基于PSA的起动机型汽车启停系统技术探析

程 章， 朱思捷 ，刘耀邦,2

(1.安徽交通职业技术学院 汽车与机械工程系，合肥 230051；2.合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥 230009)



基于PSA的起动机型汽车启停系统技术探析

程 章1， 朱思捷1，刘耀邦1,2

(1.安徽交通职业技术学院 汽车与机械工程系，合肥 230051；2.合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥 230009)

针对日益严苛的汽车排放标准和节能需要，对起动机型的汽车启停技术进行研究分析。在传统汽车发动机怠速控制的基础上，增加一套增强型起动机控制的发动机启停系统，达到微混合动力效果。以PSA车型的STT启停系统结构和原理为例，分析启停技术控制策略，探讨启停系统设计方法和思路。

启停技术；增强型起动机；STT启停系统；控制策略

0 前 言

随着汽车市场日益壮大，截止2015年，我国汽车保有量已达2.79亿辆，其中北京、上海、成都等11个城市汽车保有量已超过200万辆，交通和环境压力陡增，在车辆拥堵的情况下，汽车排放的废气可导致PM2.5成倍增长，发展新能源汽车技术，大力推进纯电动汽车产业发展成了目前汽车行业的主要任务。但受限于成本、技术等问题，混合动力乃至纯电动汽车在近期仍然不能成为市场主流，为此诸如北京市政府出台了《北京市大气污染防治条例》，该条例倡导在学校、医院、宾馆、商场、办公场所、写字楼、公园等周边地区停车超过3分钟时，驾驶者应当主动熄灭汽车发动机。[1]目前，国内外汽车生产厂家及汽车零部件公司正致力于汽车STT(STOP&START)启停系统的微混技术开发与完善，用于解决此类问题。

对于启停技术的实现方式，主要有BOSCH(博世)公司分离式起动机/发电机启停系统技术、Valeo(法雷奥)公司的集成起动机/发电机启停系统i-Start技术及Mazda(马自达)公司的智能启停系统i-stop技术等三种。[2]由于分离式起动机/发电机启停系统技术使用的部件相对较少，在原有的汽车发动机电控基础上变动不大、安装容易等原因，此种技术方案在汽车上使用更为广泛。目前PSA(法国标致-雪铁龙公司)的STTd增强型起动机控制的启停技术就是采用这种方案，该启停系统从发动机怠速停机管理、发电机对发动机轻载下的动能回收两个方面进行控制，有效地节油减排。根据汽车行驶工况的不同，系统能有效地减少5%-15%的燃油消耗，达到微混合动力的效果。

1 STTd启停系统构成及设计

1.1 STTd启停系统构成组件

增强型起动机控制的STT启停系统是在传统启动基础之上进行设计和改进的，在不增加STT管理电脑的情况下，由发动机电脑管理STT功能。系统的改进主要针对起动硬件支持和停止与重启策略管理等两大方面，硬件的设计需要兼顾工作平顺性、系统安全性及零件耐用性，因此在对传统起动机、蓄电池及发电机改进的基础上，需要增加启动时网络电压维持设备、蓄电池性能检测模块及新的启动控制模块，系统构成的部件如表1所示。

表1 STTd系统构成组件的技术特性和功能

1.2 STTd启停系统设计

发动机电脑的软件设计中加入了STT管理程序，设计时考虑实际行车安全，为了监控车辆的制动、转向、舒适及驾驶员操作意图等条件，发动机电脑可通过动力CAN获得远程的发动机重启和停止条件，也可通过导线连接的相关传感器获得相关信息，如制动和离合器传感器、制动真空度传感器、启停功能禁用开关等，决定是否介入发动机STT控制，系统的组件关系如图1所示。

图1 STTd系统

2 STTd启停系统运行原理与策略

STTd启停系统主要工作任务是控制汽车发动机的适时停止(STOP功能)和重启(RESTART功能)。停止是指在车辆行车过程中怠速时的发动机同时切断喷油和点火，并保持唤醒的工作状态；重启是指重新激活喷油和点火功能。STT应对发动机、变速箱、电气系统、驾驶员及整车进行监控，发动机电脑验证启停条件，逻辑判断后执行发动机管理、驾驶员管理及电子电气管理。系统的功能运行架构如图2所示。[5]

