汽車發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)設(shè)計研究

代永剛，曹慧穎，程劍峰，李杰，解小超

汽車發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)設(shè)計研究

代永剛，曹慧穎，程劍峰，李杰，解小超

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

為降低車輛油耗，以滿足日益嚴(yán)格的油耗法規(guī)，文章設(shè)計了一種發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)，重點闡述了其控制流程，及其控制狀態(tài)觸發(fā)條件，該系統(tǒng)基于發(fā)動機管理系統(tǒng)實現(xiàn)。

怠速起停系統(tǒng)；觸發(fā)條件；發(fā)動機管理系統(tǒng)

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-28-03

1 概述

隨著油耗法規(guī)和排放發(fā)規(guī)的不斷加嚴(yán)，如何降低車輛油耗，達到法規(guī)要求，不僅是提高車輛競爭力的需求，更是車輛能否上市銷售必須達到的紅線。鑒于此，各大主機廠都在競相開發(fā)和應(yīng)用節(jié)油技術(shù)降低產(chǎn)品油耗，這其中，發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)作為一種機外節(jié)油技術(shù)，因其易于實現(xiàn)、成體低、尤其適用擁堵的城市工況、可選擇性（駕駛員可關(guān)閉該功能）等優(yōu)點，被各主機廠廣泛采用。之前只在高端車型使用的起停系統(tǒng)，也越來越多的應(yīng)用在中、低檔車型上。本文通過闡述發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)設(shè)計方案，本文設(shè)計了一種發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)，重點闡述了其控制流程，及其控制狀態(tài)觸發(fā)條件。

2 發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)

發(fā)動機怠速起停是一種車輛微混技術(shù)，該技術(shù)對于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機前端輪系不進行改動，主要通過發(fā)動機EMS系統(tǒng)控制實現(xiàn)，通過將原車普通鉛酸蓄電池和啟動機變更成深充放型蓄電池和增強型啟動機，同時增加蓄電池傳感器配合剎車真空泵，剎車信號，離合器信號，檔位信號等輸入信號實現(xiàn)發(fā)動機自動起動/停止運行功能。

使用自動起停功能可以起到節(jié)省燃油的作用。當(dāng)車輛處于發(fā)動機怠速工作情況時（如等紅燈，短暫停車等），在滿足一定的條件下，起停系統(tǒng)將自動關(guān)閉發(fā)動機。再次起步時，啟動機自動運轉(zhuǎn)并拖動發(fā)動機快速起動。

圖1 發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1中，BCM為車身管理系統(tǒng)，TCM為變速箱管理系統(tǒng)，對應(yīng)自動檔車型（手動檔車型沒有TCM，對應(yīng)空檔和離合器開關(guān)），ICM為儀表管理系統(tǒng)。

3 發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)設(shè)計方案

怠速起停系統(tǒng)的設(shè)計需盡可能在起停系統(tǒng)動作過程中不改變駕駛員正常的駕駛習(xí)慣，為此起停系統(tǒng)的設(shè)計要求人機交互界面清晰直觀，起停功能使能條件合理安全，觸發(fā)怠速停機或怠速停機后啟動操作簡單。

圖2 怠速停機系統(tǒng)運行流程圖

3.1 發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)人機交互界面設(shè)計

發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)的人機交互界面設(shè)計應(yīng)簡潔直觀，并能清晰的標(biāo)明怠速起停系統(tǒng)的工作狀態(tài)。為此，可在起停系統(tǒng)主開關(guān)和儀表上顯著位置設(shè)置指示燈用以表明起停系統(tǒng)的工作狀態(tài)，其設(shè)計要點如下：

（1）將起停系統(tǒng)主開關(guān)設(shè)計成點觸式，并集成狀態(tài)指示燈。車輛在KeyOn狀態(tài)下，駕駛員按下一次開關(guān)就觸發(fā)一次起停功能開啟/關(guān)閉的狀態(tài)切換，同時集成在主開關(guān)上的指示燈滅表明起停功能開啟，而指示燈亮表明系統(tǒng)功能關(guān)閉。

（2）力求簡潔明了，在儀表上布置一個雙色燈（結(jié)合汽車指示燈的設(shè)計要求，紅綠雙色指示較為適宜），結(jié)合閃爍狀態(tài)，表明起停系統(tǒng)的工作狀態(tài)：

指示燈滅：起停功能未開啟，或起停功能開啟，但還未觸發(fā)停機；

綠色燈亮：起停功能開啟，并成功觸發(fā)怠速停機；

黃色燈亮：起停功能開啟，并觸發(fā)怠速停機失敗；

黃色燈閃爍（1Hz）20秒后進入黃燈常亮狀態(tài)：起停功能存在相關(guān)故障，并且不允許怠速起/停；

綠色燈以1Hz閃爍5秒(可標(biāo)定)后進入正常模式顯示：指示起停下線檢測模式激活。

為與其他車輛指示燈進行區(qū)分，狀態(tài)指示燈設(shè)計成帶字符顯示更能引起駕駛員的注意。

（3）手動啟動提示：車輛在進入怠速停機后，如出現(xiàn)起停使能條件不滿足的情況，起停指示燈在此次駕駛循環(huán)，起停指示燈熄滅，儀表信息區(qū)顯示手動啟動信息，提示駕駛員手動啟動車輛。

