起停技术

起停技术（精选5篇）

起停技术 篇1

前言

起停系统(Start Stop System),是指汽车在等待红灯或者堵车等情况下暂停发动机工作,当车辆感受到驾驶员的起步意图时,快速起动发动机。在城市工况下可以有效降低怠速油耗,减少汽车有害气体的排放。根据《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》第三阶段要求,油耗限值将较第二阶段整体下降20%,乘用车平均燃料消耗量水平在2015年下降到7L/100km左右[1]。对于自主品牌车企而言,由于技术、资金的限制,仅依靠现有发动机、变速箱技术改进,达标难度大。配备起停系统,再配合其他技术,将较容易达标。2011年工信部网站发出通知,将怠速起停汽车按常规汽车进行《公告》管理,不再要求按照《新能源汽车企业及产品准入规则》进行企业及产品准入审查,这某种程度上影响了起停系统在国内的推广[2]。本文主要针对手动挡汽车起动电机式起停技术进行研究,并通过一种起停系统证明了应用效果。

1、起停技术应用

1.1 起停系统方案

在现有某款2.0LMT车型基础上增加起停控制功能,在原来EMS基础上增加起停控制逻辑,由EMS直接控制起动机。优点是在现有基础上改动量小,开发周期短。结构如图1所示。

整车起停控制策略集成于发动机管理单元EMS中,EMS负责接收真空度传感器信号、电池传感器EBS信号、空挡传感器信号、车门信号和前舱盖信号等,综合判断发动机所处的状态,对发动机进行停止和起动控制。为了安全起见,空挡传感器和离合传感器都采用了双路输出非接触式霍尔传感器,用于检测传动链状态,同时组合判断驾驶员的行车意图。由于EMS资源不足,自主开发一个智能传感器单元SSU来接收空挡信号和离合信号进行安全监控,同时在总线上把空挡信号和离合信号发给EMS。BCM作为网关,把PCAN和BCAN连接起来,EMS通过BCM把起停相关信号发给仪表[3]。系统设计主要有以下优点:

(1)传动链状态双路监控

发动机起动需要在传动链彻底脱离的状态进行。安全起见,对空挡传感器、离合器传感器进行双路独立监控。其中一路直接硬线接入EMS进行逻辑判断,另外一路信号由SSU处理。信号故障检测由EMS综合判断。

(2)起动机双路控制

采用EMS和SSU两个独立的控制器对起动机继电器串联控制,保证在任何一个控制器出现错误的控制时,起动机也不会运转。EMS和SSU各自判断,SSU在ON档电时判断整车处于空挡或离合器顶开关有效时则控制传动链继电器吸合,保证了起动机一定是在传动链脱开时工作。起动机双路控制结构如图2所示。

(3)低电压保护

起动机工作瞬间大电流,会显著拉低蓄电池电压。低温冷起动、长期停机等极端条件下,蓄电池电压有可能低至7V,甚至更低。车内各控制器的要求电压范围为9V-16V,导航、音响、仪表等安全电压要求10.5V以上,雨刮、大灯等功率型用电器在不同电压下响应差异显著。因此,该系统主要有两种低电压保护方式。首先是预留DCDC配置,保护导航仪表等用电器;若没有DCDC的配置,起动机采用限流ICR继电器保护。ICR继电器、DCDC分别对应高低成本方案。防浪涌继电器:抑制启动瞬间电流,优点是成本便宜、改动小,缺点是启动时间变慢、改善效果有限(1V左右)。DCDC:起动机工作时,升压电源打开,优点是电压稳定可保证10V以上(根据输出功率变动),缺点是价格贵。实际采用ICR继电器配合AGM电池,有较好效果。两种低压保护方式如图3所示。

1.2 起停零部件

手动挡起停系统零部件主要分两部分,一部分是起停系统专用零件,包括蓄电池、电池传感器、起动机、发电机、制动真空度传感器、离合传感器、空挡传感器、起停开关等,另外一部分是起停系统配合模块,包括车身控制模块(BCM)、组合仪表(ICM)、空调系统(HVAC)、座椅通风模块、电动助力转向系统(EPS)、发动机管理单元(EMS)、下线配置及诊断仪等。

