針對(duì)控制策略的汽車怠速啟停系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

余 韻

（廣西工業(yè)技師學(xué)院， 廣西 南寧 530031）

引言

當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展的速度正在以持續(xù)穩(wěn)定的步伐不斷加快，且工業(yè)化生產(chǎn)與制造的效能也在不斷提升。其中汽車產(chǎn)業(yè)作為支撐國家工業(yè)化發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，同樣具備超強(qiáng)的發(fā)展動(dòng)力和生命力。而且，在當(dāng)今時(shí)代背景下，汽車對(duì)于人們而言不僅僅是一個(gè)簡單的交通工具，而被賦予更多的文化與屬性，且在現(xiàn)階段的汽車制造產(chǎn)業(yè)中，為尋求技術(shù)上的創(chuàng)新和突破，汽車已經(jīng)成為了人們的“第二個(gè)家”[1]。從20 世紀(jì)福特成功發(fā)明出第一輛嚴(yán)格意義上的汽車之后，福特公司就正式成立，且針對(duì)于全世界銷售和拓展的汽車產(chǎn)業(yè)也開始建立和運(yùn)行。在這一背景下，汽車成為了當(dāng)時(shí)的一種新風(fēng)尚，且開始逐步代替馬車、人力車等交通工具。進(jìn)入21 世紀(jì)之后，從國際視野來分析，哪一個(gè)國家的汽車產(chǎn)業(yè)得到了高速發(fā)展，該國家的整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)效能必然會(huì)得到提升。而我國就是在這一形勢(shì)下實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的飛躍及國家工業(yè)化建設(shè)效能的再次發(fā)展。

1 汽車怠速啟?？刂品桨讣肮ぷ髟?/h2>

1.1 控制方案

汽車怠速啟?？刂萍夹g(shù)的應(yīng)用主要是基于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)汽車怠速啟停技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化的過程中，需要對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行深入分析與研究。兩者在相互依存的關(guān)系下，需要通過相互控制與制約的方法實(shí)現(xiàn)功能性的發(fā)揮。而在汽車的控制系統(tǒng)中，作為關(guān)鍵的部分就是EMS 應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性管理模塊。EMS 系統(tǒng)對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行有著根本性的意義，且對(duì)于汽車怠速啟停系統(tǒng)的控制和管理也非常重要。在汽車的整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中，EMS 應(yīng)用系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)的區(qū)域是對(duì)汽車怠速啟停進(jìn)行信號(hào)的傳遞，所以EMS 應(yīng)用系統(tǒng)在其中所起到的是一個(gè)傳感器的作用。在汽車的怠速啟停系統(tǒng)中，需要有多個(gè)傳感器對(duì)其進(jìn)行服務(wù)，這樣才能保證信號(hào)傳遞的及時(shí)性和有效性，進(jìn)而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作處于一個(gè)時(shí)刻更新的狀態(tài)下。另外，在汽車怠速啟停控制方案中，還可以融合智能傳感器單元對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于智能傳感器的應(yīng)用，能夠保證汽車怠速起停系統(tǒng)的安全性，且能夠?qū)ζ嚢l(fā)動(dòng)機(jī)作有效管理和控制。在智能傳感器和EMS 系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用背景下，汽車怠速起停系統(tǒng)的工作效能會(huì)得到有效提升，同時(shí)能夠有效地判斷出駕駛員的行車意圖。而且，在這一過程中，為尋求控制方案的合理性，還融合了非接觸式霍爾傳感器的應(yīng)用，該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)處理與分析，這對(duì)于促進(jìn)傳感器單元及EMS 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的工作效能有著重要的幫助作用。

