基于用戶場(chǎng)景的怠速啟?？刂撇呗詢?yōu)化

黃炎　張光亞　牟兵兵

摘 要：為促進(jìn)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，降低汽車油耗，國(guó)家有關(guān)部門和各大車企都在推行怠速啟停技術(shù)。但怠速啟停雖然可以降低油耗，卻也影響了用戶的駕乘體驗(yàn)，從而影響了啟停功能的使用率和實(shí)際節(jié)油效果。本文基于用戶實(shí)際使用場(chǎng)景，論述了如何通過軟硬件相結(jié)合的方式，優(yōu)化控制策略，從而設(shè)計(jì)出讓用戶樂于使用的怠速啟停功能。

關(guān)鍵詞：怠速啟停 用戶場(chǎng)景 控制策略

Optimization of Idle Start-Stop Control Strategy Based on User Scenarios

Huang Yan，Zhang Guangya，Mu bingbing

Abstract：In order to promote achieve carbon peaking， carbon neutrality goals， and reduce vehicle fuel consumption， relevant state departments and major car companies are implementing idling start-stop technology. However， although the idling start-stop can reduce fuel consumption， it also affects the user's driving experience， thereby affecting the utilization rate of the start-stop function and actual fuel saving effect. Based on the actual use scenarios of users， this paper discusses how to optimize the control strategy through the combination of software and hardware， so as to design the idle start-stop function that users are happy to use.

Key words：idle start-stop， user scenario， control strategy

1 引言

為促進(jìn)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，鼓勵(lì)先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用，國(guó)家有關(guān)部門制定了油耗雙積分政策并逐年加嚴(yán)要求，這都推動(dòng)著車企不斷提升技術(shù)水平降低汽車油耗。同時(shí)面對(duì)新能源汽車和混動(dòng)汽車的日益普及以及高企的油價(jià)壓力，燃油車要在新的市場(chǎng)環(huán)境中尋求生機(jī)，延續(xù)生命，也必須持續(xù)降低油耗，留住用戶的心。

2021年初，工信部發(fā)布了《關(guān)于2020年度乘用車企業(yè)平均燃料消耗量和新能源汽車積分管理有關(guān)事項(xiàng)的通知》，首次將循環(huán)外技術(shù)/裝置計(jì)入燃料消耗量核算，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)配置怠速起停系統(tǒng)、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、換擋提醒裝置的車型，其燃料消耗量可相應(yīng)減免一定額度。雖然在2021-2023年的新文件中，將計(jì)入油耗核算的技術(shù)更改為制動(dòng)能量回收系統(tǒng)和高效空調(diào)，但怠速啟停系統(tǒng)依然是公認(rèn)行之有效的節(jié)油措施。

怠速啟停系統(tǒng)有節(jié)油的優(yōu)勢(shì)，但也存在影響用戶駕駛體驗(yàn)的不足。自動(dòng)啟動(dòng)速度慢、有噪音、有抖動(dòng)，停機(jī)時(shí)功能受限等多種因素，導(dǎo)致了怠速啟停系統(tǒng)的綜合使用率僅有60%左右，對(duì)實(shí)際節(jié)油效果影響較大。

因此，怠速啟停系統(tǒng)的控制策略至關(guān)重要，必須基于實(shí)際用戶場(chǎng)景來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，才能做出用戶喜歡愛用的怠速啟停系統(tǒng)。

2 用戶場(chǎng)景分析

從整車的角度來(lái)看，怠速啟停的使能條件十分復(fù)雜[1]，與蓄電池電量、制動(dòng)真空度、水溫、催化器溫度、TCU、ECU狀態(tài)等諸多因素有關(guān)[2]，但這些主要為汽車廠商出于性能和安全因素所設(shè)置的參數(shù)，一般用戶往往并不了解，也不關(guān)注。對(duì)于用戶而言，怠速啟停只是省油省錢的工具，并不能帶來(lái)駕乘體驗(yàn)的提升。相反，怠速啟停帶來(lái)的短暫動(dòng)力中斷和車輛抖動(dòng)的不適感反而會(huì)影響正常駕乘體驗(yàn)，啟停功能也因此可能會(huì)被用戶關(guān)閉。所以必須開發(fā)好怠速啟停系統(tǒng)，才能讓用戶愿意用，喜歡用。這樣一個(gè)“好的”怠速啟停系統(tǒng)，應(yīng)該符合“無(wú)感”和“有數(shù)”兩個(gè)原則。