起停零部件如表1所示。

1.3 起停控制策略

EMS的起停控制逻辑主要包括起停使能逻辑、怠速停机逻辑和发动机起停逻辑[4]。

起停使能条件有电池电量充足、制动真空度充足、起停系统无故障运行停机(起动机、发动机、各传感器无故障)、满足整车安全状态(如驾驶员在座及前舱盖闭合状态)、起停主开关处于使能状态、空调状态允许起停(如制冷情况下,在外气温小于25度,且蒸发器出口空气温度小于15度;制暖情况下,在外气温大于10度,且水温大于60度)、电动助力转向系统运行起停等,满足以上条件,车辆自动起停功能开启。

怠速停机条件有车辆停止或车速低于阈值(可标定)、档位由其他档位换到空挡、离合器踏板松开、油门踏板完全松开,车辆满足以上条件,车辆自动关闭发动机。

发动机处于自动停机状态下,起动逻辑分为3类:车辆需求触发、溜坡自动启动和驾驶员操作触发。车辆需求触发的前提是处于空挡,主要有以下几种情况:

1)电池低电量触发

发动机怠速停机状态下,若车辆用电将电池降低到一定程度,再进一步降低则有无法起动的风险时,触发自动起动进行电池充电。

2)制动真空度不足触发

在发动机怠速停机状态下,如果连续踩制动等原因导致制动真空度不足,则触发自动起动提供制动真空度,防止无法制动的风险。

3)空调状态触发

在怠速停机状态,空调根据除雾模式、内外温差等,判断影响当前驾乘舒适度,发出总线信号请求起动发动机。

溜坡自动起动条件包括空挡状态或离合器踏板踩到底状态、车速超过匹配值。

驾驶员操作触发条件包括处于空挡、有踩油门、离合踏板操作等判断驾驶员的行车意图,是起停功能策略的核心部分。离合器传感器有2个开关量输出,1个在离合器踏板行程踩下10%时顶开关触发,1个在离合器踏板行程踩下90%时触发底开关。空挡传感器是一个非接触式霍尔传感器,通过2路PWM信号输出判断档位。根据离合器和空挡传感器的状态可以把传动链状态分成6种(见下图)。状态1至状态4表示传动链脱开,状态5、状态6表示传动链结合。从状态1到状态2、状态2到状态3的过程可以触发停机,这一过程即处于空挡时驾驶员松离合踏板的过程;从状态3到状态2、状态2到状态1的过程可以触发起动,这一过程即处于空挡时驾驶员踩离合器踏板的过程。EMS起停功能逻辑示意如图4所示。

EMS根据起停使能条件、怠速停机条件和发动机启动条件等判断起停功能状态,根据起停功能状态控制发动机的停机和启动。EMS对起停的控制状态由7个,定义如下:

[0]non-start/stop mode Reset:表示起停功能被驾驶员禁止;

[1]Engine standby:表示发动机处于刚上电但尚未起动的状态;

[2]Engine Stopped:发动机处于停机状态(之前运行过,现在仍然是KeyOn);

[3]Starter restart:自动起动中的起动机拖动过程;

[4]Engine restart:自动起动中的起动机脱离但未达到目标转速;

[5]Engine Operation:发动机正常运转状态;

[6]Engine auto-stopping:发动机自动停机过程。各状态的转化关系。

起停状态机如图6所示,传动链状态如图5所示。

第一次必须通过钥匙启动,没通过钥匙启动不允许进入起停,从状态1进入状态5 (发动机运行)。如果检测到停机请求则进入状态6 (停机过程):在状态6时如果转速小于20rpm,进入状态2 (停机完成);在状态6时检测到启动请求,如果发动机转速大于450rpm,则进入状态4 (发动机启动),直接喷油点火启动发动机;在状态6时如果发动机转速低于100rpm则通过起动机启动,转速大于400rpm则进入状态4 (发动机启动)。在状态2时如果检测到启动请求则进入状态3,转速大于400rpm后进入状态4;当转速大于700rpm时由状态4进入状态5。

