啟停系統(tǒng)控制及系統(tǒng)應(yīng)用

孫 濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

啟停系統(tǒng)控制及系統(tǒng)應(yīng)用

孫 濤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)呈現(xiàn)出空前繁榮的景象。據(jù)保守估計，到2015年我國汽車保有量至少達(dá)到1.5億。當(dāng)汽車遇到紅燈、堵塞、臨時停車等路況時，汽車處于怠速狀態(tài)，此時往往是燃料消耗和污染物排放量最為嚴(yán)重的工況。啟停系統(tǒng)是一套可以在車輛怠速狀態(tài)下自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)從而起到降低油耗的系統(tǒng)。文章通過對啟?？刂葡到y(tǒng)原理研究的基礎(chǔ)上，探討了啟停系統(tǒng)在整車上實現(xiàn)的可行性，并對啟停系統(tǒng)的平臺搭建作了詳細(xì)說明。通過研究分析，在整車上搭載啟停系統(tǒng)是可行的。

怠速狀態(tài)；啟停系統(tǒng)

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-129-03

0、引言

0.1 啟停系統(tǒng)概述

啟停系統(tǒng)(Stop-Start system)，也稱弱混系統(tǒng)。裝配了該系統(tǒng)的汽車在遇到交通堵塞或紅燈停車時，控制裝置將自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)；當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下離合器、油門或松抬剎車的瞬間(0.1-0.3秒之內(nèi))，起動機(jī)快速重新起動發(fā)動機(jī)。啟停系統(tǒng)能減少綜合工況下約 8%的能耗和排放，在擁堵的市區(qū)節(jié)能效果能達(dá)到10%-15%。

0.1.1 啟停系統(tǒng)的組成和特點

啟停系統(tǒng)是由發(fā)動機(jī)控制器（ECM）、增強(qiáng)型起動機(jī)、高效智能發(fā)電機(jī)、電池傳感器（IVT）、制動真空度傳感器、空擋開關(guān)、離合器開關(guān)、引擎蓋開關(guān)、AGM電池、繼電器、啟停主開關(guān)等組成。

自動啟停主要的技術(shù)難點在于需要更耐用的起動機(jī)以及反復(fù)啟動時如何減少沖擊感。一般的起動機(jī)設(shè)計允許通過很大的工作電流，但使用時間很短。反復(fù)使用起動機(jī)容易造成起動機(jī)過熱損壞，因此具備自動啟停功能的起動機(jī)必須比普通起動機(jī)耐用很多。

直噴發(fā)動機(jī)是避免反復(fù)啟停帶來的啟動延遲一個關(guān)鍵。由于直噴發(fā)動機(jī)可以直接通過噴油器霧化汽油，原理上可以在一個工作循環(huán)內(nèi)完成啟動。而一般的進(jìn)氣管噴射發(fā)動機(jī)，需要進(jìn)氣氣流霧化缸汽油再攜帶進(jìn)氣，啟動時間要比直噴慢不少。這就從根本上導(dǎo)致了這類發(fā)動機(jī)在運(yùn)用自動啟停裝置之后需要更長的時間來重啟，除了電能消耗大，燃油損失大，還造成車內(nèi)成員的不適。

應(yīng)用自動啟停技術(shù)后，用戶需要更加注重機(jī)油質(zhì)量。汽車發(fā)動機(jī)在正常行駛狀態(tài)的磨損是極小的，而在冷啟動的時候，零件之間的配合間隙過大，外加沒有機(jī)油油膜的保護(hù)，其磨損量占到了發(fā)動機(jī)磨損量的60%以上。因此，反復(fù)地啟停發(fā)動機(jī)，必然會縮短發(fā)動機(jī)的壽命。使用更高質(zhì)量的機(jī)油，才能減少發(fā)動機(jī)磨損。

0.1.2 啟停系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

從目前來看stop-start系統(tǒng)主要有3種技術(shù)方案，最普遍的技術(shù)方案是采用獨立的起動機(jī)和發(fā)電機(jī)，并且?guī)в衅饎与姍C(jī)來提供發(fā)動機(jī)起動時所需要的功率，主流供應(yīng)商為BOSCH(博世)；第二種技術(shù)方案是采用集成的起動機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。如法雷奧的StARS系統(tǒng)，奔馳和標(biāo)致雪鐵龍采用的就是這一技術(shù)方案；第三種技術(shù)方案是馬自達(dá)開發(fā)SISS（Smart idle Stop Start智能怠速停止起動）系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過燃燒產(chǎn)生的能量來重新起動發(fā)動機(jī)。

