程 章， 朱思捷 ，劉耀邦,2

(1.安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)械工程系，合肥 230051；2.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，合肥 230009)

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基于PSA的起動(dòng)機(jī)型汽車啟停系統(tǒng)技術(shù)探析

程 章1， 朱思捷1，劉耀邦1,2

(1.安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機(jī)械工程系，合肥 230051；2.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，合肥 230009)

針對(duì)日益嚴(yán)苛的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能需要，對(duì)起動(dòng)機(jī)型的汽車啟停技術(shù)進(jìn)行研究分析。在傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制的基礎(chǔ)上，增加一套增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)，達(dá)到微混合動(dòng)力效果。以PSA車型的STT啟停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理為例，分析啟停技術(shù)控制策略，探討啟停系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和思路。

啟停技術(shù)；增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)；STT啟停系統(tǒng)；控制策略

0 前 言

隨著汽車市場(chǎng)日益壯大，截止2015年，我國(guó)汽車保有量已達(dá)2.79億輛，其中北京、上海、成都等11個(gè)城市汽車保有量已超過(guò)200萬(wàn)輛，交通和環(huán)境壓力陡增，在車輛擁堵的情況下，汽車排放的廢氣可導(dǎo)致PM2.5成倍增長(zhǎng)，發(fā)展新能源汽車技術(shù)，大力推進(jìn)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展成了目前汽車行業(yè)的主要任務(wù)。但受限于成本、技術(shù)等問(wèn)題，混合動(dòng)力乃至純電動(dòng)汽車在近期仍然不能成為市場(chǎng)主流，為此諸如北京市政府出臺(tái)了《北京市大氣污染防治條例》，該條例倡導(dǎo)在學(xué)校、醫(yī)院、賓館、商場(chǎng)、辦公場(chǎng)所、寫字樓、公園等周邊地區(qū)停車超過(guò)3分鐘時(shí)，駕駛者應(yīng)當(dāng)主動(dòng)熄滅汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。[1]目前，國(guó)內(nèi)外汽車生產(chǎn)廠家及汽車零部件公司正致力于汽車STT(STOP&START)啟停系統(tǒng)的微混技術(shù)開(kāi)發(fā)與完善，用于解決此類問(wèn)題。

對(duì)于啟停技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，主要有BOSCH(博世)公司分離式起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)啟停系統(tǒng)技術(shù)、Valeo(法雷奧)公司的集成起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)啟停系統(tǒng)i-Start技術(shù)及Mazda(馬自達(dá))公司的智能啟停系統(tǒng)i-stop技術(shù)等三種。[2]由于分離式起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)啟停系統(tǒng)技術(shù)使用的部件相對(duì)較少，在原有的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控基礎(chǔ)上變動(dòng)不大、安裝容易等原因，此種技術(shù)方案在汽車上使用更為廣泛。目前PSA(法國(guó)標(biāo)致-雪鐵龍公司)的STTd增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)控制的啟停技術(shù)就是采用這種方案，該啟停系統(tǒng)從發(fā)動(dòng)機(jī)怠速停機(jī)管理、發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輕載下的動(dòng)能回收兩個(gè)方面進(jìn)行控制，有效地節(jié)油減排。根據(jù)汽車行駛工況的不同，系統(tǒng)能有效地減少5%-15%的燃油消耗，達(dá)到微混合動(dòng)力的效果。

1 STTd啟停系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)

1.1 STTd啟停系統(tǒng)構(gòu)成組件

增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)控制的STT啟停系統(tǒng)是在傳統(tǒng)啟動(dòng)基礎(chǔ)之上進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)的，在不增加STT管理電腦的情況下，由發(fā)動(dòng)機(jī)電腦管理STT功能。系統(tǒng)的改進(jìn)主要針對(duì)起動(dòng)硬件支持和停止與重啟策略管理等兩大方面，硬件的設(shè)計(jì)需要兼顧工作平順性、系統(tǒng)安全性及零件耐用性，因此在對(duì)傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)、蓄電池及發(fā)電機(jī)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，需要增加啟動(dòng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)電壓維持設(shè)備、蓄電池性能檢測(cè)模塊及新的啟動(dòng)控制模塊，系統(tǒng)構(gòu)成的部件如表1所示。

