起停系統工作原理和故障分析方法介紹

肖 珍，王詩豪

（神龍汽車有限公司，湖北 武漢 430056）

隨著城市汽車的不斷增加以及城市的擁堵，汽車尾氣排放成為影響城市空氣品質的重要因素；同時隨著能源的不斷減少，國家對汽車的燃油消耗量也有了統一的標準。降低油耗，減少尾氣排放，已成為汽車行業的一個重要目標，基于這個目標汽車行業實現了很多技術突破，其中起停系統（STT系統，Start stop system的簡稱）就是其中一項。起停系統主要通過在車輛怠速時切斷發動機，起到減少排放和油耗的作用。早在2004年PSA就在C3車型上使用了起停系統，目前該系統在東風標致和東風雪鐵龍兩個品牌的車型上廣泛應用。本文介紹起停系統的組成和工作原理，并以一起停系統故障分析過程為例，介紹起停系統的診斷方法。

1 起停系統的工作原理

1.1 起停系統組成

起停系統顧名思義就是停止和重起發動機，在車輛等待紅燈或堵車等怠速情況下停止發動機，在駕駛員需要起動發動機時重起，圖1為起停系統架構圖，該系統主要由增強型起動機、專用起動機繼電器BICD、LIN發電機、特殊的電池、 DC/DC穩壓器DMTR和遍布整車的起停策略等組成。

1）增強型起動機：又稱為STT起動機，該起動機通過加強起動機各零部件使起動機壽命由原來的3萬次提升到了30萬次。

2）LIN發電機：通過LIN總線與發動機電控單元進行通信，根據系統要求優化電池的充電策略。

圖1 起停系統架構圖

3）電池：專門用于STT車的電池，增加放電/充電周期和放電程度。

4）蓄電池傳感器：簡稱BECB，用于測量和監控電池數據、電荷狀態。

5）DC/DC穩壓器：簡稱DMTR，在發動機起動和重起的時候穩定整車電壓。

6）起動機繼電器：簡稱BICD，取代傳統的觸點式繼電器，采用無觸點式電子繼電器，滿足了耐久性的要求，并集成診斷電路，能探測故障并啟動降級模式。

7）空擋傳感器：用于手動變速器，測量變速器所處擋位，以向起停系統傳達變速器的狀態 （空擋 / 非空擋）。

8）離合器位置傳感器：用于手動變速器，測量離合器踏板的位置。

9）STT按鍵：增加了 STT ECO OFF 按鍵，駕駛員可以自行開啟或關閉此功能。

1.2 起停系統功能介紹

1.2.1 起停系統-停止功能

停止功能，即在車輛怠速情況下停止發動機。當車輛檢測到駕駛員請求停止車輛，并且整車系統授權停止的情況下，車輛將自動停止發動機。車輛進入停止狀態的邏輯圖如圖2所示。怎樣判斷駕駛員請求停止？車輛是通過判斷變速器擋位信息和制動踏板狀態來確定的：對于手動變速器用戶，當變速器置于空擋且松開離合器，即可判定為駕駛員請求停止；對于自動變速器用戶，只需變速器擋位置于空擋或踩下制動踏板，即可判定為駕駛員請求停止。對于另一個起停系統的必要條件“整車系統授權停止”，主要是為了保障車輛的安全性、舒適性和能源充足，具體要求如下。

圖2 進入停止狀態邏輯圖

1）安全性：要求駕駛側車門關好，駕駛員安全帶系好，整車電控單元（簡稱：BSI）無重起請求，發動機電控單元（簡稱：CMM）無重起請求，變速器電控單元（簡稱：BVA）無重起請求，防側滑電控單元（簡稱ESP）無重起請求（無ESP 功能正在運行，且車輛所處坡度小于9°），轉向系統電控單元（簡稱GEP）無重起請求，未激活自動泊車輔助功能，無探測到故障。

2）舒適性：車外溫度必須在5～35 ℃之間（進入起停系統后空調壓縮機會被自動關閉，在此溫度區間，空調的開啟和關閉不會對客戶舒適性產生明顯影響）。

3）能源：電池電量和電池溫度，電池電量必須大于78%且8 h內無斷開電池記錄；電池溫度要求在 -5～60 ℃之間（防止電池虧電導致車輛進入“停止”后無法“重起”）。

1.2.2 起停系統-重起功能

“重起”即車輛進入“停止”后重新起動發動機，當車輛檢測到“駕駛員請求重起”或整車系統中的任一系統請求“重起”，車輛即立即重起，進入重起狀態邏輯圖如圖3所示。駕駛員請求重起：手動變速器的用戶，駕駛員踩下離合踏板，即認定為請求重起；對于自動變速器用戶，擋位置于D/R/M任意擋位或松開制動踏板，即認定為請求重起。當整車系統監測到以下任一條件滿足，系統即會重起發動機：駕駛員離開（車門開啟或安全帶解開）、探測到車速、熱條件重起（外部溫度）、電源能量不足、動力系統請求重起、底盤系統請求重起、座艙請求重起或探測到故障等。