汽車怠速自動啟停系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀具體如下：雪鐵龍于2004年在C3上搭載“啟停系統(tǒng)”；奔馳smart for two以及路虎的神行者2代都搭載了啟停系統(tǒng)；長安CX30搭載了博世的啟停系統(tǒng)；奇瑞汽車早在 2008年的奧運(yùn)會期間就推出了A5 BSG，作為奧運(yùn)期間的服務(wù)用出租車；寶馬也是最早采用“啟停系統(tǒng)”的廠商之一，目前已經(jīng)在寶馬海外車型上大規(guī)模應(yīng)用，各大廠商的新能源車型計劃中幾乎都包括“啟停系統(tǒng)”。

搭載“啟停系統(tǒng)”的門檻相對較低，同時在其成本上也不會有太大的障礙，這使得絕大多數(shù)廠商都有可能推出搭載“啟停系統(tǒng)”的車型。所以一旦國內(nèi)消費者接受并認(rèn)可“啟停系統(tǒng)”技術(shù)，這一系統(tǒng)的發(fā)展空間將會快速增長。

0.2 研究內(nèi)容

本課題以整車為基礎(chǔ)，針對啟停系統(tǒng)對部分零部件的特殊要求，從闡述原理入手并根據(jù)原理推進(jìn)各個零部件的選擇。其主要內(nèi)容包括如下幾個方面：

◇ SS系統(tǒng)原理、控制邏輯、新增變動件

◇ 可行性分析、電氣電子涉及的變動

◇ 系統(tǒng)平臺的搭建等

1、SS系統(tǒng)原理

1.1 啟?？刂撇呗?/p>

熄火條件：車輛停止（車速低于一定值）、電池電量充足、制動真空度充足、發(fā)動機(jī)狀態(tài)允許停機(jī)（水溫，催化器溫度等）、滿足安全條件（駕駛員在座及前艙蓋閉合）、空調(diào)，除霧狀態(tài)沒被請求。

點火條件：踩下離合器，空擋 Or 電池電量不足 Or 制動真空度不足Or 空調(diào)，除霧被請求& 滿足安全起動條件（駕駛員在座及前艙蓋閉合）。

圖1 啟停系統(tǒng)原理圖

1.2 啟停系統(tǒng)變動件

發(fā)動機(jī)控制器（ECM）由于帶啟停接口、LIN接口需要變更；增強(qiáng)型起動機(jī)要求壽命15萬次或更高，需變更；高效智能發(fā)電機(jī)需帶多功能調(diào)節(jié)器，需變更；需要增加電池傳感器（IVT）來對蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測；制動真空度傳感器增加壓力傳感器需變更；空擋開關(guān)改為雙向開關(guān)；離合器開關(guān)包括雙向底置開關(guān)一個，踏板踩下90%時開關(guān)狀態(tài)發(fā)生切換；單向頂置開關(guān)一個，踏板踩下10%時開關(guān)狀態(tài)發(fā)生切換；引擎蓋與前罩鎖集成，利用鎖頭的縮止及解鎖位置，判斷引擎蓋是否關(guān)閉，同時輸出開關(guān)信號給ECU。需要AGM電池，實現(xiàn)深度放電。繼電器包括起動機(jī)控制繼電器、傳動鏈狀態(tài)繼電器；啟停主開關(guān)，啟停功能主開關(guān)，帶指示燈。

2、SS系統(tǒng)的平臺搭建

2.1 整車涉及的變動

蓄電池更換成深度放電蓄電池，能量輸出能力高于普通蓄電池3倍以上；增加電池傳感器，與發(fā)電機(jī)配合并檢測蓄電池的電壓、電流、電池溫度，提高充電效率；增加啟停主開關(guān)、離合器頂開關(guān)、引擎蓋開關(guān)、起動請求開關(guān)、大燈開關(guān)、風(fēng)機(jī)開關(guān)、離合器底開關(guān)、空檔開關(guān)、傳動鏈狀態(tài)、起動機(jī)狀態(tài)的輸入；增加啟停警告燈、啟停狀態(tài)燈、屏蔽儀表信號的輸入；增加傳動鏈狀態(tài)繼電器、起動控制繼電器；組合儀表中需要增加啟停警告燈，增加屏蔽機(jī)油壓力報警燈和充電指示燈的輸入。

