起停系統(tǒng)工作原理和故障分析方法介紹

肖 珍，王詩豪

（神龍汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

隨著城市汽車的不斷增加以及城市的擁堵，汽車尾氣排放成為影響城市空氣品質(zhì)的重要因素；同時隨著能源的不斷減少，國家對汽車的燃油消耗量也有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。降低油耗，減少尾氣排放，已成為汽車行業(yè)的一個重要目標(biāo)，基于這個目標(biāo)汽車行業(yè)實現(xiàn)了很多技術(shù)突破，其中起停系統(tǒng)（STT系統(tǒng)，Start stop system的簡稱）就是其中一項。起停系統(tǒng)主要通過在車輛怠速時切斷發(fā)動機(jī)，起到減少排放和油耗的作用。早在2004年P(guān)SA就在C3車型上使用了起停系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)在東風(fēng)標(biāo)致和東風(fēng)雪鐵龍兩個品牌的車型上廣泛應(yīng)用。本文介紹起停系統(tǒng)的組成和工作原理，并以一起停系統(tǒng)故障分析過程為例，介紹起停系統(tǒng)的診斷方法。

1 起停系統(tǒng)的工作原理

1.1 起停系統(tǒng)組成

起停系統(tǒng)顧名思義就是停止和重起發(fā)動機(jī)，在車輛等待紅燈或堵車等怠速情況下停止發(fā)動機(jī)，在駕駛員需要起動發(fā)動機(jī)時重起，圖1為起停系統(tǒng)架構(gòu)圖，該系統(tǒng)主要由增強(qiáng)型起動機(jī)、專用起動機(jī)繼電器BICD、LIN發(fā)電機(jī)、特殊的電池、 DC/DC穩(wěn)壓器DMTR和遍布整車的起停策略等組成。

1）增強(qiáng)型起動機(jī)：又稱為STT起動機(jī)，該起動機(jī)通過加強(qiáng)起動機(jī)各零部件使起動機(jī)壽命由原來的3萬次提升到了30萬次。

2）LIN發(fā)電機(jī)：通過LIN總線與發(fā)動機(jī)電控單元進(jìn)行通信，根據(jù)系統(tǒng)要求優(yōu)化電池的充電策略。

圖1 起停系統(tǒng)架構(gòu)圖

3）電池：專門用于STT車的電池，增加放電/充電周期和放電程度。

4）蓄電池傳感器：簡稱BECB，用于測量和監(jiān)控電池數(shù)據(jù)、電荷狀態(tài)。

5）DC/DC穩(wěn)壓器：簡稱DMTR，在發(fā)動機(jī)起動和重起的時候穩(wěn)定整車電壓。

6）起動機(jī)繼電器：簡稱BICD，取代傳統(tǒng)的觸點式繼電器，采用無觸點式電子繼電器，滿足了耐久性的要求，并集成診斷電路，能探測故障并啟動降級模式。

7）空擋傳感器：用于手動變速器，測量變速器所處擋位，以向起停系統(tǒng)傳達(dá)變速器的狀態(tài) （空擋 / 非空擋）。

8）離合器位置傳感器：用于手動變速器，測量離合器踏板的位置。

9）STT按鍵：增加了 STT ECO OFF 按鍵，駕駛員可以自行開啟或關(guān)閉此功能。

1.2 起停系統(tǒng)功能介紹

1.2.1 起停系統(tǒng)-停止功能

停止功能，即在車輛怠速情況下停止發(fā)動機(jī)。當(dāng)車輛檢測到駕駛員請求停止車輛，并且整車系統(tǒng)授權(quán)停止的情況下，車輛將自動停止發(fā)動機(jī)。車輛進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)的邏輯圖如圖2所示。怎樣判斷駕駛員請求停止？車輛是通過判斷變速器擋位信息和制動踏板狀態(tài)來確定的：對于手動變速器用戶，當(dāng)變速器置于空擋且松開離合器，即可判定為駕駛員請求停止；對于自動變速器用戶，只需變速器擋位置于空擋或踩下制動踏板，即可判定為駕駛員請求停止。對于另一個起停系統(tǒng)的必要條件“整車系統(tǒng)授權(quán)停止”，主要是為了保障車輛的安全性、舒適性和能源充足，具體要求如下。

