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精華技術(shù):汽車start-stop系統(tǒng)開發(fā)方案全解!

 德潤身1imeg8el 2016-08-04


汽車start-stop系統(tǒng)開發(fā)方案全解

一.啟停系統(tǒng)

1.啟停系統(tǒng)英文翻譯為:Start-Stop系統(tǒng);

發(fā)動機(jī)啟停系統(tǒng)是車輛行駛過程中臨時停車(例如等紅燈)時自動熄火,當(dāng)需要繼續(xù)前進(jìn)時,系統(tǒng)自動重啟發(fā)動機(jī)的一套系統(tǒng)。它通過將傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的啟動電機(jī)升級為具有怠速起停功能的加強(qiáng)電機(jī),使得當(dāng)汽車在滿足怠速停車條件時自動熄火節(jié)能;而當(dāng)整車再次啟動時,怠速起停電機(jī)系統(tǒng)迅速響應(yīng)駕駛員啟動命令,快速啟動發(fā)動機(jī),從而省略了發(fā)動機(jī)的怠速階段

2.功能介紹:

  激活:在一定條件下,如下圖,發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)且沒有掛擋;防鎖定系統(tǒng)的車輪轉(zhuǎn)速傳感器顯示為零;電子電池傳感器顯示有足夠的能量進(jìn)行下一次啟動,空調(diào)系統(tǒng)沒有打開等)時,發(fā)動機(jī)處于熄火狀態(tài).


 恢復(fù):當(dāng)松開制動踏板后,發(fā)動機(jī)將再次啟動。(用戶也可以通過起停系統(tǒng)主開關(guān)實現(xiàn)關(guān)閉自動起停功能

3.啟停系統(tǒng)作用:

1)      節(jié)能:綜合油耗節(jié)油45%

2)      減排:減少怠速停車工況的CO2排放

3)      降噪:減少城市交通的噪聲污染;

4)      智能起/停:降低駕駛員起/停發(fā)動機(jī)的操作強(qiáng)度;

5)      其它:國家福利政策(第四階段“乘用車燃料消耗量評價方法及指標(biāo)”中提出怠速起停可以減免一定額定的燃料消耗量)

4.啟停系統(tǒng)方案(示意):


常規(guī)起停系統(tǒng)起停零部件:

手動擋起停系統(tǒng)零部件主要分兩部分:

1)一部分是起停系統(tǒng)專用零件,包括蓄電池、電池傳感器、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)、制動真空度傳感器、離合傳感器、空擋傳感器、起停開關(guān)等

1

起動電機(jī)

功率加大,壽命提高

2

蓄電池

高充放電效率

3

蓄電池傳感器

測電池電壓、電流和溫度

4

空檔開關(guān)

雙路

5

離合器底開關(guān)

雙路

6

真空度傳感器

剎車真空度檢測

7

起停主開關(guān)

集成起停指示燈

8

機(jī)艙蓋開關(guān)、駕駛員車門開關(guān)

電路改動

9

動力總成傳動鏈狀態(tài)繼電器

常規(guī)繼電器

10

ECU

軟件開發(fā)、標(biāo)定、控制開發(fā)

2)另外一部分是起停系統(tǒng)配合模塊,包括車身控制模塊(BCM)、組合儀表(ICM)、空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)、座椅通風(fēng)模塊、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、發(fā)動機(jī)管理單元(EMS

6. EMS的起??刂七壿?/span>

EMS的起停控制邏輯主要包括起停使能邏輯、怠速停機(jī)邏輯和發(fā)動機(jī)起停邏輯。

1)起停使能條件有電池電量充足、制動真空度充足、起停系統(tǒng)無故障運(yùn)行停機(jī)(起動機(jī)、發(fā)動機(jī)、各傳感器無故障)滿足整車安全狀態(tài)(如駕駛員在座及前艙蓋閉合狀態(tài))、起停主開關(guān)處于使能狀態(tài)、空調(diào)狀態(tài)允許起停(如制冷情況下,在外氣溫小于25度,且蒸發(fā)器出口空氣溫度小于15度;制暖情況下,在外氣溫大于10度,且水溫大于60度)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)行起停等,滿足以上條件,車輛自動起停功能開啟。

