基于起停系統的變速器空擋位置傳感器開發

鄧慶斌 王曉娟 王麗萍 孟德偉

（1.華晨汽車工程研究院；2.鄭州航空工業管理學院）

基于起停系統的變速器空擋位置傳感器開發

鄧慶斌1王曉娟1王麗萍2孟德偉1

（1.華晨汽車工程研究院；2.鄭州航空工業管理學院）

介紹了基于起動機的起停系統方案，其包括系統結構、零部件及系統特征。變速器空擋位置信號作為起停功能控制策略的信號輸入，其輸出準確與否直接關系到整車起停功能的穩定性。以變速器空擋位置傳感器為研究對象，研究并確定空擋位置傳感器的開發方案，為整車起停系統的實現提供了一定的理論依據。

1 前言

起停系統屬于微混合動力技術，是近年來發展較快、普及率較高的汽車環保技術之一，特別適用于起停頻繁的城市路況。在綜合工況下使用該技術可節油5%～10%、減少CO排放5%；在擁堵的市區節油能達到10%～15%，還能減少CO排放、噪聲污染以及發動機積炭。

2 起停系統工作原理

2.1 起停系統的結構

當駕駛員遇到紅燈時踩下制動踏板，停車摘擋。此時，起停系統進行自動檢測，若滿足變速器處于空擋位置、車輪轉速為零、蓄電池傳感器顯示有足夠電量能完成一次啟動這3個條件，發動機將自動熄火。當信號燈變為綠燈后，駕駛員踩下離合器，隨即就可快速起動發動機；駕駛員掛擋，踩油門，車輛便可行駛。根據以上起停功能原理可知起停系統的結構如圖1所示。

起停系統主要包含以下部分:

a.電池傳感器（EBS）:監控電池的電壓、電流和溫度，用以計算電池荷電狀態（SOC）和電池功能狀態（SOF）；

b.增強型啟動電機:支持25萬次啟動；

c.空擋位置傳感器:用于起停控制策略及起動機控制安全，輸出變速器空擋或在擋信號；

d.離合器踏板頂/底開關:用于起停控制策略及起動機控制安全，在離合器踏板踩下10%和90%時發生狀態跳變；

e.玻璃纖維隔板（AGM）電池:采用AGM的閥控式密封鉛蓄電池，其具有較高充放電循環能力、可靠的低溫性能、更高的電容量穩定性。

在高效的蓄電池技術和相應的發動機管理系統（EMS）支持下，起停系統在較低溫度下也能正常工作，只需短暫預熱過程便可激活。

火花塞點火發動機燃燒過程中，暖機起動消耗的燃料僅相當于發動機怠速運轉0.7 s所消耗的燃料，因此車輛停止時間只要高于1 s就應當讓發動機熄火，以降低排放、保護環境。

2.2 EMS起停控制邏輯

起停系統原理如圖2所示，其中NTS為空擋開關，CBS為離合器踏板底部開關（90%踩下），UBD為車載診斷系統。

2.2.1 自動停機的使用和觸發條件

自動停機功能開啟的前提條件為:系統沒有相關診斷故障、駕駛員在駕駛座上、發動機艙蓋處于關閉狀態、電池狀態允許起停機；制動真空度狀態允許停機、起動機熱狀態允許停機；發動機當前狀態允許停機、車輛在起動后行駛的車速記錄已經超過一定限值（如5 km/h）。

自動停機功能觸發條件為:

a.當前車速已經降低至限值以下；

b.加速踏板完全松開；

c.擋位置于空擋狀態；

d.離合器踏板完全松開。

自動起動成功后，如果在時間限值內駕駛員沒有任何踏板和擋位操作，則認為其暫無起步意圖，因此將在一段可匹配的時間以后再次自動停機。

2.2.2 自動起動的使用和觸發條件

自動起動功能開啟的前提條件包括起停系統沒有相關故障、起動機動作的前提條件滿足、駕駛員在駕駛座上、發動機艙蓋處于關閉狀態、自動起動的失敗持續次數小于一定限值（如持續3次）。

