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        低速滑行停機節(jié)油技術(shù)研究

        2016-08-12 06:50:34吳瓊李衛(wèi)兵舒潔安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心合肥230601
        汽車技術(shù) 2016年7期
        關(guān)鍵詞:助力發(fā)動機功能

        吳瓊 李衛(wèi)兵 舒潔(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心,合肥 230601)

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        低速滑行停機節(jié)油技術(shù)研究

        吳瓊李衛(wèi)兵舒潔
        (安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心,合肥 230601)

        【摘要】在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與智能換擋提示系統(tǒng)基礎(chǔ)上,通過增加安全滑行停機邏輯判斷、制動與轉(zhuǎn)向安全控制策略、空擋提示策略、人機交互界面完成了低速滑行停機系統(tǒng)的設(shè)計、匹配標定與試驗驗證。NEDC循環(huán)測試結(jié)果表明,采用該方案可實現(xiàn)整車節(jié)油,且停機車速越高,節(jié)油效果越好。研究了低速滑行停機節(jié)油技術(shù)對整車駕駛性能、整車排放性能、OBD診斷功能的影響,并進行了重新標定與驗證,試驗結(jié)果表明,各項性能均滿足要求。

        主題詞:低速滑行停機節(jié)油率駕駛性排放性能OBDNEDC循環(huán)

        1 前言

        由于節(jié)能與環(huán)保越來越受到重視,乘用車油耗法規(guī)也不斷更新與完善。為此,各主機廠都在研究與應(yīng)用整車節(jié)能新技術(shù),如怠速起停功能[1,2]、換擋提示功能[3]、智能發(fā)電機、低滾阻輪胎等。

        研究發(fā)現(xiàn),車輛低速滑行過程中駕駛員松開油門踏板,發(fā)動機僅需要維持自身運轉(zhuǎn),其消耗燃油卻并未做有用功。為此,本文在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與換擋提示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過增加低速滑行控制策略、電子真空泵制動安全策略、轉(zhuǎn)向安全策略、人機交互等開發(fā)了一種低速滑行停機節(jié)油技術(shù),研究了該技術(shù)對整車油耗、駕駛性、行車安全性、排放與OBD等方面的影響,通過控制策略與硬件的配合使該技術(shù)達到量產(chǎn)化條件。

        2 NEDC循環(huán)燃油消耗的微觀分析

        圖1 NEDC循環(huán)中ECU的典型控制工況

        某車型在NEDC循環(huán)中各工況下發(fā)動機燃油消耗量和持續(xù)時間如表1所示。車輛行駛過程中,發(fā)動機做有用功的工況是加速、勻速、收油減速階段,其燃油消耗量占總?cè)加拖牧康?4.89%,有用功時間占測試循環(huán)總時間的62.37%。這與BOSCH研究得出的車輛在正常行駛過程中有約1/3時間不需要發(fā)動機工作的結(jié)論一致[4]。整車節(jié)油技術(shù)的終極目標是使發(fā)動機在這1/3的時間里不工作,達到約15%的理想節(jié)油效果。

        表1 NEDC循環(huán)各工況油耗與時間統(tǒng)計

        低速滑行停機技術(shù)就是為了解決車輛滑行過程中減速停車和怠速工況中發(fā)動機運轉(zhuǎn)消耗燃油問題,最終降低整車的燃油消耗量。

        3 低速滑行停機技術(shù)

        3.1低速滑行停機技術(shù)概述

        低速滑行停機技術(shù)是指當(dāng)車輛滑行至安全車速時,通過換擋提示功能提示駕駛員掛入空擋,ECU控制發(fā)動機自動熄火,車輛空擋滑行至停止。它融合了起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的功能,并在ECU軟件中增加滑行停機控制策略,將停機車速擴大至滑行過程中的安全車速[5,6]。

        低速滑行停機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,它利用起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的傳感器,并增加制動真空泵以增強滑行停車過程中的制動安全性。

        圖2 滑行停機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        車輛滑行至安全車速并滿足滑行停機條件后,ECU發(fā)送降擋提示至組合儀表,駕駛員按照提示換N擋后發(fā)動機自動熄火,在滑行過程中實時檢測真空助力器中的真空度,當(dāng)滿足電子真空泵工作條件時立即起動真空泵輔助制動。

        ECU將停機狀態(tài)發(fā)送至EPS系統(tǒng),EPS系統(tǒng)在滑行停機期間保持正常助力。電池傳感器和智能發(fā)電機同步進行整車電平衡管理,蓄電池電量低于下限值后立即起動發(fā)動機。

