，王偉華.混合動力技術在軍用汽車上的應用［J］. 吉林大學學報：工學版，2003，33（ 1） ： 38—41.

專家推薦

楊志剛：

發(fā)動機啟停系統(tǒng)是汽車節(jié)能減排的一項重要技術措施，已在一些車型上應用。文章作者根據(jù)對幾種車型的啟停系統(tǒng)開發(fā)過程和開發(fā)經(jīng)驗的淺析，總結了開發(fā)過程的4個階段“系統(tǒng)功能設計”、“開發(fā)內(nèi)容的確定”、“樣車試制”和“樣車核查”中的任務內(nèi)容、性能要求和具體設計操作方法等內(nèi)在規(guī)律，對從事該項技術開發(fā)的人員具有一定的參考價值。

Analysis of the STT prototype development method

LIU Shang-long，ZHOU Dan
（Dongfeng Motor Corporation Technical Center，Wuhan Hubei 430058）

In order to achieve the oil saving and environment protection effectively， the STT function will be widely used in passenger cars， and will serve as a standard configuration. This paper carries on the induction， summarizes and refines the development method for the company develop a prototype STT， formed to develop the general method， provides the technical support for the development of a prototype STT.

STT； Prototype development

U462.1

A

1005-2550（2015）04-0056-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.04.012

2014-12-26