表1 STTd系統(tǒng)構(gòu)成組件的技術(shù)特性和功能

1.2 STTd啟停系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)電腦的軟件設(shè)計(jì)中加入了STT管理程序，設(shè)計(jì)時(shí)考慮實(shí)際行車安全，為了監(jiān)控車輛的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、舒適及駕駛員操作意圖等條件，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦可通過(guò)動(dòng)力CAN獲得遠(yuǎn)程的發(fā)動(dòng)機(jī)重啟和停止條件，也可通過(guò)導(dǎo)線連接的相關(guān)傳感器獲得相關(guān)信息，如制動(dòng)和離合器傳感器、制動(dòng)真空度傳感器、啟停功能禁用開(kāi)關(guān)等，決定是否介入發(fā)動(dòng)機(jī)STT控制，系統(tǒng)的組件關(guān)系如圖1所示。

圖1 STTd系統(tǒng)

2 STTd啟停系統(tǒng)運(yùn)行原理與策略

STTd啟停系統(tǒng)主要工作任務(wù)是控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的適時(shí)停止(STOP功能)和重啟(RESTART功能)。停止是指在車輛行車過(guò)程中怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)切斷噴油和點(diǎn)火，并保持喚醒的工作狀態(tài)；重啟是指重新激活噴油和點(diǎn)火功能。STT應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、電氣系統(tǒng)、駕駛員及整車進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦驗(yàn)證啟停條件，邏輯判斷后執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)管理、駕駛員管理及電子電氣管理。系統(tǒng)的功能運(yùn)行架構(gòu)如圖2所示。[5]

圖2 STT系統(tǒng)功能運(yùn)行框架

2.1 STT停止模式策略管理

發(fā)動(dòng)機(jī)停止模式需要采集駕駛員停止請(qǐng)求信息和整車系統(tǒng)授權(quán)信息，針對(duì)上述五大項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)條件全部滿足的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)決定進(jìn)入STT停止模式。在停止模式下，STT系統(tǒng)中斷噴油和點(diǎn)火程序，并持續(xù)保持防盜解鎖狀態(tài)，以便下一次的重啟發(fā)動(dòng)機(jī)。在停止模式下，駕駛員可通過(guò)儀表上綠色的STT狀態(tài)指示燈獲知系統(tǒng)狀態(tài)，若下述條件有不滿足時(shí)，該燈還可以以閃爍的方式提醒駕駛員，停止模式管理策略如表2所示。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)停止模式管理

2.2 STT重啟模式策略管理

進(jìn)入停止模式的發(fā)動(dòng)機(jī)重啟，需要在整車系統(tǒng)授權(quán)的情況下，由駕駛員發(fā)出主動(dòng)重啟命令或由來(lái)自某一系統(tǒng)發(fā)出的自動(dòng)重啟指令觸發(fā)STT工作。主動(dòng)重啟根據(jù)駕駛員動(dòng)作，由系統(tǒng)識(shí)別完成，自動(dòng)重啟是指?jìng)€(gè)系統(tǒng)識(shí)別有車輛安全、汽車舒適性、零件的技術(shù)限制及能源管理等需求，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦通過(guò)起動(dòng)機(jī)控制盒，驅(qū)動(dòng)起動(dòng)機(jī)完成發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)重啟模式管理策略如表3所示。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)重啟模式管理

2.3 STT特殊策略

(1)STT重啟時(shí)間監(jiān)測(cè)策略。如果STT重啟操作過(guò)于頻繁，為了防止起動(dòng)機(jī)和網(wǎng)絡(luò)電壓保持設(shè)備等過(guò)熱，應(yīng)暫時(shí)中斷STT停止功能。

(2)車輛操縱過(guò)程監(jiān)測(cè)策略。換擋時(shí)，變速桿在N檔中的時(shí)間低于0.5秒，系統(tǒng)將禁用STT停止模式10秒。

