启停系统控制及系统应用

孙 涛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

启停系统控制及系统应用

孙 涛

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着我国经济的快速发展，汽车行业呈现出空前繁荣的景象。据保守估计，到2015年我国汽车保有量至少达到1.5亿。当汽车遇到红灯、堵塞、临时停车等路况时，汽车处于怠速状态，此时往往是燃料消耗和污染物排放量最为严重的工况。启停系统是一套可以在车辆怠速状态下自动关闭发动机从而起到降低油耗的系统。文章通过对启停控制系统原理研究的基础上，探讨了启停系统在整车上实现的可行性，并对启停系统的平台搭建作了详细说明。通过研究分析，在整车上搭载启停系统是可行的。

怠速状态；启停系统

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

0、引言

0.1 启停系统概述

启停系统(Stop-Start system)，也称弱混系统。装配了该系统的汽车在遇到交通堵塞或红灯停车时，控制装置将自动关闭发动机；当驾驶人员踩下离合器、油门或松抬刹车的瞬间(0.1-0.3秒之内)，起动机快速重新起动发动机。启停系统能减少综合工况下约 8%的能耗和排放，在拥堵的市区节能效果能达到10%-15%。

0.1.1 启停系统的组成和特点

启停系统是由发动机控制器（ECM）、增强型起动机、高效智能发电机、电池传感器（IVT）、制动真空度传感器、空挡开关、离合器开关、引擎盖开关、AGM电池、继电器、启停主开关等组成。

自动启停主要的技术难点在于需要更耐用的起动机以及反复启动时如何减少冲击感。一般的起动机设计允许通过很大的工作电流，但使用时间很短。反复使用起动机容易造成起动机过热损坏，因此具备自动启停功能的起动机必须比普通起动机耐用很多。

直喷发动机是避免反复启停带来的启动延迟一个关键。由于直喷发动机可以直接通过喷油器雾化汽油，原理上可以在一个工作循环内完成启动。而一般的进气管喷射发动机，需要进气气流雾化缸汽油再携带进气，启动时间要比直喷慢不少。这就从根本上导致了这类发动机在运用自动启停装置之后需要更长的时间来重启，除了电能消耗大，燃油损失大，还造成车内成员的不适。

应用自动启停技术后，用户需要更加注重机油质量。汽车发动机在正常行驶状态的磨损是极小的，而在冷启动的时候，零件之间的配合间隙过大，外加没有机油油膜的保护，其磨损量占到了发动机磨损量的60%以上。因此，反复地启停发动机，必然会缩短发动机的寿命。使用更高质量的机油，才能减少发动机磨损。

0.1.2 启停系统的现状和发展

从目前来看stop-start系统主要有3种技术方案，最普遍的技术方案是采用独立的起动机和发电机，并且带有起动电机来提供发动机起动时所需要的功率，主流供应商为BOSCH(博世)；第二种技术方案是采用集成的起动机-发电机系统。如法雷奥的StARS系统，奔驰和标致雪铁龙采用的就是这一技术方案；第三种技术方案是马自达开发SISS（Smart idle Stop Start智能怠速停止起动）系统，该系统通过燃烧产生的能量来重新起动发动机。

汽车怠速自动启停系统的应用现状具体如下：雪铁龙于2004年在C3上搭载“启停系统”；奔驰smart for two以及路虎的神行者2代都搭载了启停系统；长安CX30搭载了博世的启停系统；奇瑞汽车早在 2008年的奥运会期间就推出了A5 BSG，作为奥运期间的服务用出租车；宝马也是最早采用“启停系统”的厂商之一，目前已经在宝马海外车型上大规模应用，各大厂商的新能源车型计划中几乎都包括“启停系统”。

搭载“启停系统”的门槛相对较低，同时在其成本上也不会有太大的障碍，这使得绝大多数厂商都有可能推出搭载“启停系统”的车型。所以一旦国内消费者接受并认可“启停系统”技术，这一系统的发展空间将会快速增长。

0.2 研究内容

本课题以整车为基础，针对启停系统对部分零部件的特殊要求，从阐述原理入手并根据原理推进各个零部件的选择。其主要内容包括如下几个方面：

◇ SS系统原理、控制逻辑、新增变动件

◇ 可行性分析、电气电子涉及的变动

◇ 系统平台的搭建等

1、SS系统原理

1.1 启停控制策略

熄火条件：车辆停止（车速低于一定值）、电池电量充足、制动真空度充足、发动机状态允许停机（水温，催化器温度等）、满足安全条件（驾驶员在座及前舱盖闭合）、空调，除雾状态没被请求。

