孫 濤

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

啟停系統(tǒng)控制及系統(tǒng)應(yīng)用

孫 濤

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)呈現(xiàn)出空前繁榮的景象。據(jù)保守估計(jì)，到2015年我國(guó)汽車(chē)保有量至少達(dá)到1.5億。當(dāng)汽車(chē)遇到紅燈、堵塞、臨時(shí)停車(chē)等路況時(shí)，汽車(chē)處于怠速狀態(tài)，此時(shí)往往是燃料消耗和污染物排放量最為嚴(yán)重的工況。啟停系統(tǒng)是一套可以在車(chē)輛怠速狀態(tài)下自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)從而起到降低油耗的系統(tǒng)。文章通過(guò)對(duì)啟?？刂葡到y(tǒng)原理研究的基礎(chǔ)上，探討了啟停系統(tǒng)在整車(chē)上實(shí)現(xiàn)的可行性，并對(duì)啟停系統(tǒng)的平臺(tái)搭建作了詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)研究分析，在整車(chē)上搭載啟停系統(tǒng)是可行的。

怠速狀態(tài)；啟停系統(tǒng)

CLC NO.:U463.3Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-129-03

0、引言

0.1 啟停系統(tǒng)概述

啟停系統(tǒng)(Stop-Start system)，也稱(chēng)弱混系統(tǒng)。裝配了該系統(tǒng)的汽車(chē)在遇到交通堵塞或紅燈停車(chē)時(shí)，控制裝置將自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)；當(dāng)駕駛?cè)藛T踩下離合器、油門(mén)或松抬剎車(chē)的瞬間(0.1-0.3秒之內(nèi))，起動(dòng)機(jī)快速重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。啟停系統(tǒng)能減少綜合工況下約 8%的能耗和排放，在擁堵的市區(qū)節(jié)能效果能達(dá)到10%-15%。

0.1.1 啟停系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

啟停系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（ECM）、增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)、高效智能發(fā)電機(jī)、電池傳感器（IVT）、制動(dòng)真空度傳感器、空擋開(kāi)關(guān)、離合器開(kāi)關(guān)、引擎蓋開(kāi)關(guān)、AGM電池、繼電器、啟停主開(kāi)關(guān)等組成。

自動(dòng)啟停主要的技術(shù)難點(diǎn)在于需要更耐用的起動(dòng)機(jī)以及反復(fù)啟動(dòng)時(shí)如何減少?zèng)_擊感。一般的起動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)允許通過(guò)很大的工作電流，但使用時(shí)間很短。反復(fù)使用起動(dòng)機(jī)容易造成起動(dòng)機(jī)過(guò)熱損壞，因此具備自動(dòng)啟停功能的起動(dòng)機(jī)必須比普通起動(dòng)機(jī)耐用很多。

直噴發(fā)動(dòng)機(jī)是避免反復(fù)啟停帶來(lái)的啟動(dòng)延遲一個(gè)關(guān)鍵。由于直噴發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過(guò)噴油器霧化汽油，原理上可以在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)完成啟動(dòng)。而一般的進(jìn)氣管?chē)娚浒l(fā)動(dòng)機(jī)，需要進(jìn)氣氣流霧化缸汽油再攜帶進(jìn)氣，啟動(dòng)時(shí)間要比直噴慢不少。這就從根本上導(dǎo)致了這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)用自動(dòng)啟停裝置之后需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)重啟，除了電能消耗大，燃油損失大，還造成車(chē)內(nèi)成員的不適。

應(yīng)用自動(dòng)啟停技術(shù)后，用戶需要更加注重機(jī)油質(zhì)量。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常行駛狀態(tài)的磨損是極小的，而在冷啟動(dòng)的時(shí)候，零件之間的配合間隙過(guò)大，外加沒(méi)有機(jī)油油膜的保護(hù)，其磨損量占到了發(fā)動(dòng)機(jī)磨損量的60%以上。因此，反復(fù)地啟停發(fā)動(dòng)機(jī)，必然會(huì)縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。使用更高質(zhì)量的機(jī)油，才能減少發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。