图2 STT系统功能运行框架

2.1 STT停止模式策略管理

发动机停止模式需要采集驾驶员停止请求信息和整车系统授权信息，针对上述五大项目进行监控，当条件全部满足的情况下，发动机计算机决定进入STT停止模式。在停止模式下，STT系统中断喷油和点火程序，并持续保持防盗解锁状态，以便下一次的重启发动机。在停止模式下，驾驶员可通过仪表上绿色的STT状态指示灯获知系统状态，若下述条件有不满足时，该灯还可以以闪烁的方式提醒驾驶员，停止模式管理策略如表2所示。

表2 发动机停止模式管理

2.2 STT重启模式策略管理

进入停止模式的发动机重启，需要在整车系统授权的情况下，由驾驶员发出主动重启命令或由来自某一系统发出的自动重启指令触发STT工作。主动重启根据驾驶员动作，由系统识别完成，自动重启是指个系统识别有车辆安全、汽车舒适性、零件的技术限制及能源管理等需求，发动机电脑通过起动机控制盒，驱动起动机完成发动机自动启动。发动机重启模式管理策略如表3所示。

表3 发动机重启模式管理

2.3 STT特殊策略

(1)STT重启时间监测策略。如果STT重启操作过于频繁，为了防止起动机和网络电压保持设备等过热，应暂时中断STT停止功能。

(2)车辆操纵过程监测策略。换挡时，变速杆在N档中的时间低于0.5秒，系统将禁用STT停止模式10秒。

(3)防失速策略。在重启阶段，若发动机计算机评估扭矩不足，STT系统计算失速风险，当失速风险高于阈值时，系统将禁用停止功能。

(4)STT切断功能策略。在停止模式下，STT系统组件出现故障不能正常重启时，需要驾驶员手动启动发动机。

(5)重启失败辅助策略。一次重启时，若系统通过功能诊断监测到启动失败，STT会立即开始第二次重启，帮助驾驶员从重启模式的熄火状态中恢复过来。

3 结 语

本文分析了起动机型的STT系统硬件设计及各组件的技术特性与要求，着重研究了发动机停机及重启两种模式下的系统运行管理策略，详细阐述了两种模式下的系统运行边界条件，同时针对系统运行安全性和可靠性，介绍了STT运行的一些特殊策略，为利用CRUISE等软件建模进行仿真对比分析提供了基础。

起动机型的STT启停技术的设计需要依靠全车电控系统的支持，传统电子稳定程序ESP、电子助力转向EPS、空调及人机界面等系统的程序均需要重新标定，系统的成熟依赖大量的验证试验，在各种路况和环境下进行反复试验，进一步提高系统的可靠性和耐久性，同时需要兼顾空调系统的舒适性和整车的NVH性能，确保在不改变用户操作车辆的习惯的情况下降低汽车的油耗和排放，这都是当前各汽车生产厂家下一步的工作方向。

[1] 刘欢.大气污染防治条例有望年内出台[N].北京日报，2013-03-13(7).

[2] 周泉.怠速起停系统促进起动机革命——双电磁开关式起动机结构分析[J].汽车电器,2014(10): 39-43

[3] 陈积先.基于工况仿真的启停功能AGM铅酸电池性能研究[J].汽车科技,2015(4):27-31.

[4] 张颖剑.发动机怠速启动停止系统研究及CRUISE仿真[D].合肥：合肥工业大学汽车与交通工程学院,2013.

[5] 黄晓鹏,蔺宏良.基于汽车启停系统的车载网络技术研究[J].汽车使用技术,2014年(10):30-32.

[6] 郑立明.手动变速器空挡位置传感器在智能启停系统中的应用[J].汽车技术,2014(4):28-32.

[责任编辑：张永军]

The Analysis and Research on Automobile Starter-Type Stop-Start System Technology Based on PSA

CHENG Zhang1, ZHE Si-jie1,LIU Yao-bang1,2

(1.Department of Automotive and Mechanical Engineering, Anhui Communications Vocational and Technical College, Hefei 230051; 2.School of Automobile and Communication Engineering,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Considering the growing rigorous automobile emission standard and energy save need, an analysis and research for the start and stop technology of starter type automobile is put forward. Based on traditional engine idle speed control, one more set engine start and stop system with enhanced starter control is added to get micro hybrid power. The STT start and stop system structure and principle of PSA type automobile is taken as an example for analyzing the control strategy of start and stop technology, as well as exploring the design method and idea of start and stop system.

start and stop technology; enhanced starter; STT start and stop system; control strategy.

2016-04-14

2016-07-08

安徽省汽车技术服务与营销专业省级教学团队(2015jxtd084)、安徽省省级精品资源共享课“车载网络系统检修”(2015gxk126)资助。

程 章(1984—)，男，安徽安庆人，安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系讲师。

U466

A

2096-2371(2016)04-0105-05