2.2 電氣電子涉及變動

深度放電蓄電池較普通蓄電池略大，更換為深度放電蓄電池在整車上布置可行，但根據(jù)電池尺寸需重新設(shè)計相應(yīng)的托盤。深度放電蓄電池成本略高，現(xiàn)在在中國只能使用纏繞式高端AGM Optima電池，該款蓄電池為美國生產(chǎn)，成本為700元左右。

蓄電池和電池傳感器配合較好，可以直接借用供應(yīng)商的成熟產(chǎn)品。蓄電池傳感器標(biāo)定周期為 20天，蓄電池容量為55Ah。

整車上儀表臺通常有開關(guān)的預(yù)留，開關(guān)本體借用，開關(guān)蓋板造型按要求重新設(shè)計。

前端模塊在設(shè)計上就預(yù)留了引擎蓋開關(guān)的安裝位置。

組合儀表中需要增加啟停警告燈，增加屏蔽機(jī)油壓力報警燈和充電指示燈。儀表中有燈位置的預(yù)留，可以增加，儀表接插件有針腳預(yù)留可以增加一路輸入。

3、總結(jié)與展望

3.1 總結(jié)

啟停系統(tǒng)主要包括蓄電池、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)等，這些關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)在江森、Valeo、BOSCH等公司都趨于成熟。

通過研究分析表明，在整車上搭載啟停系統(tǒng)是可行的。

3.2 展望

目前大多數(shù)stop-start系統(tǒng)存在的一個技術(shù)問題是不能與自動變速器兼容，自動變速器工作時需要液壓力，但是液壓力的獲得依賴于發(fā)動機(jī)的工作。一旦發(fā)動機(jī)停止工作，液壓力就無法獲得。因此，裝備 SS系統(tǒng)的車輛在發(fā)動機(jī)重新起動后會產(chǎn)生因為需要儲備液壓力而產(chǎn)生的遲滯，這對于消費者來說是無法接受的。自動變速器供應(yīng)商目前正在修改其設(shè)計，以克服這一難題。例如ZF已經(jīng)為其8檔自動變速器增加了一個液壓推動儲存單元，當(dāng)發(fā)動機(jī)停止工作時，該液壓推動儲存單元可以儲存液壓力，從而增加車輛重啟的速度。

Stop-start系統(tǒng)的另一個技術(shù)問題是該系統(tǒng)有時候也不能與大型柴油發(fā)動機(jī)相匹配。大型柴油發(fā)動機(jī)因為其尺寸以及高壓縮比的特點，決定了它需要更多的電能來起動，這一技術(shù)問題也有待解決。

[1] 程慶.發(fā)動機(jī)怠速智能系統(tǒng)的研究[J], 傳動技術(shù),2003年第4期.

[2] 李東江.現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修[M], 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2001:1-99.

[3] HTTP://wenku.baidu.com/view/5b550796daef5ef7ba0d3cae.html .

[4] William J.Fleming.Overview of Automotive Sensors IEEE Sensors Journal,Vol.1No.4,2001.12.

[5] HMakoto Miwa.AUTOMATIC ENGINE START AND STOP SYS -TEM FOR VEHICLES,Patent Application Publication,US 2003/ 0150417 AL.

Control of Start stop system and systems application

Sun Tao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

With the rapid development of our economy, the automobile industry presents the unprecedented prosperity. According to conservative estimates, to 2015 our country car retains the quantity of at least 150000000. When the automobile traffic lights, blocking, temporary parking and other traffic, the car is in the idle state, this is often the fuel consumption and pollutant emissions the most severe conditions. Start stop system is a set in the vehicle idle state automatically shut off the engine so as to reduce fuel consumption system. This article through to the start and stop control system principle on the basis of the study, discusses the start-stop system in Car on the realization of the feasibility, platform created in start-stop system in detail. Through research and analysis, in carrying the Car increased start-stop system is feasible.

Idle state; Start stop system

U463.3

A

1671-7988 (2017)06-129-03

孫濤，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.046