2)怠速停機(jī)條件有車輛停止或車速低于閾值(可標(biāo)定)、檔位由其他檔位換到空擋、離合器踏板松開、油門踏板完全松開,車輛滿足以上條件,車輛自動關(guān)閉發(fā)動機(jī)。

發(fā)動機(jī)處于自動停機(jī)狀態(tài)下,起動邏輯分為3類:車輛需求觸發(fā)、溜坡自動啟動和駕駛員操作觸發(fā)。車輛需求觸發(fā)的前提是處于空擋,主要有以下幾種情況:

   a) 電池低電量觸發(fā)

發(fā)動機(jī)怠速停機(jī)狀態(tài)下,若車輛用電將電池降低到一定程度,再進(jìn)一步降低則有無法起動的風(fēng)險時,觸發(fā)自動起動進(jìn)行電池充電。

  b)制動真空度不足觸發(fā)

在發(fā)動機(jī)怠速停機(jī)狀態(tài)下,如果連續(xù)踩制動等原因?qū)е轮苿诱婵斩炔蛔?,則觸發(fā)自動起動提供制動真空度,防止無法制動的風(fēng)險。

  c)空調(diào)狀態(tài)觸發(fā)

在怠速停機(jī)狀態(tài),空調(diào)根據(jù)除霧模式、內(nèi)外溫差等,判斷影響當(dāng)前駕乘舒適度,發(fā)出總線信號請求起動發(fā)動機(jī)。

溜坡自動起動條件包括空擋狀態(tài)或離合器踏板踩到底狀態(tài)、車速超過匹配值。

3)發(fā)動機(jī)啟停邏輯:

駕駛員操作觸發(fā)條件包括處于空擋、有踩油門、離合踏板操作等判斷駕駛員的行車意圖,是起停功能策略的核心部分。離合器傳感器有2個開關(guān)量輸出,1個在離合器踏板行程踩下10%時頂開關(guān)觸發(fā),1個在離合器踏板行程踩下90%時觸發(fā)底開關(guān)。空擋傳感器是一個非接觸式霍爾傳感器,通過2PWM信號輸出判斷檔位。根據(jù)離合器和空擋傳感器的狀態(tài)可以把傳動鏈狀態(tài)分成6種。

EMS起停功能邏輯示意如圖如下。

a: 起停功能邏輯:

    EMS根據(jù)起停使能條件、怠速停機(jī)條件和發(fā)動機(jī)啟動條件等判斷起停功能狀態(tài),根據(jù)起停功能狀態(tài)控制發(fā)動機(jī)的停機(jī)和啟動。EMS對起停的控制狀態(tài)由6個,定義如下:

  [0] non-start/stop mode Reset:表示起停功能被駕駛員禁止;

  [1] Engine standby:表示發(fā)動機(jī)處于剛上電但尚未起動的狀態(tài);

  [2] Engine Stopped:發(fā)動機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)(之前運(yùn)行過,現(xiàn)在仍然是KeyOn);

  [3] Starter restart:自動起動中的起動機(jī)拖動過程;

  [4] Engine restart:自動起動中的起動機(jī)脫離但未達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速;

  [5] Engine Operation:發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);

  [6] Engine auto-stopping:發(fā)動機(jī)自動停機(jī)過程。各狀態(tài)的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

   b:傳動鏈狀態(tài)圖:

   狀態(tài)1至狀態(tài)4表示傳動鏈脫開,狀態(tài)5、狀態(tài)6表示傳動鏈結(jié)合。從狀態(tài)1到狀態(tài)2、狀態(tài)2到狀態(tài)3的過程可以觸發(fā)停機(jī),這一過程即處于空擋時駕駛員松離合踏板的過程;從狀態(tài)3到狀態(tài)2、狀態(tài)2到狀態(tài)1的過程可以觸發(fā)起動,這一過程即處于空擋時駕駛員踩離合器踏板的過程。

  c:起停狀態(tài):

7.低電壓保護(hù):