圖3 進入重起狀態邏輯圖

2 起停系統故障診斷分析方法

通過上一章節的原理介紹，了解到起停系統涉及到動力總成、底盤和座艙等諸多電器系統，一旦遇到起停系統故障，如何在整個起停系統中逐步縮小診斷范圍最終找到問題的根本原因，需要有正確和合理的診斷方法。在這一章節中，將以一個起停系統的缺陷分析為例，為讀者們展示如何首先找到導致起停系統故障的子系統，然后針對子系統進行分析找到故障的根本原因，并獲得解決措施。

2.1 故障車輛背景信息

故障車輛為新408改款騾子車（騾子車：是指在裝車前將與改款車型相似的車輛改裝成目標車輛，主要用于前期的系統調試和驗證），數量僅一臺，該車輛在前期的功能驗證中發現起停系統不工作，車輛所處環境溫度滿足起停系統要求，電量充足，8 h內無斷開電池記錄，儀表上無故障燈被點亮。

2.2 查找導致起停系統故障的子系統

雖然起停系統涉及的電控系統繁多，但最終所有系統的授權信息都在發動機控制單元上匯總，發動機控制單元綜合判斷后決定是否進入停止模式或重起模式，因此發動機控制單元也可稱之為“起停監控器”。PSA利用發動機控制單元“起停監控器”的特點，在發動機控制單元的診斷軟件部分集成了起停系統的診斷，診斷軟件將需要監控的參數狀態通過簡單直觀的狀態位（比如0或1）存儲在指定的寄存器中，通過對應的診斷指令可以快速便捷地讀取各參數對應的狀態位，通過對狀態位進行解析，即可獲得各系統是否授權。基于發動機控制單元的該診斷功能，在駕駛員請求停止后給發動機控制單元發送表1中監測停止授權的診斷指令，對照表1檢查響應結果，即可以找到導致起停系統未授權的子系統。對于重起的診斷也是同樣的方式。

PSA在自主研發的診斷工具IDVH上集成了上述起停系統診斷功能，本故障車輛將通過IDVH對故障進行診斷。將安裝有IDVH的筆記本電腦通過診斷連接設備與故障車輛的中央診斷頭進行連接，開啟IDVH 起停系統診斷界面，在駕駛員請求停止后，選擇IDVH上的 “Test Autorisation Stop”，點擊界面中的“刷新”圖標后，IDVH在后臺逐一給發動機控制單元發送上述檢測停止授權的診斷指令，IDVH通過診斷指令響應的結果，直觀地顯示各子系統授權狀態。其中故障車輛在“電池”圖標下方顯示為紅色“!”，表示電池系統未授權；而其余圖標下方都顯示綠色“√”，表示這些系統均有授權停止（圖4）。因此可以判定該故障車輛電池導致起停系統不工作。

表1 停止/重起診斷指令一覽表

圖4 故障車IDVH起停系統診斷界面

2.3 查找導致子系統故障的根本原因

在本文起停系統-停止功能中有介紹為了保障車輛在進入起停系統時能源充足，要求電池電量SOC必須大于78%且8h內無斷電池記錄，電池溫度要求在-5～60℃之間。STT系統中的BECB實時監測車輛電池的各項參數，通過CAN總線可以讀取到上述3個參數的實時數值（圖5）：SOC為81%＞門檻值78%；SOC 狀態正常（不存在8 h斷電的問題）；電池溫度=72 ℃＞門檻值60 ℃，因此可以斷定：由于電池溫度過高，導致起停系統無法進入。

2.4 解決方法

導致電池溫度過高存在兩種情況：①電池周圍環境溫度過高；②電池自身溫度過高（電池存在缺陷或老化，隨著電池的內阻增加，電池溫度會過高）。通過對實車溫度進行探測，發現是電池自身溫度過高，通過對改裝車輛背景調查發現，該車輛電池做過大量的耐久性和沖擊試驗，導致電池老化內阻過大，更換電池后，將電池充電至SOC值大于78%，放置8h后，車輛起停系統工作正常。

圖5 電池參數總線數據

3 結束語

起停系統在城市工況下為汽車的節能降耗發揮了重要作用，但是由于涉及到動力總成、底盤和座艙等諸多電器系統，在使用過程中出于安全和舒適性的考慮，啟用條件繁多，如果對該系統沒有基本的認識，在使用和診斷過程中都將會遇到很多困擾。本文通過介紹起停系統的組成、工作原理和診斷方法，讓廣大用戶更加深入地了解和應用該系統 ，也為診斷提供參考。