圖2 進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)邏輯圖

1）安全性：要求駕駛側(cè)車門關(guān)好，駕駛員安全帶系好，整車電控單元（簡稱：BSI）無重起請求，發(fā)動機(jī)電控單元（簡稱：CMM）無重起請求，變速器電控單元（簡稱：BVA）無重起請求，防側(cè)滑電控單元（簡稱ESP）無重起請求（無ESP 功能正在運行，且車輛所處坡度小于9°），轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控單元（簡稱GEP）無重起請求，未激活自動泊車輔助功能，無探測到故障。

2）舒適性：車外溫度必須在5～35 ℃之間（進(jìn)入起停系統(tǒng)后空調(diào)壓縮機(jī)會被自動關(guān)閉，在此溫度區(qū)間，空調(diào)的開啟和關(guān)閉不會對客戶舒適性產(chǎn)生明顯影響）。

3）能源：電池電量和電池溫度，電池電量必須大于78%且8 h內(nèi)無斷開電池記錄；電池溫度要求在 -5～60 ℃之間（防止電池虧電導(dǎo)致車輛進(jìn)入“停止”后無法“重起”）。

1.2.2 起停系統(tǒng)-重起功能

“重起”即車輛進(jìn)入“停止”后重新起動發(fā)動機(jī)，當(dāng)車輛檢測到“駕駛員請求重起”或整車系統(tǒng)中的任一系統(tǒng)請求“重起”，車輛即立即重起，進(jìn)入重起狀態(tài)邏輯圖如圖3所示。駕駛員請求重起：手動變速器的用戶，駕駛員踩下離合踏板，即認(rèn)定為請求重起；對于自動變速器用戶，擋位置于D/R/M任意擋位或松開制動踏板，即認(rèn)定為請求重起。當(dāng)整車系統(tǒng)監(jiān)測到以下任一條件滿足，系統(tǒng)即會重起發(fā)動機(jī)：駕駛員離開（車門開啟或安全帶解開）、探測到車速、熱條件重起（外部溫度）、電源能量不足、動力系統(tǒng)請求重起、底盤系統(tǒng)請求重起、座艙請求重起或探測到故障等。

圖3 進(jìn)入重起狀態(tài)邏輯圖

2 起停系統(tǒng)故障診斷分析方法

通過上一章節(jié)的原理介紹，了解到起停系統(tǒng)涉及到動力總成、底盤和座艙等諸多電器系統(tǒng)，一旦遇到起停系統(tǒng)故障，如何在整個起停系統(tǒng)中逐步縮小診斷范圍最終找到問題的根本原因，需要有正確和合理的診斷方法。在這一章節(jié)中，將以一個起停系統(tǒng)的缺陷分析為例，為讀者們展示如何首先找到導(dǎo)致起停系統(tǒng)故障的子系統(tǒng)，然后針對子系統(tǒng)進(jìn)行分析找到故障的根本原因，并獲得解決措施。

2.1 故障車輛背景信息

故障車輛為新408改款騾子車（騾子車：是指在裝車前將與改款車型相似的車輛改裝成目標(biāo)車輛，主要用于前期的系統(tǒng)調(diào)試和驗證），數(shù)量僅一臺，該車輛在前期的功能驗證中發(fā)現(xiàn)起停系統(tǒng)不工作，車輛所處環(huán)境溫度滿足起停系統(tǒng)要求，電量充足，8 h內(nèi)無斷開電池記錄，儀表上無故障燈被點亮。

2.2 查找導(dǎo)致起停系統(tǒng)故障的子系統(tǒng)