“無(wú)感”指的是讓啟停工作時(shí)的車輛工作模式盡量與未開啟時(shí)保持一致，不要讓啟停影響其他功能的使用。比如自動(dòng)停機(jī)時(shí)，中控、空調(diào)等功能都可以正常使用，轉(zhuǎn)向、換擋時(shí)也可以任意控制，且根據(jù)用戶的操作意圖可以及時(shí)改變自動(dòng)停機(jī)或啟動(dòng)，讓車輛回到工作狀態(tài)。

“有數(shù)”指的是讓用戶知道什么時(shí)候會(huì)自動(dòng)停機(jī)，什么時(shí)候會(huì)再次啟動(dòng)。用戶在特殊場(chǎng)景下行駛時(shí)，比如停車入庫(kù)、擁堵道路、短暫紅燈等，不想激活啟停時(shí)也可根據(jù)自己意圖進(jìn)行操作，或選擇手動(dòng)開關(guān)啟停功能，即使無(wú)法操作也有停機(jī)的心理預(yù)期。

3 控制邏輯研究

為研究最符合用戶使用場(chǎng)景和實(shí)際需求的怠速啟?？刂撇呗裕x取了市面上不同品牌具有怠速啟停功能的車型進(jìn)行了全場(chǎng)景的測(cè)試試駕，包括國(guó)產(chǎn)和合資品牌共5款車型。

基于用戶實(shí)際使用場(chǎng)景，在用戶能直觀感受到的控制邏輯中對(duì)啟停標(biāo)識(shí)、自動(dòng)停機(jī)條件、自動(dòng)啟動(dòng)條件、自動(dòng)停機(jī)中止等四個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 啟停標(biāo)識(shí)

3.1.1 啟停開關(guān)

啟停開關(guān)是開啟和關(guān)閉怠速啟停系統(tǒng)的總開關(guān)，一般以實(shí)體按鍵為主，帶指示燈，圖標(biāo)為字母A上加一個(gè)順時(shí)針的箭頭，旁邊還有“OFF”，燈滅時(shí)默認(rèn)“啟停系統(tǒng)開啟”，按下燈亮?xí)r表示“啟停系統(tǒng)關(guān)閉”。按鍵一般設(shè)置在儀表上方向盤旁或副儀表上。

部分車型的啟停開關(guān)無(wú)實(shí)體按鍵，而是集成在車機(jī)內(nèi)。這類集成式的開關(guān)方式相對(duì)繁瑣，也不易找到，更適合不在意或不使用此功能的用戶，長(zhǎng)期關(guān)閉或長(zhǎng)期開啟。

3.1.2 儀表顯示

當(dāng)?shù)∷賳⑼Ｏ到y(tǒng)開啟或關(guān)閉時(shí)，儀表會(huì)有相應(yīng)的指示燈顯示。較為常見的是開啟時(shí)不亮任何狀態(tài)燈，關(guān)閉時(shí)才顯示紅色或橙色的“啟停關(guān)閉燈”——啟停標(biāo)志上劃斜杠。在按下開關(guān)鍵時(shí)，部分車型還會(huì)在儀表上用文字顯示“怠速啟停已開啟/關(guān)閉”。

3.1.3 啟停提示

當(dāng)啟停系統(tǒng)工作，并觸發(fā)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)時(shí)，儀表上會(huì)顯示停機(jī)狀態(tài)燈，一般為綠色的啟停標(biāo)志。部分車型在停機(jī)未能觸發(fā)時(shí)還會(huì)顯示“自動(dòng)啟停不提供”、“怠速啟停系統(tǒng)故障”等狀態(tài)提示。

