低速滑行停機節油技術研究

吳瓊　李衛兵　舒潔（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥 230601）

?

低速滑行停機節油技術研究

吳瓊李衛兵舒潔
（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥 230601）

【摘要】在傳統起停系統與智能換擋提示系統基礎上，通過增加安全滑行停機邏輯判斷、制動與轉向安全控制策略、空擋提示策略、人機交互界面完成了低速滑行停機系統的設計、匹配標定與試驗驗證。NEDC循環測試結果表明，采用該方案可實現整車節油，且停機車速越高，節油效果越好。研究了低速滑行停機節油技術對整車駕駛性能、整車排放性能、OBD診斷功能的影響，并進行了重新標定與驗證，試驗結果表明，各項性能均滿足要求。

主題詞：低速滑行停機節油率駕駛性排放性能OBDNEDC循環

1　前言

由于節能與環保越來越受到重視，乘用車油耗法規也不斷更新與完善。為此，各主機廠都在研究與應用整車節能新技術，如怠速起停功能［1，2］、換擋提示功能［3］、智能發電機、低滾阻輪胎等。

研究發現，車輛低速滑行過程中駕駛員松開油門踏板，發動機僅需要維持自身運轉，其消耗燃油卻并未做有用功。為此，本文在傳統起停系統與換擋提示系統的基礎上，通過增加低速滑行控制策略、電子真空泵制動安全策略、轉向安全策略、人機交互等開發了一種低速滑行停機節油技術，研究了該技術對整車油耗、駕駛性、行車安全性、排放與OBD等方面的影響，通過控制策略與硬件的配合使該技術達到量產化條件。

2　NEDC循環燃油消耗的微觀分析

圖1　NEDC循環中ECU的典型控制工況

某車型在NEDC循環中各工況下發動機燃油消耗量和持續時間如表1所示。車輛行駛過程中，發動機做有用功的工況是加速、勻速、收油減速階段，其燃油消耗量占總燃油消耗量的84.89%，有用功時間占測試循環總時間的62.37%。這與BOSCH研究得出的車輛在正常行駛過程中有約1/3時間不需要發動機工作的結論一致［4］。整車節油技術的終極目標是使發動機在這1/3的時間里不工作，達到約15%的理想節油效果。

表1　NEDC循環各工況油耗與時間統計

低速滑行停機技術就是為了解決車輛滑行過程中減速停車和怠速工況中發動機運轉消耗燃油問題，最終降低整車的燃油消耗量。

3　低速滑行停機技術

3.1低速滑行停機技術概述

低速滑行停機技術是指當車輛滑行至安全車速時，通過換擋提示功能提示駕駛員掛入空擋，ECU控制發動機自動熄火，車輛空擋滑行至停止。它融合了起停系統和換擋提示系統的功能，并在ECU軟件中增加滑行停機控制策略，將停機車速擴大至滑行過程中的安全車速［5，6］。

低速滑行停機系統結構框圖如圖2所示，它利用起停系統和換擋提示系統的傳感器，并增加制動真空泵以增強滑行停車過程中的制動安全性。

圖2　滑行停機系統結構

車輛滑行至安全車速并滿足滑行停機條件后，ECU發送降擋提示至組合儀表，駕駛員按照提示換N擋后發動機自動熄火，在滑行過程中實時檢測真空助力器中的真空度，當滿足電子真空泵工作條件時立即起動真空泵輔助制動。

ECU將停機狀態發送至EPS系統，EPS系統在滑行停機期間保持正常助力。電池傳感器和智能發電機同步進行整車電平衡管理，蓄電池電量低于下限值后立即起動發動機。

水是生命之源，任何需要在地球生存的生物都離不開水，而水利工程事業則與國計民生有著密不可分的聯系，和社會大眾的生命財產安全息息相關，國家和政府也投入了大量的人力物力在水利工程的建設中，不斷地加大水利工程基礎設施的建設力度，在保障了人民群眾的生產生活的用水需求的同時也促進著社會的經濟發展，而水利工程不是一個小項目，它具有投資規模大、建設周期長等特點，在管理上也存在著很大的困難，而如今，在大力發展水利工程的今天，要將項目管理應用于水利工程的建設中還需要多方的努力共同完成。

功能選擇與系統狀態顯示是駕駛員與ECU之間的人機互動界面，組合儀表上的警告燈告知滑行停機系統狀態。

3.2低速滑行停機系統控制策略

當駕駛員松開油門踏板，車輛在慣性或者輕微制動的工況滑行后，如果滿足滑行停機條件，ECU啟動滑行停機的相關操作。滑行停機控制策略如圖3所示［5，6］。

圖3　低速滑行停機控制策略

4　低速滑行停機節油效果

在某試驗車輛上分別進行了30 km/h與20 km/h的滑行停機NEDC循環油耗測試，試驗結果如表2和表3所示。該車型在NEDC循環中熱機油耗為6.20 L/100 km，開啟怠速起停功能后熱機油耗為5.92 L/100 km［7，8］。

由試驗結果可知，采用低速滑行功能在NEDC循環中能夠實現節油，而且停機時的車速越高，節油效果越好。由于車輛實際行駛中減速停車工況，尤其是城市中怠速工況更多，低速滑行停機功能的使用頻率更高，節油效果會更好。根據BOSCH的研究結果，在實際道路中，怠速停機+滑行停機功能的節油率可達10%左右［4］，而在NEDC循環中，節油率只有5%～7%。

表2　30 km/h滑行停機節油效果

表3　20 km/h滑行停機節油效果

5　相關性能標定與驗證

5.1行車安全控制

滑行停機功能啟動后，發動機熄火影響制動真空助力和轉向助力。因此，增加了電子真空泵與安全控制軟件以確保整車制動安全，圖4為滑行熄火過程中駕駛員連續制動時的系統工作情況。