1.2 工作原理

在汽車怠速啟停系統(tǒng)的應(yīng)用中，其主要工作原理是基于汽車的電機(jī)啟停功能實(shí)現(xiàn)的。所以，從本質(zhì)上分析，汽車怠速啟停系統(tǒng)是建立在汽車起動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。而在當(dāng)前的汽車怠速啟停系統(tǒng)應(yīng)用中，汽車電機(jī)啟停功能逐步代替了汽車起動(dòng)機(jī)啟停功能，進(jìn)而也實(shí)現(xiàn)了真正意義上的汽車怠速啟停。在汽車怠速啟停系統(tǒng)的運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)過程中，主要是通過智能傳感器的應(yīng)用及EMS 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用完成的，通過上述兩個(gè)系統(tǒng)的融合應(yīng)用，能夠有效判斷出駕駛員駕駛汽車的各項(xiàng)意圖，從而讓系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的駕駛意圖實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車怠速啟停功能的合理控制與有效應(yīng)用。一般情況下，當(dāng)駕駛員對(duì)系統(tǒng)發(fā)出反饋之后，汽車怠速啟停系統(tǒng)能夠及時(shí)地響應(yīng)駕駛員的需求，且能夠控制汽車的前進(jìn)和后退狀態(tài)。從汽車怠速啟停系統(tǒng)的工作原理來分析，主要可以分為手動(dòng)擋和自動(dòng)擋兩個(gè)模式。第一模式為手動(dòng)擋汽車怠速啟停系統(tǒng)管理與應(yīng)用模式。在手動(dòng)擋汽車怠速啟停系統(tǒng)的應(yīng)用中，當(dāng)汽車行駛到紅綠燈前，駕駛員需要踩剎車和離合器，在汽車穩(wěn)定之后將前進(jìn)擋換成空擋，然后松開離合器，此時(shí)手動(dòng)擋的汽車怠速啟停系統(tǒng)便會(huì)參與工作，且會(huì)自動(dòng)熄滅汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，而且會(huì)在駕駛員再次踩住離合器、掛入前進(jìn)擋并踩住加速踏板之后讓汽車前進(jìn)。另外，在自動(dòng)擋汽車的怠速啟停系統(tǒng)應(yīng)用中，整個(gè)操作流程相對(duì)更為簡單。首先是汽車行駛到紅綠燈前之后，駕駛員需要踩住剎車踏板，然后在車輛停穩(wěn)之后，便會(huì)自動(dòng)進(jìn)入怠速啟停系統(tǒng)的工作模式。如果駕駛員需要讓車輛前進(jìn)，只需要踩住加速踏板便可以接觸怠速啟停功能實(shí)現(xiàn)車輛的前進(jìn)[2]。

2 汽車怠速啟停系統(tǒng)技術(shù)與問題分析

2.1 技術(shù)分析

首先是BSG 啟停系統(tǒng)，在BSG 汽車啟停技術(shù)中，主要是基于汽車的電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車啟停功能的管理與控制。在這一背景下，汽車的BSG 電機(jī)就是一個(gè)啟停一體機(jī)，需要通過BSG 電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車怠速啟停功能的實(shí)現(xiàn)，而且在模擬器信息傳遞和信號(hào)傳輸?shù)倪^程中同樣需要應(yīng)用這一啟停一體機(jī)來實(shí)現(xiàn)兩者之間的連接。這是當(dāng)前汽車怠速啟停技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中較為常見的一種，同時(shí)也是基于啟停一體機(jī)而發(fā)展起來的一種應(yīng)用系統(tǒng)。在BSG 啟停系統(tǒng)的實(shí)際操作過程中，其技術(shù)應(yīng)用模式是通過汽油噴射裝置對(duì)BSG 啟停系統(tǒng)進(jìn)行指令，然后結(jié)合駕駛員的駕駛需求調(diào)整怠速狀態(tài)。在汽車怠速完畢重新啟動(dòng)之后，汽車電源會(huì)繼續(xù)對(duì)BSG 啟停系統(tǒng)進(jìn)行供電，從而有效驅(qū)動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

其次是ESM 啟停系統(tǒng)，在ESM 啟停系統(tǒng)中，ESM 是建立在增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用技術(shù)上構(gòu)建的。基于增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，能夠?qū)ζ囋衅饎?dòng)機(jī)的ESM 系統(tǒng)進(jìn)行有效替換。通過不斷的研究證明，基于增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用能夠有效延長ESM 啟停系統(tǒng)的應(yīng)用壽命，降低ESM 啟停系統(tǒng)的應(yīng)用故障率，而且能在啟停的過程更加舒適、更加平順，這也是駕駛員對(duì)啟停技術(shù)的基礎(chǔ)性要求。另外，基于增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝成本的有效控制與合理安排，這對(duì)于降低生產(chǎn)成本有著重要的作用。而且ESM 啟停系統(tǒng)相對(duì)其他技術(shù)而言具備更成熟的節(jié)能效果。

最后是GDI 啟停系統(tǒng)，在GDI 啟停系統(tǒng)的應(yīng)用中，其核心技術(shù)是基于缸內(nèi)直噴技術(shù)而設(shè)計(jì)的，所以GDI 啟停系統(tǒng)的具體運(yùn)行流程為：第一是噴油，第二是點(diǎn)火，第三是燃燒，第四是發(fā)動(dòng)。在這一過程中，汽車起動(dòng)機(jī)在其中發(fā)揮了主要的作用，而且汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)能否實(shí)現(xiàn)有效啟動(dòng)，主要是看噴油裝置能否向汽車氣缸中噴射足夠的汽油，且汽油能否實(shí)現(xiàn)充分的燃燒。如果汽油在燃燒的瞬間可以爆發(fā)出足夠的動(dòng)力和推理，那么發(fā)動(dòng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，反之亦然。所以，GDI 啟停系統(tǒng)的應(yīng)用相對(duì)其他技術(shù)而言不夠節(jié)能，但是相比較其他技術(shù)來說，GDI 啟停系統(tǒng)才是真正意義上的啟停系統(tǒng)，且整體運(yùn)行的質(zhì)量和效率也更好[3]。