起動機(jī)工作瞬間大電流,會顯著拉低蓄電池電壓。低溫冷起動、長期停機(jī)等極端條件下,蓄電池電壓有可能低至7V,甚至更低。車內(nèi)各控制器的要求電壓范圍為9V-16V,導(dǎo)航、音響、儀表等安全電壓要求10.5V以上,雨刮、大燈等功率型用電器在不同電壓下響應(yīng)差異顯著。因此,該系統(tǒng)主要有兩種低電壓保護(hù)方式。首先是預(yù)留DCDC配置,保護(hù)導(dǎo)航儀

兩種低壓保護(hù)方式對比示意圖:


二.A5啟停原理及操作實例:


1.顯示和操縱

 這個綠色指示燈表示:智能起停系統(tǒng)已將發(fā)動機(jī)關(guān)閉了.

配備手動變速器的車

(1)將車輛制動至停住,將手動變速器置于空擋,松開離合器踏板,智能起停系統(tǒng):將發(fā)動機(jī)關(guān)閉,組合儀表上亮起綠色指示燈。

(2)踩下離合器踏板,智能起停系統(tǒng):起動發(fā)動機(jī),指示燈熄滅。

 這個白色指示燈表示:發(fā)動機(jī)自動停止功能暫時不可用。

配備雙離合器變速器的車

(1)將車輛制動至停住,智能起停系統(tǒng),將發(fā)動機(jī)關(guān)閉,組合儀表上亮起綠色指示燈。

(2)松開制動踏板,智能起停系統(tǒng):起動發(fā)動機(jī),指示燈熄滅。

自動啟停功能的前提條件

  1. 司機(jī)車門和發(fā)動機(jī)艙蓋必須已關(guān)閉。

  2. 司機(jī)安全帶已經(jīng)系好。

  3. 車輛自上次停車起車速已達(dá)到4km/h。

  4. 未接掛車1)。

2、功能的前提條件

 下述情況下,發(fā)動機(jī)不會被自動關(guān)閉:

  1. 發(fā)動機(jī)還沒有達(dá)到讓智能起停系統(tǒng)工作的最低溫度。

  2. 未達(dá)到空調(diào)所選溫度。

  3. 車外溫度非常高或者非常低。

  4. 前風(fēng)擋玻璃在除霜。

  5. 泊車輔助已激活。

  6. 蓄電池充電過低(電量不足)。

  7. 大幅度轉(zhuǎn)動了方向盤或者有轉(zhuǎn)向運(yùn)動。

  8. 先前掛了倒檔了。

  9. 車輛停在斜度很大的坡上。

3、自動再次起動

  1. 下述情況下,發(fā)動機(jī)會被智能起停系統(tǒng)自動起動:

  2. 車輛開始移動了。

  3. 要給前風(fēng)擋玻璃除霜。

  4. 空調(diào)所選溫度與車內(nèi)溫度相差比較懸殊。

  5. 制動壓力過小。

  6. 蓄電池充電過低(電量不足)。

  7. 電流消耗過大。

4、司機(jī)手動再次起動

 如果司機(jī)進(jìn)行了下述操作,發(fā)動機(jī)會被智能起停系統(tǒng)起動:

  1. 選擇了除霜模式。

  2. 關(guān)閉了智能起停系統(tǒng)。

  3. 打開了發(fā)動機(jī)艙蓋。

  4. 將方向盤轉(zhuǎn)動了一定量。

  5. 關(guān)閉了電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

  6. 將選擋桿置于倒檔位置。


5、幾種使用方式說明

a:智能起停系統(tǒng)與自適應(yīng)定速巡航(ACC)

合用配備雙離合器變速器的車自適應(yīng)定速巡航功能在走走停停的交通狀況時,可以為司機(jī)提供幫助。如果識別出的、在本車前面行駛的物體停住了,那么就會在系統(tǒng)能力范圍內(nèi)對車輛實施制動并將車輛停住。在智能起停系統(tǒng)已激活時,在滿足某些條件時會關(guān)閉發(fā)動機(jī)。除了常見的智能起停系統(tǒng)接通條件外,在這種情況時滿足下述條件的話,會再次起動發(fā)動機(jī):本車前面行駛的車輛起步了;拉動了ACC操縱桿;輕踩了油門踏板。