3.2 起停功能使能條件設(shè)計

在駕駛員通過起停主開關(guān)開啟起停功能后，發(fā)動機ECU在判斷起停功能使能條件滿足后，會在駕駛員的起停觸發(fā)操作完成后進入怠速停機狀態(tài)。為使匹配發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)的車輛運行更節(jié)油、安全、可靠和舒適，起停使能條件設(shè)計可從安全性、駕駛意圖、駕駛合理性和駕駛員舒適體驗性要求逐步反向推導(dǎo)出起停功能使能條件設(shè)計細(xì)則，下表列出了起停功能使能條件設(shè)計的關(guān)鍵要素，在起停功能使能條件中需重點考慮：

表1 起停功能使能條件

3.3 怠速停機觸發(fā)條件設(shè)計

在車輛滿足汽起停功能使能條件后，駕駛員可通過觸發(fā)操作使車輛進入怠速停機狀態(tài)。為使起停系統(tǒng)使用簡單、可靠，在安全的前提下，怠速停機觸發(fā)條件設(shè)計應(yīng)按照正確的駕駛規(guī)則，盡可能符合常規(guī)車輛的駕駛習(xí)慣。手動變速箱與自動變速箱的觸發(fā)條件設(shè)計有所不同：

表2 怠速停機觸發(fā)條件

3.4 怠速停機自動起動觸發(fā)條件設(shè)計

在車輛進入怠速停機狀態(tài)后，起停系統(tǒng)通過對自動起動觸發(fā)條件的判定來識別駕駛員的駕駛意圖，自動啟動發(fā)動機。車輛進入怠速停機后，其他系動仍在運行，自動起動觸發(fā)條件分為駕駛員觸發(fā)條件和車輛觸發(fā)條件。

表3 駕駛員自動起動觸發(fā)條件

對匹配EPB、AotuHold功能的自動檔，EPB、AotuHold作動視為制動踏板踩下。

表4 車輛自動起動觸發(fā)條件

以上為車輛觸發(fā)方式的必要條件，對于手動變速箱車輛，其傳動鏈必須脫開（離合器深踩或在檔位空檔），對于自動變速箱車輛，其制動踏板踩下或檔位在P/N檔。

3.5 起停功能退出觸發(fā)條件設(shè)計

在車輛進入怠速停機后，可能會出現(xiàn)起停使能條件不滿足的情況，為此，需設(shè)計車輛在當(dāng)前狀態(tài)下退出起停功能的觸發(fā)條件，在條件回復(fù)后在下次駕駛循環(huán)中自動開啟起停功能，保障安全。

表5 起停功能退出觸發(fā)條件

當(dāng)以上條件滿足，車輛在怠速停機狀態(tài)下退出起停功能，應(yīng)提示駕駛員手動啟動車輛。

4 結(jié)束語

為滿足日益嚴(yán)格的油耗和排放法規(guī)，本文設(shè)計了一種發(fā)動機怠速起停系統(tǒng)。該系統(tǒng)基發(fā)動機管理系統(tǒng)擴展實現(xiàn)，在內(nèi)燃機車輛上經(jīng)過簡單改造，即可應(yīng)用。起停系統(tǒng)動作盡可能不改變駕駛員正常的駕駛系統(tǒng)，其使能、觸發(fā)條件的設(shè)計在保障安全、舒適的前提下，能準(zhǔn)確判斷出駕駛員的駕駛意圖，并在人機交互界面，清晰表明起停系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

[1] 江淮汽車技術(shù)中心《綠程汽油機節(jié)油技術(shù)分析報告》.

[2] 周龍寶《內(nèi)燃機學(xué)》第三版 北京機工印刷廠,2015.

[3] 張西振《汽車發(fā)動機電控技術(shù)》第三版 機械工業(yè)出版社,2016.

Research on the design of idle start-stop system of automobile engine

Dai Yonggang, Cao Huiying, Cheng Jianfeng, Li Jie, Xie Xiaochao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD technology center, Anhui Hefei 230601 )

In order to reduce the vehicle fuel consumption to meet the increasingly stringent fuel consumption regulations, this paper designed an engine idle start-stop system, focused on its control flow, and its control state trigger condition, which is based on the engine management system.

idle start-stop system; trigger condition; engine management system

U462.1

A

1671-7988 (2017)16-28-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.011

代永剛，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心。