(3)防失速策略。在重啟階段，若發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)評(píng)估扭矩不足，STT系統(tǒng)計(jì)算失速風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)失速風(fēng)險(xiǎn)高于閾值時(shí)，系統(tǒng)將禁用停止功能。

(4)STT切斷功能策略。在停止模式下，STT系統(tǒng)組件出現(xiàn)故障不能正常重啟時(shí)，需要駕駛員手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

(5)重啟失敗輔助策略。一次重啟時(shí)，若系統(tǒng)通過(guò)功能診斷監(jiān)測(cè)到啟動(dòng)失敗，STT會(huì)立即開(kāi)始第二次重啟，幫助駕駛員從重啟模式的熄火狀態(tài)中恢復(fù)過(guò)來(lái)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了起動(dòng)機(jī)型的STT系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及各組件的技術(shù)特性與要求，著重研究了發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)及重啟兩種模式下的系統(tǒng)運(yùn)行管理策略，詳細(xì)闡述了兩種模式下的系統(tǒng)運(yùn)行邊界條件，同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性，介紹了STT運(yùn)行的一些特殊策略，為利用CRUISE等軟件建模進(jìn)行仿真對(duì)比分析提供了基礎(chǔ)。

起動(dòng)機(jī)型的STT啟停技術(shù)的設(shè)計(jì)需要依靠全車電控系統(tǒng)的支持，傳統(tǒng)電子穩(wěn)定程序ESP、電子助力轉(zhuǎn)向EPS、空調(diào)及人機(jī)界面等系統(tǒng)的程序均需要重新標(biāo)定，系統(tǒng)的成熟依賴大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，在各種路況和環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和耐久性，同時(shí)需要兼顧空調(diào)系統(tǒng)的舒適性和整車的NVH性能，確保在不改變用戶操作車輛的習(xí)慣的情況下降低汽車的油耗和排放，這都是當(dāng)前各汽車生產(chǎn)廠家下一步的工作方向。

[1] 劉歡.大氣污染防治條例有望年內(nèi)出臺(tái)[N].北京日?qǐng)?bào)，2013-03-13(7).

[2] 周泉.怠速起停系統(tǒng)促進(jìn)起動(dòng)機(jī)革命——雙電磁開(kāi)關(guān)式起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析[J].汽車電器,2014(10): 39-43

[3] 陳積先.基于工況仿真的啟停功能AGM鉛酸電池性能研究[J].汽車科技,2015(4):27-31.

[4] 張穎劍.發(fā)動(dòng)機(jī)怠速啟動(dòng)停止系統(tǒng)研究及CRUISE仿真[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,2013.

[5] 黃曉鵬,藺宏良.基于汽車啟停系統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[J].汽車使用技術(shù),2014年(10):30-32.

[6] 鄭立明.手動(dòng)變速器空擋位置傳感器在智能啟停系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車技術(shù),2014(4):28-32.

[責(zé)任編輯：張永軍]

The Analysis and Research on Automobile Starter-Type Stop-Start System Technology Based on PSA

CHENG Zhang1, ZHE Si-jie1,LIU Yao-bang1,2

(1.Department of Automotive and Mechanical Engineering, Anhui Communications Vocational and Technical College, Hefei 230051; 2.School of Automobile and Communication Engineering,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Considering the growing rigorous automobile emission standard and energy save need, an analysis and research for the start and stop technology of starter type automobile is put forward. Based on traditional engine idle speed control, one more set engine start and stop system with enhanced starter control is added to get micro hybrid power. The STT start and stop system structure and principle of PSA type automobile is taken as an example for analyzing the control strategy of start and stop technology, as well as exploring the design method and idea of start and stop system.

start and stop technology; enhanced starter; STT start and stop system; control strategy.

2016-04-14

2016-07-08

安徽省汽車技術(shù)服務(wù)與營(yíng)銷專業(yè)省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)(2015jxtd084)、安徽省省級(jí)精品資源共享課“車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修”(2015gxk126)資助。

程 章(1984—)，男，安徽安慶人，安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)械工程系講師。

U466

A

2096-2371(2016)04-0105-05