低速滑行停機(jī)節(jié)油技術(shù)研究

吳瓊　李衛(wèi)兵　舒潔（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

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低速滑行停機(jī)節(jié)油技術(shù)研究

吳瓊李衛(wèi)兵舒潔
（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

【摘要】在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與智能換擋提示系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過增加安全滑行停機(jī)邏輯判斷、制動與轉(zhuǎn)向安全控制策略、空擋提示策略、人機(jī)交互界面完成了低速滑行停機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、匹配標(biāo)定與試驗(yàn)驗(yàn)證。NEDC循環(huán)測試結(jié)果表明，采用該方案可實(shí)現(xiàn)整車節(jié)油，且停機(jī)車速越高，節(jié)油效果越好。研究了低速滑行停機(jī)節(jié)油技術(shù)對整車駕駛性能、整車排放性能、OBD診斷功能的影響，并進(jìn)行了重新標(biāo)定與驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明，各項(xiàng)性能均滿足要求。

主題詞：低速滑行停機(jī)節(jié)油率駕駛性排放性能OBDNEDC循環(huán)

1　前言

由于節(jié)能與環(huán)保越來越受到重視，乘用車油耗法規(guī)也不斷更新與完善。為此，各主機(jī)廠都在研究與應(yīng)用整車節(jié)能新技術(shù)，如怠速起停功能［1，2］、換擋提示功能［3］、智能發(fā)電機(jī)、低滾阻輪胎等。

研究發(fā)現(xiàn)，車輛低速滑行過程中駕駛員松開油門踏板，發(fā)動機(jī)僅需要維持自身運(yùn)轉(zhuǎn)，其消耗燃油卻并未做有用功。為此，本文在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與換擋提示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加低速滑行控制策略、電子真空泵制動安全策略、轉(zhuǎn)向安全策略、人機(jī)交互等開發(fā)了一種低速滑行停機(jī)節(jié)油技術(shù)，研究了該技術(shù)對整車油耗、駕駛性、行車安全性、排放與OBD等方面的影響，通過控制策略與硬件的配合使該技術(shù)達(dá)到量產(chǎn)化條件。

2　NEDC循環(huán)燃油消耗的微觀分析

圖1　NEDC循環(huán)中ECU的典型控制工況

某車型在NEDC循環(huán)中各工況下發(fā)動機(jī)燃油消耗量和持續(xù)時(shí)間如表1所示。車輛行駛過程中，發(fā)動機(jī)做有用功的工況是加速、勻速、收油減速階段，其燃油消耗量占總?cè)加拖牧康?4.89%，有用功時(shí)間占測試循環(huán)總時(shí)間的62.37%。這與BOSCH研究得出的車輛在正常行駛過程中有約1/3時(shí)間不需要發(fā)動機(jī)工作的結(jié)論一致［4］。整車節(jié)油技術(shù)的終極目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)在這1/3的時(shí)間里不工作，達(dá)到約15%的理想節(jié)油效果。

表1　NEDC循環(huán)各工況油耗與時(shí)間統(tǒng)計(jì)

低速滑行停機(jī)技術(shù)就是為了解決車輛滑行過程中減速停車和怠速工況中發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)消耗燃油問題，最終降低整車的燃油消耗量。

3　低速滑行停機(jī)技術(shù)

3.1低速滑行停機(jī)技術(shù)概述

低速滑行停機(jī)技術(shù)是指當(dāng)車輛滑行至安全車速時(shí)，通過換擋提示功能提示駕駛員掛入空擋，ECU控制發(fā)動機(jī)自動熄火，車輛空擋滑行至停止。它融合了起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的功能，并在ECU軟件中增加滑行停機(jī)控制策略，將停機(jī)車速擴(kuò)大至滑行過程中的安全車速［5，6］。

低速滑行停機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，它利用起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的傳感器，并增加制動真空泵以增強(qiáng)滑行停車過程中的制動安全性。

圖2　滑行停機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車輛滑行至安全車速并滿足滑行停機(jī)條件后，ECU發(fā)送降擋提示至組合儀表，駕駛員按照提示換N擋后發(fā)動機(jī)自動熄火，在滑行過程中實(shí)時(shí)檢測真空助力器中的真空度，當(dāng)滿足電子真空泵工作條件時(shí)立即起動真空泵輔助制動。

