基于智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)動機啟停控制研究*

楊志偉，陸宇，李增文，郭文博，張友松，李文禮

基于智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)動機啟停控制研究*

楊志偉1，陸宇2，李增文1，郭文博2，張友松2，李文禮2

（1.重慶長安汽車股份有限公司 智能化研究院，重慶 400020；2.重慶理工大學 汽車零部件先進制造技術(shù)教育部重點實驗室，重慶 400054）

針對目前發(fā)動機啟停控制過程中由于無法預(yù)測車輛停車時間和感知環(huán)境信息，而容易造成不必要的頻繁啟停問題，提出一種基于智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)動機啟停控制方法。構(gòu)建基于車載智能網(wǎng)聯(lián)控制器、路側(cè)設(shè)備和云端平臺的智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)實際路況來精準控制發(fā)動機啟停，有利于提升節(jié)油效果和用戶駕駛舒適性。

智能網(wǎng)聯(lián)；發(fā)動機；啟停控制；環(huán)境感知

前言

車輛發(fā)動機啟停功能是汽車系統(tǒng)配置中的常用功能之一，其工作原理為在滿足預(yù)設(shè)的停機條件下，控制發(fā)動機怠速運行時自動熄火，當檢測到行駛意圖或其它發(fā)動機需求時，啟動裝置拖動發(fā)動機快速啟動[1-2]。發(fā)動機啟停功能可以有效降低汽車在怠速工況下燃油消耗量，同時減少有害氣體排放量[3-5]。因此對發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)的研究具有重要的意義，國內(nèi)外汽車廠商對該技術(shù)也進行了大量的研發(fā)與應(yīng)用[6-8]。

目前發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)對停機條件判斷過于簡單，一般是當發(fā)動機怠速停止就控制停機，缺少對道路行駛路況和環(huán)境的考慮，容易造成不需要啟停時頻繁啟停，需要啟停時又沒有啟動啟停功能，進而造成燃料消耗增加的問題。比如在信號燈即將由紅燈轉(zhuǎn)為綠燈時（有試驗數(shù)據(jù)表明[6]，一次啟動損耗的燃油，相當于汽油引擎引起怠速5秒、柴油引擎引起怠速20秒），在低于一定時間的紅燈等待內(nèi)，不使用啟停功能更能省油、減少污染物排放；在緩堵路段發(fā)動機頻繁啟停、在高溫天氣發(fā)動機停機后空調(diào)不能制冷，給司機用戶造成不好的駕駛體驗；部分用戶甚至長期關(guān)閉發(fā)動機啟停功能。

本文對于目前發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)無法預(yù)測車輛停車時間和感知環(huán)境信息的問題，在現(xiàn)有發(fā)動機啟停控制的邏輯基礎(chǔ)上，提出一種基于智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)動機啟停控制方法，使發(fā)動機啟停控制更加精準，從而提升發(fā)動機自動啟停功能的節(jié)油效果和用戶駕乘體驗。

1 智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)是車輛與車輛、道路基礎(chǔ)設(shè)施以及其他廣域網(wǎng)絡(luò)之間的通信與信息交互，全方位實現(xiàn)車車、車路、車云動態(tài)實時信息交互，實現(xiàn)人、車、路、云的智能協(xié)同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環(huán)保的道路交通系統(tǒng)。

2 發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)利用智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)發(fā)動機啟停控制，包括安裝在車輛上的車載智能網(wǎng)聯(lián)控制器、安裝在路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施（如交通信號燈）的路側(cè)設(shè)備和云端平臺。

2.1 車載智能網(wǎng)聯(lián)控制器

如圖1所示為智能網(wǎng)聯(lián)控制器，包括高精定位模塊、人機交互HMI、智能網(wǎng)聯(lián)模塊和發(fā)動機啟停控制器。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)控制器

高精定位模塊用于自車定位，并將自車位置發(fā)送給智能網(wǎng)聯(lián)模塊，可使用GNSS、差分定位、無線定位、慣導(dǎo)定位等可實施的任何定位技術(shù)。

車載智能網(wǎng)聯(lián)模塊為控制器的核心。其與車輛網(wǎng)絡(luò)總線相連實時讀取車輛的車速、制動踏板、檔位、車外溫度等信息；與路側(cè)設(shè)備無線通信獲取行駛方向信號燈時序信息；與云端平臺無線通信上報車輛車速、定位等信息，同時獲取行駛路段道路擁堵指數(shù)和當前定位的氣溫等信息。智能網(wǎng)聯(lián)模塊根據(jù)獲得的自車定位信息、車外溫度信息、當前氣溫信息、信號燈時序信息和當前行駛路段道路擁堵信息等，計算發(fā)動機啟停控制，并下發(fā)發(fā)動機啟停控制指令給發(fā)動機啟停控制器。

