陳軒

（廣西福達(dá)汽車有限公司 廣西北海 536000）

汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)探討

陳軒

（廣西福達(dá)汽車有限公司 廣西北海 536000）

隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展，環(huán)境問題越來越受到政府及社會(huì)的重視，提倡保護(hù)環(huán)境，更多的環(huán)保理念也被人們所熟知。在這種情況下，每個(gè)國家都針對汽車尾氣的排放和油耗情況制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代技術(shù)中，汽車智能啟停技術(shù)在減少汽車尾氣的排放和降低油耗方面取得良好的效果。本文主要從汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的概念及優(yōu)點(diǎn)入手，詳細(xì)分析了其現(xiàn)狀，并對該技術(shù)的核心內(nèi)容提出了自己的見解，以期該技術(shù)能在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮更好的技術(shù)功能。

智能起停；效果；見解

1 前言

隨著人民物質(zhì)生活水平的提高，越來越多的人在外出時(shí)選擇自駕，導(dǎo)致城市的交通出現(xiàn)擁堵，大量的廢氣排放對空氣質(zhì)量帶來了嚴(yán)重影響。據(jù)調(diào)查顯示，在京津地區(qū)PM2.5的污染中，機(jī)動(dòng)車的尾氣排放占30%，是重要污染物之一；另外，隨著能源的不斷減少，石油價(jià)格上漲，汽車在怠速時(shí)，所消耗的油量是正常行駛時(shí)的1.4倍。目前，我國許多城市，曾出臺相關(guān)的規(guī)定要求駕駛員在等交通信號燈或出現(xiàn)交通堵塞的情況超過1min時(shí)，需將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，在一定程度上，可減少有害氣體的排放。但這個(gè)規(guī)定并不是強(qiáng)制性的，操作起來也較為復(fù)雜，所以執(zhí)行效果并不好。而啟停（Start-Stop）裝置的主要功能就是在軌道道口或交通信號燈前停車時(shí)將自動(dòng)短時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)，在繼續(xù)行駛時(shí)也可自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2 何為啟停系統(tǒng)

啟停系統(tǒng)（Stop-Start系統(tǒng)）是指車輛在怠速狀態(tài)（非駐車狀態(tài)時(shí)）和電控系統(tǒng)允許的條件下，會(huì)自動(dòng)短時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，以此來減少燃油的消耗和氣體排放。在一定的條件觸發(fā)下（如駕駛員踩離合換擋過程），電控系統(tǒng)能夠控制電能自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，恢復(fù)車輛的正常行駛。

3 啟停技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

通過對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的研究表明，啟停技術(shù)在汽車中的使用能使其油量消耗比原來少4.20%。車輛在等候信號燈或者交通擁堵的情況下該系統(tǒng)能自動(dòng)短時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)，在駕駛員驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。此系統(tǒng)的應(yīng)用不光有利于減少燃油的消耗量，還有利于降低車輛的尾氣排放?？偟膩碚f，啟停技術(shù)的顯著優(yōu)勢主要有：改進(jìn)技術(shù)的幅度較小、油耗降低快、降低成本等。

4 啟停系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

啟停系統(tǒng)主要有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)方案：①BSG系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了發(fā)電機(jī)和起動(dòng)機(jī)的主要功能，需要對交流與直流的變化進(jìn)行控制，相對而言，技術(shù)難度較大，與HEV車型的控制思想比較接近，主要缺點(diǎn)是成本過高；②STT系統(tǒng)。該系統(tǒng)對車輛改進(jìn)幅度較小，所以成本偏低，主要缺點(diǎn)是由于其齒輪硬連接方式已同時(shí)致使車輛的啟動(dòng)時(shí)間過長，噪音過大，使用壽命相對較短。為降低成本且能在短周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)啟停系統(tǒng)的應(yīng)用，通常會(huì)出現(xiàn)在STT系統(tǒng)中，如圖1所示。

圖1 STT系統(tǒng)架構(gòu)

5 啟停系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在對啟停系統(tǒng)進(jìn)行車型匹配時(shí)，要高度重視對啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，在控制車輛的過程中，要將內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻受啟停系統(tǒng)影響的運(yùn)行情況考慮在內(nèi)，確保在安全、可靠、節(jié)能的要求下將發(fā)動(dòng)機(jī)停止和啟動(dòng)的工作要求確定下來：

（1）啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)也包括啟停功能的定義，主要是明確在何種條件或情況下可以暫停發(fā)動(dòng)機(jī)，何種條件或情況下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（這里主要指的是人為要求）和自動(dòng)啟動(dòng)（在安全和可靠的要求下，整車控制器降實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制）。

（2）蓄電池的管理控制功能：蓄電池作為啟停系統(tǒng)的能量來源，在暫停發(fā)動(dòng)機(jī)后，電機(jī)就不會(huì)再向車輛提供電能，所以在這段時(shí)間內(nèi)要求對蓄電池的容量進(jìn)行嚴(yán)格控制和判定，保證在車輛啟動(dòng)時(shí)所需的電能。

（3）安全控制；在車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)都處在停止工作的狀態(tài)下，要及時(shí)準(zhǔn)確的對以下問題進(jìn)行判斷：制動(dòng)、轉(zhuǎn)向及人離開車輛所存在的安全隱患等。在啟停技術(shù)應(yīng)用后，很大程度上改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，因此，需要重新定義匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的控制標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí)，要將發(fā)動(dòng)機(jī)ECU和車輛的控制器結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的停機(jī)及再啟動(dòng)的有效控制，與此同時(shí)，要及時(shí)解決過度啟停帶來的尾氣排放和車載診斷問題。

