汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)探討

陳軒

（廣西福達汽車有限公司 廣西北海 536000）

汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)探討

陳軒

（廣西福達汽車有限公司 廣西北海 536000）

隨著社會進步和發(fā)展，環(huán)境問題越來越受到政府及社會的重視，提倡保護環(huán)境，更多的環(huán)保理念也被人們所熟知。在這種情況下，每個國家都針對汽車尾氣的排放和油耗情況制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代技術(shù)中，汽車智能啟停技術(shù)在減少汽車尾氣的排放和降低油耗方面取得良好的效果。本文主要從汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的概念及優(yōu)點入手，詳細分析了其現(xiàn)狀，并對該技術(shù)的核心內(nèi)容提出了自己的見解，以期該技術(shù)能在環(huán)境保護中發(fā)揮更好的技術(shù)功能。

智能起停；效果；見解

1 前言

隨著人民物質(zhì)生活水平的提高，越來越多的人在外出時選擇自駕，導(dǎo)致城市的交通出現(xiàn)擁堵，大量的廢氣排放對空氣質(zhì)量帶來了嚴(yán)重影響。據(jù)調(diào)查顯示，在京津地區(qū)PM2.5的污染中，機動車的尾氣排放占30%，是重要污染物之一；另外，隨著能源的不斷減少，石油價格上漲，汽車在怠速時，所消耗的油量是正常行駛時的1.4倍。目前，我國許多城市，曾出臺相關(guān)的規(guī)定要求駕駛員在等交通信號燈或出現(xiàn)交通堵塞的情況超過1min時，需將發(fā)動機關(guān)閉，在一定程度上，可減少有害氣體的排放。但這個規(guī)定并不是強制性的，操作起來也較為復(fù)雜，所以執(zhí)行效果并不好。而啟停（Start-Stop）裝置的主要功能就是在軌道道口或交通信號燈前停車時將自動短時切斷發(fā)動機，在繼續(xù)行駛時也可自動啟動發(fā)動機。

2 何為啟停系統(tǒng)

啟停系統(tǒng)（Stop-Start系統(tǒng)）是指車輛在怠速狀態(tài)（非駐車狀態(tài)時）和電控系統(tǒng)允許的條件下，會自動短時停止發(fā)動機的工作，以此來減少燃油的消耗和氣體排放。在一定的條件觸發(fā)下（如駕駛員踩離合換擋過程），電控系統(tǒng)能夠控制電能自動啟動發(fā)動機，恢復(fù)車輛的正常行駛。

3 啟停技術(shù)的優(yōu)點

通過對各項數(shù)據(jù)的研究表明，啟停技術(shù)在汽車中的使用能使其油量消耗比原來少4.20%。車輛在等候信號燈或者交通擁堵的情況下該系統(tǒng)能自動短時切斷發(fā)動機，在駕駛員驅(qū)動車輛時，該系統(tǒng)就會及時啟動發(fā)動機。此系統(tǒng)的應(yīng)用不光有利于減少燃油的消耗量，還有利于降低車輛的尾氣排放?？偟膩碚f，啟停技術(shù)的顯著優(yōu)勢主要有：改進技術(shù)的幅度較小、油耗降低快、降低成本等。

4 啟停系統(tǒng)實現(xiàn)方案

啟停系統(tǒng)主要有兩個實現(xiàn)方案：①BSG系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了發(fā)電機和起動機的主要功能，需要對交流與直流的變化進行控制，相對而言，技術(shù)難度較大，與HEV車型的控制思想比較接近，主要缺點是成本過高；②STT系統(tǒng)。該系統(tǒng)對車輛改進幅度較小，所以成本偏低，主要缺點是由于其齒輪硬連接方式已同時致使車輛的啟動時間過長，噪音過大，使用壽命相對較短。為降低成本且能在短周期內(nèi)實現(xiàn)啟停系統(tǒng)的應(yīng)用，通常會出現(xiàn)在STT系統(tǒng)中，如圖1所示。

圖1 STT系統(tǒng)架構(gòu)

5 啟停系統(tǒng)功能設(shè)計

在對啟停系統(tǒng)進行車型匹配時，要高度重視對啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計，在控制車輛的過程中，要將內(nèi)燃機在某一時刻受啟停系統(tǒng)影響的運行情況考慮在內(nèi)，確保在安全、可靠、節(jié)能的要求下將發(fā)動機停止和啟動的工作要求確定下來：

（1）啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計也包括啟停功能的定義，主要是明確在何種條件或情況下可以暫停發(fā)動機，何種條件或情況下啟動發(fā)動機（這里主要指的是人為要求）和自動啟動（在安全和可靠的要求下，整車控制器降實現(xiàn)對發(fā)動機的自動控制）。

（2）蓄電池的管理控制功能：蓄電池作為啟停系統(tǒng)的能量來源，在暫停發(fā)動機后，電機就不會再向車輛提供電能，所以在這段時間內(nèi)要求對蓄電池的容量進行嚴(yán)格控制和判定，保證在車輛啟動時所需的電能。

（3）安全控制；在車輛和發(fā)動機都處在停止工作的狀態(tài)下，要及時準(zhǔn)確的對以下問題進行判斷：制動、轉(zhuǎn)向及人離開車輛所存在的安全隱患等。在啟停技術(shù)應(yīng)用后，很大程度上改變了發(fā)動機的運行工況，因此，需要重新定義匹配發(fā)動機的控制標(biāo)準(zhǔn)。此時，要將發(fā)動機ECU和車輛的控制器結(jié)合起來，實現(xiàn)對發(fā)動機的停機及再啟動的有效控制，與此同時，要及時解決過度啟停帶來的尾氣排放和車載診斷問題。