        水是生命之源,任何需要在地球生存的生物都離不開水,而水利工程事業(yè)則與國計民生有著密不可分的聯(lián)系,和社會大眾的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān),國家和政府也投入了大量的人力物力在水利工程的建設(shè)中,不斷地加大水利工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度,在保障了人民群眾的生產(chǎn)生活的用水需求的同時也促進著社會的經(jīng)濟發(fā)展,而水利工程不是一個小項目,它具有投資規(guī)模大、建設(shè)周期長等特點,在管理上也存在著很大的困難,而如今,在大力發(fā)展水利工程的今天,要將項目管理應(yīng)用于水利工程的建設(shè)中還需要多方的努力共同完成。

        功能選擇與系統(tǒng)狀態(tài)顯示是駕駛員與ECU之間的人機互動界面,組合儀表上的警告燈告知滑行停機系統(tǒng)狀態(tài)。

        3.2低速滑行停機系統(tǒng)控制策略

        當(dāng)駕駛員松開油門踏板,車輛在慣性或者輕微制動的工況滑行后,如果滿足滑行停機條件,ECU啟動滑行停機的相關(guān)操作?;型C控制策略如圖3所示[5,6]。

        圖3 低速滑行停機控制策略

        4 低速滑行停機節(jié)油效果

        在某試驗車輛上分別進行了30 km/h與20 km/h的滑行停機NEDC循環(huán)油耗測試,試驗結(jié)果如表2和表3所示。該車型在NEDC循環(huán)中熱機油耗為6.20 L/100 km,開啟怠速起停功能后熱機油耗為5.92 L/100 km[7,8]。

        由試驗結(jié)果可知,采用低速滑行功能在NEDC循環(huán)中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油,而且停機時的車速越高,節(jié)油效果越好。由于車輛實際行駛中減速停車工況,尤其是城市中怠速工況更多,低速滑行停機功能的使用頻率更高,節(jié)油效果會更好。根據(jù)BOSCH的研究結(jié)果,在實際道路中,怠速停機+滑行停機功能的節(jié)油率可達10%左右[4],而在NEDC循環(huán)中,節(jié)油率只有5%~7%。

        表2 30 km/h滑行停機節(jié)油效果

        表3 20 km/h滑行停機節(jié)油效果

        5 相關(guān)性能標定與驗證

        5.1行車安全控制

        滑行停機功能啟動后,發(fā)動機熄火影響制動真空助力和轉(zhuǎn)向助力。因此,增加了電子真空泵與安全控制軟件以確保整車制動安全,圖4為滑行熄火過程中駕駛員連續(xù)制動時的系統(tǒng)工作情況。

        使用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力的車輛,發(fā)動機熄火后無法提供轉(zhuǎn)向助力,因此只有采用電動助力轉(zhuǎn)向的車型才能采用滑行停機技術(shù)。ECU向EPS控制器發(fā)送滑行停機標志位,EPS控制器根據(jù)當(dāng)前車速、滑行停機標志位、蓄電池電量和電壓標志位實現(xiàn)助力,從而保證滑行熄火后的行車安全。

        5.2駕駛性

        低速滑行停機功能主要在車速20 km/h以下起作用,故主要驗證該車速范圍的駕駛性?;羞^程中駕駛員踩下離合器踏板準備換擋時,自動起停系統(tǒng)可快速起動發(fā)動機恢復(fù)動力輸出。如圖5所示,在第505 s時發(fā)動機自動熄火,車輛處于空擋滑行狀態(tài),當(dāng)車速降低至10 km/h左右(第513 s)時駕駛員踩下離合器踏板,發(fā)動機起動。

        圖4 制動系統(tǒng)工作情況

        圖5 滑行停機過程中車輛再次加速時駕駛性驗證

        發(fā)動機恢復(fù)動力與車輛加速行駛過程中,駕駛員踩下離合器踏板至發(fā)動機成功起動的時間為0.6 s,但駕駛員踩下離合器踏板—換擋—松離合器踏板的時間為1.5 s,發(fā)動機起動時間滿足要求。在該過程中,僅在松開離合器踏板時,車輛負載增加使車速產(chǎn)生小的波動,但是整車主觀感覺良好,發(fā)動機動力無延遲感。