2.2 問題分析

首先是啟動(dòng)速度慢的問題，在傳統(tǒng)的汽車怠速啟停系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于各類技術(shù)上的問題難以攻克，以及汽車怠速啟停系統(tǒng)與汽車應(yīng)用系統(tǒng)兼容性和匹配性的不合理等情況，導(dǎo)致部分品牌汽車在應(yīng)用汽車怠速啟停系統(tǒng)的過程中存在啟動(dòng)速度慢，甚至難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。造成這一問題的主要原因在于：此類汽車應(yīng)用的汽車怠速啟停系統(tǒng)還是基于傳統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)上開發(fā)的，因此需要通過燃油噴射的方法將汽油加壓，然后輸送到后排的氣缸中。一旦壓力不夠，便會(huì)造成汽車難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。而且，在汽車使用年限較長之后，部分汽車的怠速啟停系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)啟停延緩的現(xiàn)象，以及反饋機(jī)制不靈敏的現(xiàn)象。

其次是發(fā)動(dòng)機(jī)磨損概率高的問題，由于汽車在日常使用中對(duì)于各個(gè)部件會(huì)存在磨損的現(xiàn)象，因此在汽車怠速自動(dòng)啟停系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問題是：年限較長的存在有汽車怠速自動(dòng)啟停失效，或由于發(fā)動(dòng)機(jī)磨損較為嚴(yán)重，且頻繁進(jìn)行自動(dòng)啟停而造成的發(fā)動(dòng)機(jī)再次受損。上述問題的發(fā)生主要是因?yàn)樵谄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)的頻繁熄火和啟動(dòng)過程中，齒輪及其他類型的零部件會(huì)不間斷的工作，且對(duì)各類零部件造成的磨損程度和功能消耗較大。特別是對(duì)于一些經(jīng)常冷啟動(dòng)的汽車而言，頻繁應(yīng)用汽車怠速自動(dòng)啟停系統(tǒng)，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的傷害會(huì)加倍。因此，為避免這一問題的出現(xiàn)，駕駛員可以養(yǎng)成“熱車”的習(xí)慣，保證在寒冷氣候條件下提前熱車30 s 以上再進(jìn)行啟動(dòng)，這樣在使用汽車怠速自動(dòng)啟停系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)平順很多，且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損與傷害會(huì)大大降低[4]。

3 汽車怠速啟停系統(tǒng)控制策略優(yōu)化

在對(duì)汽車怠速啟停系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與設(shè)計(jì)的過程中，需要結(jié)合當(dāng)前汽車經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)展開深入研究。如針對(duì)EMS 技術(shù)，可以將之與SSU 融合在一起進(jìn)行應(yīng)用，這樣便可以建立一套符合汽車控制系統(tǒng)應(yīng)用需求的反饋機(jī)制和傳感機(jī)制，且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車怠速啟停系統(tǒng)的智能化服務(wù)和智能化保障。而且，在這一技術(shù)的應(yīng)用中，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車怠速啟停系統(tǒng)的有效優(yōu)化，還能提升其控制能力，滿足汽車怠速啟停的實(shí)際工作需求。此外，還可以針對(duì)BCM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，在此可以結(jié)合信息傳遞及網(wǎng)關(guān)作用的功能與價(jià)值作深入探索，通過構(gòu)建HVAC 車內(nèi)信息反饋與傳遞系統(tǒng)，以此幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)更便利、更有效的汽車信息反饋和駕駛需求反饋。另外，在當(dāng)前的汽車中，絕大部分為自動(dòng)擋汽車。因此未來的汽車怠速啟停系統(tǒng)可以主要面向自動(dòng)擋汽車的方向發(fā)展，從本質(zhì)上分析，自動(dòng)擋汽車的汽車怠速啟停系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用相比較手動(dòng)擋而言更加先進(jìn)，且更加便利。這也是現(xiàn)階段汽車怠速啟停系統(tǒng)控制策略的主要優(yōu)化方向與范疇，同時(shí)也是未來發(fā)展的趨勢(shì)和前景。

4 結(jié)語

隨著汽車數(shù)量的不斷上漲，當(dāng)前暴露出來的問題也在不斷增多，特別是在當(dāng)前的綠色、節(jié)能、環(huán)保的社會(huì)發(fā)展主旋律下，實(shí)現(xiàn)汽車怠速啟停系統(tǒng)的優(yōu)化，是當(dāng)前技術(shù)人員需要重點(diǎn)思考和探索的一個(gè)問題。因此，研究結(jié)合了汽車怠速啟停控制的原理探討其中存在的關(guān)鍵性問題，并根據(jù)問題提出了解決的方法和優(yōu)化的策略，以此實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車怠速啟停系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)與構(gòu)建。