使用液壓助力轉向系統提供轉向助力的車輛，發動機熄火后無法提供轉向助力，因此只有采用電動助力轉向的車型才能采用滑行停機技術。ECU向EPS控制器發送滑行停機標志位，EPS控制器根據當前車速、滑行停機標志位、蓄電池電量和電壓標志位實現助力，從而保證滑行熄火后的行車安全。

5.2駕駛性

低速滑行停機功能主要在車速20 km/h以下起作用，故主要驗證該車速范圍的駕駛性。滑行過程中駕駛員踩下離合器踏板準備換擋時，自動起停系統可快速起動發動機恢復動力輸出。如圖5所示，在第505 s時發動機自動熄火，車輛處于空擋滑行狀態，當車速降低至10 km/h左右（第513 s）時駕駛員踩下離合器踏板，發動機起動。

圖4　制動系統工作情況

圖5　滑行停機過程中車輛再次加速時駕駛性驗證

發動機恢復動力與車輛加速行駛過程中，駕駛員踩下離合器踏板至發動機成功起動的時間為0.6 s，但駕駛員踩下離合器踏板—換擋—松離合器踏板的時間為1.5 s，發動機起動時間滿足要求。在該過程中，僅在松開離合器踏板時，車輛負載增加使車速產生小的波動，但是整車主觀感覺良好，發動機動力無延遲感。

5.3排放性能

試驗車輛分別進行常規起停與滑行停機的常溫排放性能對比，試驗結果如表4所示。由表4可知，常規起停與滑行停機的整車排放均滿足法規要求，各種污染物均無明顯變化，發動機提前停機不會導致污染物增加。

表4　滑行停機功能排放性能驗證結果

5.4OBD診斷功能

在試驗車輛上安裝新鮮的三效催化轉換器，并進行預跑、靜置后完成NEDC循環試驗。通過更改相關參數使得滑行停機功能完成后滿足失火診斷、氧傳感器響應診斷、ICMD診斷作動條件，診斷邏輯正常作動，能夠正確識別故障并報故障碼、點亮故障燈。

5.5蓄電池電量SOC

SOC直接影響滑行停機系統電器設備的工作，如果電量低于40%，會影響起動機的再次工作和電動助力轉向系統的性能。為此，研究了滑行停機系統重復起動與連續轉向對SOC的影響。

車輛滑行停機后連續轉向（連續3次左轉至轉向盤最大轉角再右轉至最大轉角），整個過程中SOC在50% ～49%之間波動。由此可見，停機過程中電動助力轉向系統消耗的電量對SOC影響較小，不會消耗較多電量導致滑行停機系統無法工作，如圖6所示。

圖6　電動助力轉向對SOC的影響

將試驗車輛連續滑行停機并連續起動（模擬城市跟車工況），在該過程中，SOC在50%～48%之間波動，可見重復起動對蓄電池電量的消耗較少，不會影響整車的電平衡，如圖7所示。

圖7　重復起動對SOC的影響

5.6催化器起燃特性

催化器溫度低于起燃工作溫度時轉化效率會明顯降低，影響尾氣排放。為此，驗證了滑行停機過程中催化器中心溫度。在連續的滑行停機與重復起動過程中，催化器中心溫度如圖8所示。由圖8可知，催化器的中心溫度一直在600℃以上，滿足催化器的起燃要求（起燃溫度350℃以上），不會增加污染物排放。

圖8　滑行停機功能對的催化器溫度的影響

參考文獻

1魏廣杰，吳瓊，涂安全.汽車發動機起停技術研究及應用開發.西華大學學報（自然科學版），2011，30（5）：14～17.

2李敏，席忠民，浙昆，等.汽車智能啟停系統研究.汽車電器，2015（1）：15～18.

3吳瓊，彭楊，涂安全，等.一種換擋提示系統及方法.中國專利，201410567764.9.2015-03-04.

4愛卡汽車.具備滑行功能的博世起動-停止節油10%［EB/ OL］.（2014-04-25）.http：//info.xcar.com.cn/201404/news_ 1573375_1.html.

5李衛兵，吳瓊，彭楊，等.一種車輛節油控制方法.中國專利，2015102540668.2015-05-18.

6李衛兵，吳瓊，彭楊，等.一種車輛節油系統.中國專利，2015203214290.2015-05-18.

7GB 27999-2014乘用車燃料消耗量評價方法及指標.

8GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）.

（責任編輯斛畔）

修改稿收到日期為2016年3月17日。

中圖分類號：TK414.3；U464

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3703（2016）07-0057-04

The Research on Fuel Saving Technology in Low-speed Coasting and Start-stop

Wu Qiong，Li Weibing，Shu Jie
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.Technical Center，Hefei 230601）

【Abstract】Based on the traditional start-stop system and intelligent shift reminder system，the design，matching calibration and test verification of low-speed coasting and start-stop system have been accomplished by increasing the safety coasting start-stop logic judgment，braking and steering safety control strategy，neutral shift reminder strategy and human-machine interface.The results of NEDC test cycle show that this solution can reduce fuel consumption，and the higher the start-stop vehicle speed，the better the fuel saving effect is.The impact of low-speed coasting and start-stop fuel saving technology on vehicle driveability，vehicle emission property，OBD diagnosis function is studied，and re-calibration and verification have been made.The test results show that all the performances are in compliance with relevant requirement.

Key words:Low-speed coasting and start-stop，Fuel saving ratio，Driveability，Emission property，OBD，NEDC cycle