雖然起停系統(tǒng)涉及的電控系統(tǒng)繁多，但最終所有系統(tǒng)的授權(quán)信息都在發(fā)動機(jī)控制單元上匯總，發(fā)動機(jī)控制單元綜合判斷后決定是否進(jìn)入停止模式或重起模式，因此發(fā)動機(jī)控制單元也可稱之為“起停監(jiān)控器”。PSA利用發(fā)動機(jī)控制單元“起停監(jiān)控器”的特點，在發(fā)動機(jī)控制單元的診斷軟件部分集成了起停系統(tǒng)的診斷，診斷軟件將需要監(jiān)控的參數(shù)狀態(tài)通過簡單直觀的狀態(tài)位（比如0或1）存儲在指定的寄存器中，通過對應(yīng)的診斷指令可以快速便捷地讀取各參數(shù)對應(yīng)的狀態(tài)位，通過對狀態(tài)位進(jìn)行解析，即可獲得各系統(tǒng)是否授權(quán)。基于發(fā)動機(jī)控制單元的該診斷功能，在駕駛員請求停止后給發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送表1中監(jiān)測停止授權(quán)的診斷指令，對照表1檢查響應(yīng)結(jié)果，即可以找到導(dǎo)致起停系統(tǒng)未授權(quán)的子系統(tǒng)。對于重起的診斷也是同樣的方式。

PSA在自主研發(fā)的診斷工具IDVH上集成了上述起停系統(tǒng)診斷功能，本故障車輛將通過IDVH對故障進(jìn)行診斷。將安裝有IDVH的筆記本電腦通過診斷連接設(shè)備與故障車輛的中央診斷頭進(jìn)行連接，開啟IDVH 起停系統(tǒng)診斷界面，在駕駛員請求停止后，選擇IDVH上的 “Test Autorisation Stop”，點擊界面中的“刷新”圖標(biāo)后，IDVH在后臺逐一給發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送上述檢測停止授權(quán)的診斷指令，IDVH通過診斷指令響應(yīng)的結(jié)果，直觀地顯示各子系統(tǒng)授權(quán)狀態(tài)。其中故障車輛在“電池”圖標(biāo)下方顯示為紅色“!”，表示電池系統(tǒng)未授權(quán)；而其余圖標(biāo)下方都顯示綠色“√”，表示這些系統(tǒng)均有授權(quán)停止（圖4）。因此可以判定該故障車輛電池導(dǎo)致起停系統(tǒng)不工作。

表1 停止/重起診斷指令一覽表

圖4 故障車IDVH起停系統(tǒng)診斷界面

2.3 查找導(dǎo)致子系統(tǒng)故障的根本原因

在本文起停系統(tǒng)-停止功能中有介紹為了保障車輛在進(jìn)入起停系統(tǒng)時能源充足，要求電池電量SOC必須大于78%且8h內(nèi)無斷電池記錄，電池溫度要求在-5～60℃之間。STT系統(tǒng)中的BECB實時監(jiān)測車輛電池的各項參數(shù)，通過CAN總線可以讀取到上述3個參數(shù)的實時數(shù)值（圖5）：SOC為81%＞門檻值78%；SOC 狀態(tài)正常（不存在8 h斷電的問題）；電池溫度=72 ℃＞門檻值60 ℃，因此可以斷定：由于電池溫度過高，導(dǎo)致起停系統(tǒng)無法進(jìn)入。

2.4 解決方法

導(dǎo)致電池溫度過高存在兩種情況：①電池周圍環(huán)境溫度過高；②電池自身溫度過高（電池存在缺陷或老化，隨著電池的內(nèi)阻增加，電池溫度會過高）。通過對實車溫度進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)是電池自身溫度過高，通過對改裝車輛背景調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該車輛電池做過大量的耐久性和沖擊試驗，導(dǎo)致電池老化內(nèi)阻過大，更換電池后，將電池充電至SOC值大于78%，放置8h后，車輛起停系統(tǒng)工作正常。

圖5 電池參數(shù)總線數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

起停系統(tǒng)在城市工況下為汽車的節(jié)能降耗發(fā)揮了重要作用，但是由于涉及到動力總成、底盤和座艙等諸多電器系統(tǒng)，在使用過程中出于安全和舒適性的考慮，啟用條件繁多，如果對該系統(tǒng)沒有基本的認(rèn)識，在使用和診斷過程中都將會遇到很多困擾。本文通過介紹起停系統(tǒng)的組成、工作原理和診斷方法，讓廣大用戶更加深入地了解和應(yīng)用該系統(tǒng) ，也為診斷提供參考。