發(fā)動機啟停控制器根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)模塊的指令對發(fā)動機進行啟停控制。人機交互HMI模塊響應(yīng)用戶對車輛啟停控制的設(shè)置交互，如功能的關(guān)閉與啟動、溫度門限值的設(shè)置等。

2.2 路側(cè)設(shè)備

路側(cè)設(shè)備中無線通信模塊可向周圍車輛廣播路側(cè)信息，如各個方向信號燈時序信息、道路擁堵信息、道路施工信息等。

2.3 云端平臺

云端平臺根據(jù)每個車輛上報的車速、定位等信息，計算城市道路擁堵指數(shù)。

3 系統(tǒng)工作流程

智能網(wǎng)聯(lián)控制器根據(jù)獲取的實際交通路況和環(huán)境信息，精細化控制發(fā)動機啟停。如圖2所示為系統(tǒng)工作流程圖。

圖2 基于智能網(wǎng)聯(lián)的發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)工作流程

當車輛制動停車，無發(fā)動機需求時，系統(tǒng)具體工作流程如下：

步驟1：首先判斷當前氣溫，則發(fā)動機不停機，否則進入步驟2。其中，為當前位置的天氣溫度，為門限值，默認35℃，允許用戶設(shè)置；

步驟2：判斷當前是否為紅綠燈路口，如果是且行駛方向紅燈剩余時間為T，當T＞，則發(fā)動機停機，否則不停機；如果不是紅綠燈路口則進入步驟3。其中，T值為從測試實驗中獲取的發(fā)動機怠速時間，在T時間內(nèi)消耗的燃油等于發(fā)動機一次啟動消耗的能量，T值取決于發(fā)動機性能，不同發(fā)動機T值可能不同；

步驟3：判斷是否為擁堵路段，如果不是擁堵路段，則發(fā)動機停機；如果是擁堵路段，當擁堵指數(shù)，則發(fā)動機不停機，否則停機。其中，J為擁堵指數(shù)，可從云端平臺獲取，M值可從測試實驗中獲取。

3.1 紅綠燈路口分析

如圖3所示，路側(cè)設(shè)備安裝在紅綠燈設(shè)施上以讀取紅綠燈時序信息，并將路口的各個行駛方向的紅綠燈時序信息廣播出去；車輛通過無線通信系統(tǒng)與路側(cè)設(shè)備通信，得到當前路口行駛方向的紅綠燈時序信息；無線通信系統(tǒng)包括任何可實施的合適的通信技術(shù)，如GSM/GPRS、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、4GLTE、5G或其他當前新興的無線技術(shù)。

圖3 紅綠燈路口示意圖

3.2 擁堵路段分析

圖4 擁堵路況示意圖

如圖4所示，車輛通過無線通信系統(tǒng)獲得云端服務(wù)，得到當前路況及環(huán)境信息如擁堵指數(shù)、當?shù)貧鉁氐龋⑸蠄筌囕v的位置、速度等信息給云端服務(wù)；云端服務(wù)可以根據(jù)車輛上報的位置、速度等信息計算車輛所處道路的擁堵指數(shù)。

4 結(jié)束語

發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊，而當前系統(tǒng)存在無法預(yù)測車輛停車時間和感知環(huán)境信息的問題。為了解決該問題，本文提出了一種基于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)動機啟停控制方法，并構(gòu)建了發(fā)動機啟停控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能根據(jù)實際路況控制發(fā)動機啟停，得到更好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，提升用戶駕駛體驗。

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A study on engine start-stop control system based on intelligent and connected*

Yang Zhiwei1, Lu Yu2, Li Zengwen1, Guo Wenbo2, Zhang Yousong2, Li Wenli2

（1.Chongqing Chang'an Automobile Co., Ltd, Chongqing 400020; 2.Key Laboratory of Advanced Manufacturing and Test Technology for Automobile Parts of Ministry of Education, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054）

The existing engine start-stop system cannot predict vehicle stopping time and acquire environmental information, which is easy to cause the problem frequently of unnecessary start-stop. An engine start-stop control method based on intelli -gent and connected was proposed. Then an intelligent and connected engine start-stop control system was built, including the on-board intelligent network controller, the road side unit and the cloud platform. The system can accurately control the start-stop of the engine according to the actual road conditions, which is beneficial to improve fuel economy and user driving comfort.

Intelligent and connected; Engine; Start-stop control system; Environment perception

U469.7

B

1671-7988(2019)24-46-03

U469.7

B

1671-7988(2019)24-46-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.015

楊志偉，男，碩士，工程師，就職于重慶長安汽車股份有限公司，研究方向智能駕駛控制技術(shù)。

陸宇，碩士，就讀于重慶理工大學車輛工程學院。研究方向：智能汽車主動安全測試技術(shù)。

國家重點研發(fā)計劃（2018YFB010 5402）；國家青年自然科學基金（51805061）。