6 汽車智能啟停系統(tǒng)技術(shù)

6.1 智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的構(gòu)成

啟停技術(shù)的核心控制主要由EMS完成，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)和再啟動(dòng)的舒適性和安全性，則要求EMS將車輛傳感器和相關(guān)的電器模塊所發(fā)出的狀態(tài)信號作為實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)和再啟動(dòng)的依據(jù)。

6.2 增強(qiáng)型啟動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

由于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的過于頻繁，所以對起動(dòng)機(jī)的耐久壽命提出了要達(dá)到20萬次以上的使用要求，當(dāng)然，相應(yīng)采用的結(jié)構(gòu)和材料也會(huì)隨之發(fā)生變化，比如：驅(qū)動(dòng)齒輪的支承把銅套換成滾針軸承，電刷和動(dòng)鐵心均采用壽命較長的材料。起動(dòng)機(jī)在工作時(shí)約產(chǎn)生600A的電流，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)車輛系統(tǒng)的電壓瞬間降低，過于頻繁的啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在一定程度上加大了由于電壓過低所帶來的EMS/TCU重啟隱患。在啟停系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)中，為了穩(wěn)定整車的電壓，決定對起動(dòng)機(jī)采用集成ICR或?qū)φ麄€(gè)車輛增加直流變直流的模塊。ICR將通過限流電阻對峰值電流進(jìn)行消減，以此來降低起動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的電壓降和負(fù)載端電壓降，將電壓控制在9～13V范圍內(nèi)。直流變直流模塊主要通過主動(dòng)穩(wěn)壓的方式，將電壓控制在11.5～12.5V范圍內(nèi)，在啟動(dòng)過程中儀表、導(dǎo)航、背光燈等元件由于電壓降低導(dǎo)致亮度所發(fā)生的變化，可在測試過程中對其進(jìn)行改善。

啟停系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)從停止到再啟動(dòng)的過程中如果時(shí)間比較長的話會(huì)直接影響啟動(dòng)的舒適性，對發(fā)動(dòng)機(jī)的再啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行分析，公式如下：

式中：Td主要是指起動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩；Tr是指發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩，由發(fā)動(dòng)機(jī)的特性決定；J是指發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω是發(fā)動(dòng)機(jī)角加速度；n是指起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；P則是指起動(dòng)機(jī)功率。

從公式（1）、（2）中不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、功率是成正比的，所以將原來的1.4kW典型的起動(dòng)機(jī)換成1.6kW增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)，在選取車輛在進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)時(shí)間比原來減少了0.1s。

6.3 閥控式AGM蓄電池

針對酸液分層的問題情況，可以采用鉛鈣合金板進(jìn)行柵和，有利于提高鉛膏的粘附性無紡玻璃纖維氈隔板，大大延長了蓄電池的使用壽命，非常適合現(xiàn)在的智能啟停系統(tǒng)。閥控式AGM蓄電池的組成主要包括：槽蓋、安全閥、極板及隔板，而典型的閥控式AGM蓄電池則由正極板、負(fù)極板、正極板柵、負(fù)極板柵、極群、槽蓋、極板及隔板等組成。相比而言，AGM蓄電池?zé)o論是在結(jié)構(gòu)工藝還是材料方面都比普通的AGM蓄電池有所優(yōu)化。經(jīng)過脈沖放電測試后發(fā)現(xiàn)，AGM蓄電池脈沖放電的壽命可以達(dá)到1100h。

6.4 啟停系統(tǒng)怠速停機(jī)和再啟動(dòng)邏輯

啟停系統(tǒng)控制邏輯主要是指通過對車輛的安全狀態(tài)、空調(diào)及溫度請求、傳動(dòng)鏈的狀態(tài)、蓄電池的電量、制動(dòng)真空及行駛工況度是否出現(xiàn)怠速停機(jī)和啟動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。對于車輛的開啟和啟停功能，在EMS檢測到車輛處于怠速狀態(tài)時(shí)，就會(huì)對整車狀態(tài)進(jìn)行判斷，發(fā)動(dòng)機(jī)在滿足以下條件時(shí)可自動(dòng)停機(jī)：4門和制動(dòng)真空度比之前的設(shè)定值要高、發(fā)動(dòng)機(jī)罩關(guān)閉、電池電量高于50%、空調(diào)請求和車內(nèi)溫度都滿足一定的條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫控制范圍內(nèi)、啟動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)保持在范圍值內(nèi)、坡度小于2度等。在停機(jī)的狀態(tài)下，若車輛駕駛員踩下離合踏板或整車狀態(tài)不滿足上述任何一個(gè)條件時(shí)，車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。

7 結(jié)論

智能啟停系統(tǒng)逐步應(yīng)用到傳統(tǒng)的車型中，則要對這種車型的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，通過對智能啟停系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、工作原理和控制策略進(jìn)行綜合分析和研究，保證技術(shù)在改造后具有一定的可行性。智能啟停系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用不光能減少汽車尾氣的排放，還有利于燃油的節(jié)約使用，在推動(dòng)智能啟停系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行批量工業(yè)化發(fā)展的同時(shí)，還全面落實(shí)了節(jié)能減排的重大理念。

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[3]李 敏，席忠民，李浙昆，等.汽車智能啟停系統(tǒng)研究[J].汽車電器，2015（1）：15～18.

U463.6

A

1004-7344（2016）11-0329-02

2016-4-1

陳軒（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事汽車設(shè)計(jì)工作。