自動起動觸發條件分為3類:

a.駕駛員操作觸發

策略1:空擋狀態，離合器踏板踩下10%以上或踩下加速踏板。

策略2:如果空擋且離合器踏板松開，則踩下10%離合器踏板起動；如果空擋且離合器踏板處于10%～90%狀態，則踩下90%離合器踏板起動；如果空擋且離合器踏板處于90%以上狀態，則掛擋可起動。

b.溜坡自動起動

空擋狀態或離合器踏板到底狀態；車速超過匹配值。

c.車輛需求觸發自動起動

車輛需求觸發的前提是處于空擋狀態。

電池狀態觸發:發動機自動停機狀態下，若車輛用電將電池電量降低到一定程度后再進一步降低則有無法起動的風險時，觸發自動起動進行電池充電。

制動真空度不足觸發:在發動機自動停機狀態下，如果連續制動等原因導致制動真空度不足，則觸發自動起動提供制動真空度，防止無法制動的風險。

3 變速器空擋位置傳感器開發

變速器空擋位置信號作為起停控制的輸入信號，其準確與否直接關系到整車起停系統的可靠性。變速器空擋位置傳感器依據傳感器的安裝位置可分為內置空擋位置傳感器（安裝于變速器殼體內）和外置空擋位置傳感器（安裝在選換擋搖臂上）。兩種傳感器的工作原理都是基于霍爾效應原理，霍爾傳感器是一種當交變磁場經過時產生輸出電壓脈沖的傳感器。由于脈沖的幅度是由激勵磁場的場強決定的，因此霍爾傳感器不需要外界電源供電。本文的空擋位置傳感器采用的是外置方案，如圖3所示。空擋位置傳感器電氣原理如圖4所示，其中BCM為車身控制模塊，EMS為發動機管理系統，JDQ為傳動鏈路繼電器，GND為接地。

接線端子的定義如圖5所示，其針腳定義如表1所列。

表1 接線端子的針腳定義

該傳感器具有空擋和在擋識別功能，空擋及選擋狀態都視為空擋，換擋軸以空擋為中心±12°（誤差±2°）范圍內定義為空擋，空擋定義范圍之外為在擋，如圖6所示。

空擋位置傳感器提供2路信號（分別由2路霍爾傳感器提供），一路為空擋信號，另一路為傳動鏈狀態繼電器控制信號，兩路信號為常開、常閉互鎖狀態。

a.在擋狀態下:空擋信號輸出零電平（常閉態），傳動鏈狀態繼電器控制信號開路（常開態），如圖7所示。

b.空擋狀態下:空擋信號輸出開路（常開態），傳動鏈狀態繼電器控制信號接地（常閉態），如圖8所示。

4 空擋位置傳感器的檢測

空擋位置傳感器（以下簡稱傳感器）的檢測主要使用空擋位置傳感器檢測臺。檢測臺主要功能是在傳感器未安裝的條件下，檢測其電氣功能是否達到設計要求。檢測臺外觀如圖9所示。空擋開關傳感器組件按照標準位置進行安裝、固定。安裝后將檢測臺的插頭與傳感器連接，檢測臺上電后就可以進行檢測，如圖10所示。

整個檢測過程中的運動部件只有磁柱搖臂，搖臂要分別向左、右和下3個方向移動到極限位置，搖臂又帶動磁頭一起運動，以測試霍爾元件的識別范圍。檢測過程中要注意磁柱搖臂的位置和指示燈的相對關系，因為唯一的判斷依據就是搖臂在固定位置時相對應的指示燈工作是否正常。檢測流程應觀察磁頭搖臂移動時和LED指示燈的對應關系，搖臂無論向哪個方向移動到極限位置，綠燈都應該指示，在檢測結束回到初始位置時，紅色指示燈亮，綠燈滅，檢測臺回到初始狀態。

5 結束語

以變速器空擋位置傳感器為研究對象，首先介紹了起停系統的結構、工作原理以及控制邏輯，研究并確定了空擋位置傳感器的開發方案，并通過檢測試驗臺驗證了該空擋開關的有效性，從而為整車起停系統的實現提供了一定的理論依據。

1馮夢麗，胡金辰.變速器空擋開關故障原因分析.汽車實用技術，2010，8:80～81.

2黃大星，蔡興旺.車輛怠速停止起動系統及其關鍵技術研究.韶關學院學報，2009，30（6）:42～45.

3劉凱.城市公交客車怠速停止起動系統建模與仿真:[學位論文].鎮江:江蘇大學，2009.

（責任編輯晨曦）

修改稿收到日期為2014年8月15日。

Development of Transm ission Neutral Position Sensor Based on Start-Stop System

Deng Qingbin1,Wang Xiaojuan1,Wang Liping2,Meng Dewei1
（1.Brilliance Automotive Engineering Research Institute;2.Zhenzhou Institute of Aeronautical Industry Management）

The starter-based start-stop system plan,which includes system structure,components and system features,is introduced in this paper.The transmission neutral position signal as input signal of the start-stop control strategy,its outputaccuracy is directly relevant to the stability of the vehicle start-stop function.In this paper,we take the transmission neutral position sensor as the research object,study and determine the neutral position sensor development plan,which provides theoretical basis for the developmentof start-stop system.

Start-stop system,Transm ission,Neutral position sensor

起停系統變速器空擋位置傳感器

U463.212

A

1000-3703（2014）09-0018-03