6 汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)

6.1 智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的構(gòu)成

啟停技術(shù)的核心控制主要由EMS完成，為了保證發(fā)動機停機和再啟動的舒適性和安全性，則要求EMS將車輛傳感器和相關(guān)的電器模塊所發(fā)出的狀態(tài)信號作為實現(xiàn)控制發(fā)動機停機和再啟動的依據(jù)。

6.2 增強型啟動機系統(tǒng)

由于發(fā)動機啟動的過于頻繁，所以對起動機的耐久壽命提出了要達到20萬次以上的使用要求，當(dāng)然，相應(yīng)采用的結(jié)構(gòu)和材料也會隨之發(fā)生變化，比如：驅(qū)動齒輪的支承把銅套換成滾針軸承，電刷和動鐵心均采用壽命較長的材料。起動機在工作時約產(chǎn)生600A的電流，這會導(dǎo)致整個車輛系統(tǒng)的電壓瞬間降低，過于頻繁的啟動發(fā)動機在一定程度上加大了由于電壓過低所帶來的EMS/TCU重啟隱患。在啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計中，為了穩(wěn)定整車的電壓，決定對起動機采用集成ICR或?qū)φ麄€車輛增加直流變直流的模塊。ICR將通過限流電阻對峰值電流進行消減，以此來降低起動機在啟動時的電壓降和負載端電壓降，將電壓控制在9～13V范圍內(nèi)。直流變直流模塊主要通過主動穩(wěn)壓的方式，將電壓控制在11.5～12.5V范圍內(nèi)，在啟動過程中儀表、導(dǎo)航、背光燈等元件由于電壓降低導(dǎo)致亮度所發(fā)生的變化，可在測試過程中對其進行改善。

啟停系統(tǒng)的發(fā)動機從停止到再啟動的過程中如果時間比較長的話會直接影響啟動的舒適性，對發(fā)動機的再啟動時間進行分析，公式如下：

式中：Td主要是指起動機工作轉(zhuǎn)矩；Tr是指發(fā)動機阻力矩，由發(fā)動機的特性決定；J是指發(fā)動機的轉(zhuǎn)動慣量；ω是發(fā)動機角加速度；n是指起動機的轉(zhuǎn)速；P則是指起動機功率。

從公式（1）、（2）中不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機的啟動時間和起動機轉(zhuǎn)矩、功率是成正比的，所以將原來的1.4kW典型的起動機換成1.6kW增強型起動機，在選取車輛在進行試驗后發(fā)現(xiàn)，啟動時間比原來減少了0.1s。

6.3 閥控式AGM蓄電池

針對酸液分層的問題情況，可以采用鉛鈣合金板進行柵和，有利于提高鉛膏的粘附性無紡玻璃纖維氈隔板，大大延長了蓄電池的使用壽命，非常適合現(xiàn)在的智能啟停系統(tǒng)。閥控式AGM蓄電池的組成主要包括：槽蓋、安全閥、極板及隔板，而典型的閥控式AGM蓄電池則由正極板、負極板、正極板柵、負極板柵、極群、槽蓋、極板及隔板等組成。相比而言，AGM蓄電池?zé)o論是在結(jié)構(gòu)工藝還是材料方面都比普通的AGM蓄電池有所優(yōu)化。經(jīng)過脈沖放電測試后發(fā)現(xiàn)，AGM蓄電池脈沖放電的壽命可以達到1100h。

6.4 啟停系統(tǒng)怠速停機和再啟動邏輯

啟停系統(tǒng)控制邏輯主要是指通過對車輛的安全狀態(tài)、空調(diào)及溫度請求、傳動鏈的狀態(tài)、蓄電池的電量、制動真空及行駛工況度是否出現(xiàn)怠速停機和啟動進行準(zhǔn)確判斷。對于車輛的開啟和啟停功能，在EMS檢測到車輛處于怠速狀態(tài)時，就會對整車狀態(tài)進行判斷，發(fā)動機在滿足以下條件時可自動停機：4門和制動真空度比之前的設(shè)定值要高、發(fā)動機罩關(guān)閉、電池電量高于50%、空調(diào)請求和車內(nèi)溫度都滿足一定的條件、發(fā)動機的水溫控制范圍內(nèi)、啟動機熱狀態(tài)保持在范圍值內(nèi)、坡度小于2度等。在停機的狀態(tài)下，若車輛駕駛員踩下離合踏板或整車狀態(tài)不滿足上述任何一個條件時，車輛的發(fā)動機就會自動啟動。

7 結(jié)論

智能啟停系統(tǒng)逐步應(yīng)用到傳統(tǒng)的車型中，則要對這種車型的技術(shù)進行優(yōu)化升級，通過對智能啟停系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、工作原理和控制策略進行綜合分析和研究，保證技術(shù)在改造后具有一定的可行性。智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用不光能減少汽車尾氣的排放，還有利于燃油的節(jié)約使用，在推動智能啟停系統(tǒng)技術(shù)進行批量工業(yè)化發(fā)展的同時，還全面落實了節(jié)能減排的重大理念。

[1]劉廣博.汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（2）：183.[2]邢宇，陳慶樟，許廣舉，等.汽車智能啟停系統(tǒng)的控制算法研究[J].汽車工程學(xué)報，2013，3（4）：295～299.

[3]李 敏，席忠民，李浙昆，等.汽車智能啟停系統(tǒng)研究[J].汽車電器，2015（1）：15～18.

U463.6

A

1004-7344（2016）11-0329-02

2016-4-1

陳軒（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事汽車設(shè)計工作。