ECU將停機(jī)狀態(tài)發(fā)送至EPS系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)在滑行停機(jī)期間保持正常助力。電池傳感器和智能發(fā)電機(jī)同步進(jìn)行整車電平衡管理，蓄電池電量低于下限值后立即起動發(fā)動機(jī)。

水是生命之源，任何需要在地球生存的生物都離不開水，而水利工程事業(yè)則與國計(jì)民生有著密不可分的聯(lián)系，和社會大眾的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，國家和政府也投入了大量的人力物力在水利工程的建設(shè)中，不斷地加大水利工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，在保障了人民群眾的生產(chǎn)生活的用水需求的同時(shí)也促進(jìn)著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而水利工程不是一個(gè)小項(xiàng)目，它具有投資規(guī)模大、建設(shè)周期長等特點(diǎn)，在管理上也存在著很大的困難，而如今，在大力發(fā)展水利工程的今天，要將項(xiàng)目管理應(yīng)用于水利工程的建設(shè)中還需要多方的努力共同完成。

功能選擇與系統(tǒng)狀態(tài)顯示是駕駛員與ECU之間的人機(jī)互動界面，組合儀表上的警告燈告知滑行停機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)。

3.2低速滑行停機(jī)系統(tǒng)控制策略

當(dāng)駕駛員松開油門踏板，車輛在慣性或者輕微制動的工況滑行后，如果滿足滑行停機(jī)條件，ECU啟動滑行停機(jī)的相關(guān)操作?；型C(jī)控制策略如圖3所示［5，6］。

圖3　低速滑行停機(jī)控制策略

4　低速滑行停機(jī)節(jié)油效果

在某試驗(yàn)車輛上分別進(jìn)行了30 km/h與20 km/h的滑行停機(jī)NEDC循環(huán)油耗測試，試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3所示。該車型在NEDC循環(huán)中熱機(jī)油耗為6.20 L/100 km，開啟怠速起停功能后熱機(jī)油耗為5.92 L/100 km［7，8］。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，采用低速滑行功能在NEDC循環(huán)中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油，而且停機(jī)時(shí)的車速越高，節(jié)油效果越好。由于車輛實(shí)際行駛中減速停車工況，尤其是城市中怠速工況更多，低速滑行停機(jī)功能的使用頻率更高，節(jié)油效果會更好。根據(jù)BOSCH的研究結(jié)果，在實(shí)際道路中，怠速停機(jī)+滑行停機(jī)功能的節(jié)油率可達(dá)10%左右［4］，而在NEDC循環(huán)中，節(jié)油率只有5%～7%。

表2　30 km/h滑行停機(jī)節(jié)油效果

表3　20 km/h滑行停機(jī)節(jié)油效果

5　相關(guān)性能標(biāo)定與驗(yàn)證

5.1行車安全控制

滑行停機(jī)功能啟動后，發(fā)動機(jī)熄火影響制動真空助力和轉(zhuǎn)向助力。因此，增加了電子真空泵與安全控制軟件以確保整車制動安全，圖4為滑行熄火過程中駕駛員連續(xù)制動時(shí)的系統(tǒng)工作情況。

使用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力的車輛，發(fā)動機(jī)熄火后無法提供轉(zhuǎn)向助力，因此只有采用電動助力轉(zhuǎn)向的車型才能采用滑行停機(jī)技術(shù)。ECU向EPS控制器發(fā)送滑行停機(jī)標(biāo)志位，EPS控制器根據(jù)當(dāng)前車速、滑行停機(jī)標(biāo)志位、蓄電池電量和電壓標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)助力，從而保證滑行熄火后的行車安全。

5.2駕駛性

低速滑行停機(jī)功能主要在車速20 km/h以下起作用，故主要驗(yàn)證該車速范圍的駕駛性?；羞^程中駕駛員踩下離合器踏板準(zhǔn)備換擋時(shí)，自動起停系統(tǒng)可快速起動發(fā)動機(jī)恢復(fù)動力輸出。如圖5所示，在第505 s時(shí)發(fā)動機(jī)自動熄火，車輛處于空擋滑行狀態(tài)，當(dāng)車速降低至10 km/h左右（第513 s）時(shí)駕駛員踩下離合器踏板，發(fā)動機(jī)起動。