b:智能起停系統(tǒng)與起步輔助系統(tǒng)或者電動機(jī)械式駐車制動器合用

  配備雙離合器變速器的車在起步輔助系統(tǒng)已激活時,如果將車輛制動到停住且通過智能起停系統(tǒng)關(guān)閉了發(fā)動機(jī),那么可以將腳移離制動踏板,發(fā)動機(jī)不會起動。車輛通過起步輔助系統(tǒng)或者(如果停車時間較長的話)通過電動機(jī)械式駐車制動器被停住。在踩下油門踏板時,發(fā)動機(jī)才會再次起動。

c:配備手動變速器的車

 配備手動變速器的車,也是通過起步輔助系統(tǒng)或者通過電動機(jī)械式駐車制動器被停住的,只是在踏下離合器踏板時才會起動發(fā)動機(jī)(就像智能起停系統(tǒng)上常見的那樣)。

d:選擋桿位置P的間歇工作模式

 配備雙離合器變速器的車(示例)發(fā)動機(jī)已被智能起停系統(tǒng)關(guān)閉了且選擋桿在位置P。發(fā)動機(jī)這時可因例如空調(diào)方面的請求而重新起動,且在達(dá)到要求的溫度(空調(diào)裝置取消了停機(jī)禁令)時智能起停系統(tǒng)也可再次關(guān)閉發(fā)動機(jī)。

e)由司機(jī)操作而后續(xù)關(guān)閉發(fā)動機(jī)

 發(fā)動機(jī)已被智能起停系統(tǒng)關(guān)閉了。司機(jī)選擇了除霜功能,發(fā)動機(jī)就又起動了。司機(jī)關(guān)閉了除霜功能,發(fā)動機(jī)就又再次關(guān)閉

三.基本啟停系統(tǒng)拓展升級:

1.滑行熄火啟停系統(tǒng):

 作為基本啟停系統(tǒng)的補(bǔ)充,在一些汽車上開發(fā)了滑行熄火啟停系統(tǒng),即車輛滑行時發(fā)動機(jī)自動停機(jī),此時車輛處于滑行,發(fā)動機(jī)隨車速逐漸為零,起到節(jié)油效果,由于發(fā)動機(jī)一直處于反拖作用,在停穩(wěn)過程中平順性會略差,同時該系統(tǒng)硬件與常規(guī)起停系統(tǒng)相同。


2.制動能量回收系統(tǒng):.

(1)定義:

制動能量回收系統(tǒng)(Braking EnergyRecovery System)是指一種應(yīng)用于汽車或者軌道交通上的,能夠?qū)⒅苿訒r產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,并將其存儲在電容器內(nèi),在使用時可迅速將能力釋放的系統(tǒng)

2)系統(tǒng)

制動能量回收系統(tǒng)包括與車型相適配的發(fā)電機(jī)、蓄電池以及可以監(jiān)視電池電量的智能電池管理系統(tǒng)。制動能量回收系統(tǒng)回收車輛在制動或慣性滑行中釋放出的多余能量,并通過發(fā)電機(jī)將其轉(zhuǎn)化為電能,再儲存在蓄電池中,用于之后的加速行駛。這個蓄電池還可為車內(nèi)耗電設(shè)備供電,降低對發(fā)動機(jī)的依賴、發(fā)動機(jī)油耗及二氧化碳排放

3)原理

 在一般內(nèi)燃機(jī)汽車上,當(dāng)車輛減速、制動時,車輛的運(yùn)動能量通過制動系統(tǒng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,并向大氣中釋放,而在帶啟停系統(tǒng)即混合動力車上,這種被浪費(fèi)掉的運(yùn)動能量已可通過制動能量回收技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿Υ嬗谛铍姵刂校⑦M(jìn)一步轉(zhuǎn)化為驅(qū)動能量。例如,當(dāng)車輛起步或加速時,需要增大驅(qū)動力時,電機(jī)驅(qū)動力成為發(fā)動機(jī)的輔助動力,使電能獲得有效應(yīng)用。

  一般認(rèn)為,在車輛非緊急制動的普通制動場合,約1/5的能量可以通過制動回收。制動能量回收按照混合動力的工作方式不同而有所不同。

《車界動力精英圈》整理


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