0.1.2 啟停系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

從目前來(lái)看stop-start系統(tǒng)主要有3種技術(shù)方案，最普遍的技術(shù)方案是采用獨(dú)立的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，并且?guī)в衅饎?dòng)電機(jī)來(lái)提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所需要的功率，主流供應(yīng)商為BOSCH(博世)；第二種技術(shù)方案是采用集成的起動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。如法雷奧的StARS系統(tǒng)，奔馳和標(biāo)致雪鐵龍采用的就是這一技術(shù)方案；第三種技術(shù)方案是馬自達(dá)開(kāi)發(fā)SISS（Smart idle Stop Start智能怠速停止起動(dòng)）系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)燃燒產(chǎn)生的能量來(lái)重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

汽車(chē)怠速自動(dòng)啟停系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀具體如下：雪鐵龍于2004年在C3上搭載“啟停系統(tǒng)”；奔馳smart for two以及路虎的神行者2代都搭載了啟停系統(tǒng)；長(zhǎng)安CX30搭載了博世的啟停系統(tǒng)；奇瑞汽車(chē)早在 2008年的奧運(yùn)會(huì)期間就推出了A5 BSG，作為奧運(yùn)期間的服務(wù)用出租車(chē)；寶馬也是最早采用“啟停系統(tǒng)”的廠商之一，目前已經(jīng)在寶馬海外車(chē)型上大規(guī)模應(yīng)用，各大廠商的新能源車(chē)型計(jì)劃中幾乎都包括“啟停系統(tǒng)”。

搭載“啟停系統(tǒng)”的門(mén)檻相對(duì)較低，同時(shí)在其成本上也不會(huì)有太大的障礙，這使得絕大多數(shù)廠商都有可能推出搭載“啟停系統(tǒng)”的車(chē)型。所以一旦國(guó)內(nèi)消費(fèi)者接受并認(rèn)可“啟停系統(tǒng)”技術(shù)，這一系統(tǒng)的發(fā)展空間將會(huì)快速增長(zhǎng)。

0.2 研究?jī)?nèi)容

本課題以整車(chē)為基礎(chǔ)，針對(duì)啟停系統(tǒng)對(duì)部分零部件的特殊要求，從闡述原理入手并根據(jù)原理推進(jìn)各個(gè)零部件的選擇。其主要內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：

◇ SS系統(tǒng)原理、控制邏輯、新增變動(dòng)件

◇ 可行性分析、電氣電子涉及的變動(dòng)

◇ 系統(tǒng)平臺(tái)的搭建等

1、SS系統(tǒng)原理

1.1 啟?？刂撇呗?/p>

熄火條件：車(chē)輛停止（車(chē)速低于一定值）、電池電量充足、制動(dòng)真空度充足、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)允許停機(jī)（水溫，催化器溫度等）、滿足安全條件（駕駛員在座及前艙蓋閉合）、空調(diào)，除霧狀態(tài)沒(méi)被請(qǐng)求。

點(diǎn)火條件：踩下離合器，空擋 Or 電池電量不足 Or 制動(dòng)真空度不足Or 空調(diào)，除霧被請(qǐng)求& 滿足安全起動(dòng)條件（駕駛員在座及前艙蓋閉合）。

圖1 啟停系統(tǒng)原理圖

1.2 啟停系統(tǒng)變動(dòng)件

發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（ECM）由于帶啟停接口、LIN接口需要變更；增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)要求壽命15萬(wàn)次或更高，需變更；高效智能發(fā)電機(jī)需帶多功能調(diào)節(jié)器，需變更；需要增加電池傳感器（IVT）來(lái)對(duì)蓄電池的電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；制動(dòng)真空度傳感器增加壓力傳感器需變更；空擋開(kāi)關(guān)改為雙向開(kāi)關(guān)；離合器開(kāi)關(guān)包括雙向底置開(kāi)關(guān)一個(gè)，踏板踩下90%時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生切換；單向頂置開(kāi)關(guān)一個(gè)，踏板踩下10%時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生切換；引擎蓋與前罩鎖集成，利用鎖頭的縮止及解鎖位置，判斷引擎蓋是否關(guān)閉，同時(shí)輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)給ECU。需要AGM電池，實(shí)現(xiàn)深度放電。繼電器包括起動(dòng)機(jī)控制繼電器、傳動(dòng)鏈狀態(tài)繼電器；啟停主開(kāi)關(guān)，啟停功能主開(kāi)關(guān)，帶指示燈。

2、SS系統(tǒng)的平臺(tái)搭建

2.1 整車(chē)涉及的變動(dòng)