圖4　制動系統(tǒng)工作情況

圖5　滑行停機(jī)過程中車輛再次加速時(shí)駕駛性驗(yàn)證

發(fā)動機(jī)恢復(fù)動力與車輛加速行駛過程中，駕駛員踩下離合器踏板至發(fā)動機(jī)成功起動的時(shí)間為0.6 s，但駕駛員踩下離合器踏板—換擋—松離合器踏板的時(shí)間為1.5 s，發(fā)動機(jī)起動時(shí)間滿足要求。在該過程中，僅在松開離合器踏板時(shí)，車輛負(fù)載增加使車速產(chǎn)生小的波動，但是整車主觀感覺良好，發(fā)動機(jī)動力無延遲感。

5.3排放性能

試驗(yàn)車輛分別進(jìn)行常規(guī)起停與滑行停機(jī)的常溫排放性能對比，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，常規(guī)起停與滑行停機(jī)的整車排放均滿足法規(guī)要求，各種污染物均無明顯變化，發(fā)動機(jī)提前停機(jī)不會導(dǎo)致污染物增加。

表4　滑行停機(jī)功能排放性能驗(yàn)證結(jié)果

5.4OBD診斷功能

在試驗(yàn)車輛上安裝新鮮的三效催化轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行預(yù)跑、靜置后完成NEDC循環(huán)試驗(yàn)。通過更改相關(guān)參數(shù)使得滑行停機(jī)功能完成后滿足失火診斷、氧傳感器響應(yīng)診斷、ICMD診斷作動條件，診斷邏輯正常作動，能夠正確識別故障并報(bào)故障碼、點(diǎn)亮故障燈。

5.5蓄電池電量SOC

SOC直接影響滑行停機(jī)系統(tǒng)電器設(shè)備的工作，如果電量低于40%，會影響起動機(jī)的再次工作和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。為此，研究了滑行停機(jī)系統(tǒng)重復(fù)起動與連續(xù)轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響。

車輛滑行停機(jī)后連續(xù)轉(zhuǎn)向（連續(xù)3次左轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角再右轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角），整個(gè)過程中SOC在50% ～49%之間波動。由此可見，停機(jī)過程中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗的電量對SOC影響較小，不會消耗較多電量導(dǎo)致滑行停機(jī)系統(tǒng)無法工作，如圖6所示。

圖6　電動助力轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響

將試驗(yàn)車輛連續(xù)滑行停機(jī)并連續(xù)起動（模擬城市跟車工況），在該過程中，SOC在50%～48%之間波動，可見重復(fù)起動對蓄電池電量的消耗較少，不會影響整車的電平衡，如圖7所示。

圖7　重復(fù)起動對SOC的影響

5.6催化器起燃特性

催化器溫度低于起燃工作溫度時(shí)轉(zhuǎn)化效率會明顯降低，影響尾氣排放。為此，驗(yàn)證了滑行停機(jī)過程中催化器中心溫度。在連續(xù)的滑行停機(jī)與重復(fù)起動過程中，催化器中心溫度如圖8所示。由圖8可知，催化器的中心溫度一直在600℃以上，滿足催化器的起燃要求（起燃溫度350℃以上），不會增加污染物排放。

圖8　滑行停機(jī)功能對的催化器溫度的影響

參考文獻(xiàn)

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8GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）.

（責(zé)任編輯斛畔）

修改稿收到日期為2016年3月17日。

中圖分類號：TK414.3；U464

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-3703（2016）07-0057-04

The Research on Fuel Saving Technology in Low-speed Coasting and Start-stop

Wu Qiong，Li Weibing，Shu Jie
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.Technical Center，Hefei 230601）

【Abstract】Based on the traditional start-stop system and intelligent shift reminder system，the design，matching calibration and test verification of low-speed coasting and start-stop system have been accomplished by increasing the safety coasting start-stop logic judgment，braking and steering safety control strategy，neutral shift reminder strategy and human-machine interface.The results of NEDC test cycle show that this solution can reduce fuel consumption，and the higher the start-stop vehicle speed，the better the fuel saving effect is.The impact of low-speed coasting and start-stop fuel saving technology on vehicle driveability，vehicle emission property，OBD diagnosis function is studied，and re-calibration and verification have been made.The test results show that all the performances are in compliance with relevant requirement.

Key words:Low-speed coasting and start-stop，F(xiàn)uel saving ratio，Driveability，Emission property，OBD，NEDC cycle