3.2 自動(dòng)停機(jī)條件

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，如下觸發(fā)條件和使能條件滿足則觸發(fā)自動(dòng)停機(jī)[3]，見圖4。

3.2.1 停機(jī)觸發(fā)條件

自動(dòng)停機(jī)基本觸發(fā)邏輯，即為汽車行駛時(shí)，踩下制動(dòng)踏板將車輛剎停并保持不放，即可觸發(fā)停機(jī)，同時(shí)滿足如下觸發(fā)條件：

a.行駛時(shí)需要超過一定速度再剎停才可以觸發(fā)，一般為15-20km/h，也有部分車型不限車速，低速蠕行后亦能觸發(fā)。

b.制動(dòng)踏板加速度不能超過一定限值，即緊急制動(dòng)時(shí)無(wú)法觸發(fā)。

3.2.2 停機(jī)使能條件

用戶使用啟停功能時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到剎停時(shí)也無(wú)法停機(jī)，是因?yàn)檐囕v還設(shè)置了諸多停機(jī)使能條件。設(shè)置這些條件所考量的主要是用戶是否有停車意圖、行車安全性以及車輛本身?xiàng)l件。

a.所有車門、發(fā)罩關(guān)閉。

b.駕駛員安全帶鎖止。

c.自動(dòng)停機(jī)時(shí)要求方向盤轉(zhuǎn)向不能大于一定角度，一般為90°至270°，但也有車型不對(duì)方向盤轉(zhuǎn)向角做限制。

d.空調(diào)壓縮機(jī)A/C開啟時(shí)一般禁止停機(jī)，僅開啟鼓風(fēng)機(jī)則不影響，部分車型開A/C時(shí)也能停機(jī)，但停機(jī)后壓縮機(jī)也會(huì)暫停工作，直到車輛重啟。

e.車輛無(wú)其他發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等影響啟停功能的故障燈亮。

3.3 自動(dòng)啟動(dòng)條件

在發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)的狀態(tài)下，滿足一定條件則觸發(fā)自動(dòng)啟動(dòng)。啟動(dòng)條件也分為使能條件和觸發(fā)條件，但車輛通常能自動(dòng)停機(jī)時(shí)即能滿足啟動(dòng)的使能條件，除非有其他啟動(dòng)中止的情況發(fā)生，后文會(huì)有相應(yīng)論述。基于用戶的實(shí)際使用場(chǎng)景，在此僅對(duì)觸發(fā)條件進(jìn)行論述。

3.3.1 啟動(dòng)觸發(fā)條件

a.松開剎車：停機(jī)后保持D檔不變，松開剎車即可啟動(dòng)，這也是最常用的觸發(fā)方式。

b.切換檔位：從D檔切到R檔、S檔、L檔等其他行駛檔位都會(huì)觸發(fā)啟動(dòng)，切到N檔或P檔則不會(huì)觸發(fā)，且此時(shí)可以放開剎車。但如果切到P檔經(jīng)過R檔停留時(shí)間過長(zhǎng)，也會(huì)被系統(tǒng)認(rèn)為要進(jìn)入R檔導(dǎo)致觸發(fā)。部分車型第二次切入D檔或N檔時(shí)會(huì)啟動(dòng)，但還有少數(shù)車型可反復(fù)多次切換檔位也不會(huì)啟動(dòng)。

c.踩下油門：踩下油門就會(huì)立即啟動(dòng)，不管是否同時(shí)踩下剎車或處于P檔等其他狀態(tài)。

d.打方向盤：操作方向盤會(huì)被認(rèn)為有駕駛意圖，所以車輛檢測(cè)到方向盤轉(zhuǎn)向力就會(huì)觸發(fā)啟動(dòng)。部分車型停機(jī)狀態(tài)下是沒有方向盤助力的，因此停機(jī)時(shí)打的第一下方向會(huì)比較吃力，直到車輛啟動(dòng)完成才會(huì)恢復(fù)助力。