点火条件：踩下离合器，空挡 Or 电池电量不足 Or 制动真空度不足Or 空调，除雾被请求& 满足安全起动条件（驾驶员在座及前舱盖闭合）。

图1 启停系统原理图

1.2 启停系统变动件

发动机控制器（ECM）由于带启停接口、LIN接口需要变更；增强型起动机要求寿命15万次或更高，需变更；高效智能发电机需带多功能调节器，需变更；需要增加电池传感器（IVT）来对蓄电池的电量进行监测；制动真空度传感器增加压力传感器需变更；空挡开关改为双向开关；离合器开关包括双向底置开关一个，踏板踩下90%时开关状态发生切换；单向顶置开关一个，踏板踩下10%时开关状态发生切换；引擎盖与前罩锁集成，利用锁头的缩止及解锁位置，判断引擎盖是否关闭，同时输出开关信号给ECU。需要AGM电池，实现深度放电。继电器包括起动机控制继电器、传动链状态继电器；启停主开关，启停功能主开关，带指示灯。

2、SS系统的平台搭建

2.1 整车涉及的变动

蓄电池更换成深度放电蓄电池，能量输出能力高于普通蓄电池3倍以上；增加电池传感器，与发电机配合并检测蓄电池的电压、电流、电池温度，提高充电效率；增加启停主开关、离合器顶开关、引擎盖开关、起动请求开关、大灯开关、风机开关、离合器底开关、空档开关、传动链状态、起动机状态的输入；增加启停警告灯、启停状态灯、屏蔽仪表信号的输入；增加传动链状态继电器、起动控制继电器；组合仪表中需要增加启停警告灯，增加屏蔽机油压力报警灯和充电指示灯的输入。

2.2 电气电子涉及变动

深度放电蓄电池较普通蓄电池略大，更换为深度放电蓄电池在整车上布置可行，但根据电池尺寸需重新设计相应的托盘。深度放电蓄电池成本略高，现在在中国只能使用缠绕式高端AGM Optima电池，该款蓄电池为美国生产，成本为700元左右。

蓄电池和电池传感器配合较好，可以直接借用供应商的成熟产品。蓄电池传感器标定周期为 20天，蓄电池容量为55Ah。

整车上仪表台通常有开关的预留，开关本体借用，开关盖板造型按要求重新设计。

前端模块在设计上就预留了引擎盖开关的安装位置。

组合仪表中需要增加启停警告灯，增加屏蔽机油压力报警灯和充电指示灯。仪表中有灯位置的预留，可以增加，仪表接插件有针脚预留可以增加一路输入。

3、总结与展望

3.1 总结

启停系统主要包括蓄电池、起动机、发电机等，这些关键零部件的核心技术在江森、Valeo、BOSCH等公司都趋于成熟。

通过研究分析表明，在整车上搭载启停系统是可行的。

3.2 展望

目前大多数stop-start系统存在的一个技术问题是不能与自动变速器兼容，自动变速器工作时需要液压力，但是液压力的获得依赖于发动机的工作。一旦发动机停止工作，液压力就无法获得。因此，装备 SS系统的车辆在发动机重新起动后会产生因为需要储备液压力而产生的迟滞，这对于消费者来说是无法接受的。自动变速器供应商目前正在修改其设计，以克服这一难题。例如ZF已经为其8档自动变速器增加了一个液压推动储存单元，当发动机停止工作时，该液压推动储存单元可以储存液压力，从而增加车辆重启的速度。

Stop-start系统的另一个技术问题是该系统有时候也不能与大型柴油发动机相匹配。大型柴油发动机因为其尺寸以及高压缩比的特点，决定了它需要更多的电能来起动，这一技术问题也有待解决。

[1] 程庆.发动机怠速智能系统的研究[J], 传动技术,2003年第4期.

[2] 李东江.现代汽车电子控制系统结构与维修[M], 江苏科学技术出版社,2001:1-99.

[3] HTTP://wenku.baidu.com/view/5b550796daef5ef7ba0d3cae.html .

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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

孙涛，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.046