蓄電池更換成深度放電蓄電池，能量輸出能力高于普通蓄電池3倍以上；增加電池傳感器，與發(fā)電機(jī)配合并檢測(cè)蓄電池的電壓、電流、電池溫度，提高充電效率；增加啟停主開(kāi)關(guān)、離合器頂開(kāi)關(guān)、引擎蓋開(kāi)關(guān)、起動(dòng)請(qǐng)求開(kāi)關(guān)、大燈開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)、離合器底開(kāi)關(guān)、空檔開(kāi)關(guān)、傳動(dòng)鏈狀態(tài)、起動(dòng)機(jī)狀態(tài)的輸入；增加啟停警告燈、啟停狀態(tài)燈、屏蔽儀表信號(hào)的輸入；增加傳動(dòng)鏈狀態(tài)繼電器、起動(dòng)控制繼電器；組合儀表中需要增加啟停警告燈，增加屏蔽機(jī)油壓力報(bào)警燈和充電指示燈的輸入。

2.2 電氣電子涉及變動(dòng)

深度放電蓄電池較普通蓄電池略大，更換為深度放電蓄電池在整車(chē)上布置可行，但根據(jù)電池尺寸需重新設(shè)計(jì)相應(yīng)的托盤(pán)。深度放電蓄電池成本略高，現(xiàn)在在中國(guó)只能使用纏繞式高端AGM Optima電池，該款蓄電池為美國(guó)生產(chǎn)，成本為700元左右。

蓄電池和電池傳感器配合較好，可以直接借用供應(yīng)商的成熟產(chǎn)品。蓄電池傳感器標(biāo)定周期為 20天，蓄電池容量為55Ah。

整車(chē)上儀表臺(tái)通常有開(kāi)關(guān)的預(yù)留，開(kāi)關(guān)本體借用，開(kāi)關(guān)蓋板造型按要求重新設(shè)計(jì)。

前端模塊在設(shè)計(jì)上就預(yù)留了引擎蓋開(kāi)關(guān)的安裝位置。

組合儀表中需要增加啟停警告燈，增加屏蔽機(jī)油壓力報(bào)警燈和充電指示燈。儀表中有燈位置的預(yù)留，可以增加，儀表接插件有針腳預(yù)留可以增加一路輸入。

3、總結(jié)與展望

3.1 總結(jié)

啟停系統(tǒng)主要包括蓄電池、起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等，這些關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)在江森、Valeo、BOSCH等公司都趨于成熟。

通過(guò)研究分析表明，在整車(chē)上搭載啟停系統(tǒng)是可行的。

3.2 展望

目前大多數(shù)stop-start系統(tǒng)存在的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是不能與自動(dòng)變速器兼容，自動(dòng)變速器工作時(shí)需要液壓力，但是液壓力的獲得依賴(lài)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，液壓力就無(wú)法獲得。因此，裝備 SS系統(tǒng)的車(chē)輛在發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生因?yàn)樾枰獌?chǔ)備液壓力而產(chǎn)生的遲滯，這對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的。自動(dòng)變速器供應(yīng)商目前正在修改其設(shè)計(jì)，以克服這一難題。例如ZF已經(jīng)為其8檔自動(dòng)變速器增加了一個(gè)液壓推動(dòng)儲(chǔ)存單元，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，該液壓推動(dòng)儲(chǔ)存單元可以?xún)?chǔ)存液壓力，從而增加車(chē)輛重啟的速度。

Stop-start系統(tǒng)的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是該系統(tǒng)有時(shí)候也不能與大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配。大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)槠涑叽缫约案邏嚎s比的特點(diǎn)，決定了它需要更多的電能來(lái)起動(dòng)，這一技術(shù)問(wèn)題也有待解決。

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Control of Start stop system and systems application

Sun Tao
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

With the rapid development of our economy, the automobile industry presents the unprecedented prosperity. According to conservative estimates, to 2015 our country car retains the quantity of at least 150000000. When the automobile traffic lights, blocking, temporary parking and other traffic, the car is in the idle state, this is often the fuel consumption and pollutant emissions the most severe conditions. Start stop system is a set in the vehicle idle state automatically shut off the engine so as to reduce fuel consumption system. This article through to the start and stop control system principle on the basis of the study, discusses the start-stop system in Car on the realization of the feasibility, platform created in start-stop system in detail. Through research and analysis, in carrying the Car increased start-stop system is feasible.

Idle state; Start stop system

U463.3

A

1671-7988 (2017)06-129-03

孫濤，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.046