e.打開空調(diào)：發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶直連的空調(diào)壓縮機(jī)在停機(jī)時(shí)無(wú)法使用，此時(shí)再開啟空調(diào)并開啟A/C時(shí)，部分車型就會(huì)觸發(fā)啟動(dòng)，從而帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)行。

f.若開啟了AutoHold功能，則停機(jī)時(shí)可以松開剎車也不會(huì)啟動(dòng)，直到再次踩下剎車踏板或其他方式觸發(fā)。

3.4 自動(dòng)啟動(dòng)中止

在自動(dòng)啟動(dòng)過程中，如果發(fā)生一些被系統(tǒng)認(rèn)為影響啟動(dòng)或行駛安全的情況，就會(huì)中止啟動(dòng)，并發(fā)出警報(bào)，直到用戶重新點(diǎn)火啟動(dòng)車輛。

a.松開主駕安全帶。

b.打開車門。

c.關(guān)閉啟停開關(guān)。

d.拔出鑰匙。

4 控制策略優(yōu)化

要開發(fā)出讓用戶愿意用，喜歡用的怠速啟停系統(tǒng)，必須結(jié)合車型本身各項(xiàng)性能和定位的實(shí)際情況，再根據(jù)“無(wú)感”和“有數(shù)”兩個(gè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1 啟停系統(tǒng)硬件匹配

由于不同車型的產(chǎn)品定位、成本、技術(shù)水平等多種因素影響，各車型所選擇的啟動(dòng)機(jī)、蓄電池、發(fā)動(dòng)機(jī)等相關(guān)零件以及相關(guān)的標(biāo)定匹配情況也各不相同，所以實(shí)際做出來(lái)的啟停性能也有所差異。比如停機(jī)和啟動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)竄動(dòng)情況、啟動(dòng)延遲時(shí)間、啟動(dòng)聲音大小等，原則上當(dāng)然是抖動(dòng)越小、延遲越短、聲音越小越好，但并非所有車型都能做到最好，那么啟停的控制策略設(shè)計(jì)就應(yīng)與這些性能表現(xiàn)相結(jié)合。

4.1.1 高性能策略

如果車輛的啟停性能十分優(yōu)異，抖動(dòng)小啟動(dòng)快聲音也安靜，且啟動(dòng)機(jī)和蓄電池使用壽命足夠長(zhǎng)，就可以采取相對(duì)激進(jìn)的啟停策略。比如啟停開關(guān)放置在比較顯眼的位置，并默認(rèn)開啟；觸發(fā)啟停時(shí)不設(shè)置車速限制，車只要走動(dòng)再停，即可觸發(fā)停機(jī)；停機(jī)時(shí)檔位從D切到R檔即使會(huì)啟動(dòng)，再切回N檔或P檔時(shí)亦可再次停機(jī)；剎車觸發(fā)停機(jī)時(shí)間設(shè)置較短，在非緊急制動(dòng)的情況下，只要制動(dòng)踏板踩得夠深，系統(tǒng)認(rèn)為用戶需要停車，就盡快觸發(fā)停機(jī)，甚至無(wú)需等車完全停穩(wěn)。

此外，啟停對(duì)空調(diào)的策略也可以優(yōu)化，比如空調(diào)制冷和隔熱效果較好的車型，可以在開啟A/C的工況下允許停機(jī)，在通過傳感器檢測(cè)到車內(nèi)溫度明顯升高時(shí)自動(dòng)激活啟動(dòng)車輛，繼續(xù)制冷[4]。

4.1.2 低性能策略

如果車輛的啟停性能表現(xiàn)一般，抖動(dòng)不小啟動(dòng)不快，或者啟動(dòng)機(jī)與蓄電池沒那么耐用，則可以采取相對(duì)保守的啟停策略。比如將啟停開關(guān)設(shè)在非明顯位置或子級(jí)菜單中，并設(shè)置默認(rèn)關(guān)閉；觸發(fā)啟動(dòng)時(shí)設(shè)置較高車速和間隔時(shí)間；延長(zhǎng)停機(jī)判斷時(shí)間；不設(shè)置可以原地反復(fù)停機(jī)啟動(dòng)的工況，并增加短時(shí)間內(nèi)停機(jī)次數(shù)限制。