        5.3排放性能

        試驗車輛分別進行常規(guī)起停與滑行停機的常溫排放性能對比,試驗結(jié)果如表4所示。由表4可知,常規(guī)起停與滑行停機的整車排放均滿足法規(guī)要求,各種污染物均無明顯變化,發(fā)動機提前停機不會導(dǎo)致污染物增加。

        表4 滑行停機功能排放性能驗證結(jié)果

        5.4OBD診斷功能

        在試驗車輛上安裝新鮮的三效催化轉(zhuǎn)換器,并進行預(yù)跑、靜置后完成NEDC循環(huán)試驗。通過更改相關(guān)參數(shù)使得滑行停機功能完成后滿足失火診斷、氧傳感器響應(yīng)診斷、ICMD診斷作動條件,診斷邏輯正常作動,能夠正確識別故障并報故障碼、點亮故障燈。

        5.5蓄電池電量SOC

        SOC直接影響滑行停機系統(tǒng)電器設(shè)備的工作,如果電量低于40%,會影響起動機的再次工作和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。為此,研究了滑行停機系統(tǒng)重復(fù)起動與連續(xù)轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響。

        車輛滑行停機后連續(xù)轉(zhuǎn)向(連續(xù)3次左轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角再右轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角),整個過程中SOC在50% ~49%之間波動。由此可見,停機過程中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗的電量對SOC影響較小,不會消耗較多電量導(dǎo)致滑行停機系統(tǒng)無法工作,如圖6所示。

        圖6 電動助力轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響

        將試驗車輛連續(xù)滑行停機并連續(xù)起動(模擬城市跟車工況),在該過程中,SOC在50%~48%之間波動,可見重復(fù)起動對蓄電池電量的消耗較少,不會影響整車的電平衡,如圖7所示。

        圖7 重復(fù)起動對SOC的影響

        5.6催化器起燃特性

        催化器溫度低于起燃工作溫度時轉(zhuǎn)化效率會明顯降低,影響尾氣排放。為此,驗證了滑行停機過程中催化器中心溫度。在連續(xù)的滑行停機與重復(fù)起動過程中,催化器中心溫度如圖8所示。由圖8可知,催化器的中心溫度一直在600℃以上,滿足催化器的起燃要求(起燃溫度350℃以上),不會增加污染物排放。

        圖8 滑行停機功能對的催化器溫度的影響

        參考文獻

        1魏廣杰,吳瓊,涂安全.汽車發(fā)動機起停技術(shù)研究及應(yīng)用開發(fā).西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,30(5):14~17.

        2李敏,席忠民,浙昆,等.汽車智能啟停系統(tǒng)研究.汽車電器,2015(1):15~18.

        3吳瓊,彭楊,涂安全,等.一種換擋提示系統(tǒng)及方法.中國專利,201410567764.9.2015-03-04.

        4愛卡汽車.具備滑行功能的博世起動-停止節(jié)油10%[EB/ OL].(2014-04-25).http://info.xcar.com.cn/201404/news_ 1573375_1.html.

        5李衛(wèi)兵,吳瓊,彭楊,等.一種車輛節(jié)油控制方法.中國專利,2015102540668.2015-05-18.

        6李衛(wèi)兵,吳瓊,彭楊,等.一種車輛節(jié)油系統(tǒng).中國專利,2015203214290.2015-05-18.

        7GB 27999-2014乘用車燃料消耗量評價方法及指標.

        8GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段).

        (責(zé)任編輯斛畔)

        修改稿收到日期為2016年3月17日。

        中圖分類號:TK414.3;U464

        文獻標識碼:A

        文章編號:1000-3703(2016)07-0057-04

        The Research on Fuel Saving Technology in Low-speed Coasting and Start-stop

        Wu Qiong,Li Weibing,Shu Jie
        (Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.Technical Center,Hefei 230601)

        【Abstract】Based on the traditional start-stop system and intelligent shift reminder system,the design,matching calibration and test verification of low-speed coasting and start-stop system have been accomplished by increasing the safety coasting start-stop logic judgment,braking and steering safety control strategy,neutral shift reminder strategy and human-machine interface.The results of NEDC test cycle show that this solution can reduce fuel consumption,and the higher the start-stop vehicle speed,the better the fuel saving effect is.The impact of low-speed coasting and start-stop fuel saving technology on vehicle driveability,vehicle emission property,OBD diagnosis function is studied,and re-calibration and verification have been made.The test results show that all the performances are in compliance with relevant requirement.

        Key words:Low-speed coasting and start-stop,F(xiàn)uel saving ratio,Driveability,Emission property,OBD,NEDC cycle

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