4.2 啟停系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

啟停系統(tǒng)要以讓用戶“無(wú)感”和“有數(shù)”兩個(gè)原則進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)?！盁o(wú)感”的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，如前文所述，就是指的是盡可能讓啟停工作時(shí)車輛的工作模式盡量與未開啟時(shí)保持一致，不要讓啟停影響其他功能的使用，在此不做贅述。下面主要對(duì)如何做到“有數(shù)”進(jìn)行論述。

“有數(shù)”指的是讓用戶知道什么時(shí)候會(huì)停機(jī)，什么時(shí)候會(huì)啟動(dòng)，可以通過如下多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

a.使用時(shí)提示明確的狀態(tài)描述，在怠速啟停功能開啟或關(guān)閉時(shí)，除了狀態(tài)燈點(diǎn)亮熄滅，也要增加文字的描述，讓每一個(gè)用戶第一次使用這個(gè)功能就能看懂，而不是僅僅點(diǎn)亮一盞燈。

b.簡(jiǎn)化控制邏輯，減少觸發(fā)時(shí)需要同時(shí)達(dá)成的條件數(shù)量，讓用戶能夠輕松理解如何觸發(fā)啟停功能，想停就停。

c.對(duì)于停機(jī)使能條件中用戶不易感知的水溫、催化器溫度、蓄電池狀態(tài)等限制條件，應(yīng)盡快讓車輛自行調(diào)整到使用范圍內(nèi)。功能開啟并剎停車輛卻無(wú)法滿足停機(jī)條件時(shí)，給予用戶相應(yīng)提醒。

d.將啟?；镜目刂七壿嫼统Ｒ姷氖鼓芄r寫到用戶手冊(cè)或中控的使用說明中，并培訓(xùn)4S店銷售人員，在用戶購(gòu)車時(shí)進(jìn)行講解。

5 結(jié)語(yǔ)

a. 怠速啟停系統(tǒng)的開發(fā)，必須根據(jù)“無(wú)感”和“有數(shù)”兩個(gè)原則，結(jié)合車型本身硬件條件，對(duì)控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化；

b. 硬件條件好、啟停性能優(yōu)異的車型可采取較為激進(jìn)的啟停策略，反之則可適當(dāng)限制啟停的觸發(fā)場(chǎng)景；

c. 讓用戶啟?！盁o(wú)感”，即使車輛自動(dòng)停機(jī)時(shí)也不影響其他功能的正常使用；讓用戶啟停“有數(shù)”，知道什么時(shí)候會(huì)停機(jī)，什么時(shí)候會(huì)啟動(dòng)，想停就停，想走就走。

d. 創(chuàng)新基于用戶場(chǎng)景從用戶的視角，對(duì)控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，讓用戶“看得見，摸得著”，而非僅從工程的角度進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；

e. 本論文可以指導(dǎo)開發(fā)出真正符合用戶需求、用戶愛用愿用的怠速啟停系統(tǒng)，同時(shí)相關(guān)的設(shè)計(jì)方法和思路也可以指導(dǎo)開發(fā)其他用戶喜愛的關(guān)聯(lián)功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳石侯.用于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速啟?？刂蒲b置設(shè)計(jì)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（18）：5-6.

[2]喻金龍.某車型怠速啟停系統(tǒng)原理及其標(biāo)定[J].汽車工程師，2018（07）：51-55.

[3]李油成.汽車怠速啟停系統(tǒng)的研究[J].汽車工程師，2020（05）：41-44.

[4]田鈞，郭偉，趙南.基于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速啟停功能的蓄冷式空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制冷與空調(diào)，2021，21（07）：10-13+32.