1.4 试验验证

对某传统手动挡汽车进行上述的起停方案的改造后,对该试验车进行了基础功能标定试验(包括起停逻辑验证、起停逻辑阈值标定等)、高强度综合耐久试验和道路起停耐久试验,结果证明该起停系统控制逻辑工作良好,零件工作正常,可以完成起停系统耐久试验。

对装备2.0L发动机、5挡手动变速箱的某自主品牌轿车进行了起停系统改造,以一般客户的使用习惯,进行专项试验——起停车型城市工况油耗对比测试,并与对标车进行对比,考察相同工况下起停版车型(开/闭起停功能)与非起停车型的油耗水平。油耗对比数据如表2所示。

从表2可见,增加起停系统后市区工况百公里油耗至少省6.5%,平均油耗省油15.5%。从排放结果来看,各种污染物都无明显变化,证明起停功能基本不影响排放。因此,起停技术是一种有效的整车节油手段,可以用于大批量生产。

对起停系统油耗进行标定,采用滑行法,将汽车整备质量调整至1450kg,同时对车辆进行一定的充电,油耗可以做到7.7L/100km。在检测中心进行ECE+EUDC循环试验结果如表3所示。

通过以上试验过程总结,起停系统降低排放循环的油耗主要来源于:平衡怠速停机的时间和频繁起动带来的油耗增加,可以通过以下对策满足第三阶段油耗范围内。

(1)在正常使用的情况下,尽量增加怠速停机时间,同时保证在极端条件下(高温、高寒、高海拔)和起停系统影响到其他电气设备的情况下(电池电量低等)禁止起停;

(2)在保证安全性的前提下,降低起停起动的进气量和喷油量,减小起动时上冲转速,同时减小起动后进入Lambda闭环控制的时间;

(3)保证起停系统的大容量电池在充足电量的基础上进行油耗试验,降低排放循环油耗的发电机负荷;

(4)采用合理的整备质量(1450kg)和合理的滑行曲线,起停版车辆可以达到第三阶段油耗目标(7.7L/100km)。

2、结束语

完成了对某传统手动挡车辆的起停系统相关零部件的改造设计和控制策略的开发,总结出起停系统的开发流程。经过基础功能标定试验(包括起停逻辑验证、起停逻辑阈值标定等)、高强度综合耐久试验和道路起停耐久试验,结果证明该起停系统控制逻辑工作良好,零件工作正常,能实现起停功能。通过市区工况的油耗对比试验,证明加装起停系统后至少可以省油6.5%,而对排放基本无影响。通过对起停系统进行标定,证明采用合理的整备质量和合理的滑行曲线,起停车辆可以满足第三阶段油耗限值目标。证明该起停系统是一种工作可靠且达到良好节油效果的系统,可以实现大批量生产。

参考文献

[1]中国汽车技术中心,奇瑞汽车股份有限公司,广汽本田汽车有限公司,等.GB 27999-2011乘用车燃料消耗量评价方法及指标[S].北京:中国标准出版社,2012.

[2]赵云峰,陈俊,朱自萍,乐志国,赵福全.中国车企起停技术发展现状及分析[J].汽车工程师.2012(5):28-33.

[3]周雪奎,陈峥峰,楚晓华.车辆快速起-停控制装置现状研究[J].汽车实用技术.2013(9):5-10.

[4]斐玉姣,纪天宝.发动机起停技术的研究[J].汽车工程师.2012(7):66-82.

起停技术 篇2

【摘要】汽车怠速起停系统是近年来为适应节约能源、减少汽车排放而发展起来的一项新型汽车技术，目前越来越多车辆配备该系统。开发能够完成相关怠速起停系统结构原理、工作过程及其系统开发流程的自主教学实验型台架具有紧迫的现实意义。通过开发自制相关系统台架，可以增强教师对该系统教学的自如应用，提升教师工程实践能力，拟开发自制的汽车怠速起停系统教学实验台架可以完成相关实验，同时自主开发设计型实训项目。

【关键词】怠速启停系统 教学实验台架 实训项目

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0160-01

一、引言

怠速启停系统英文全称为Idle Stop-Start System，该系统的工作原理是，当遇到红灯或堵车，车速较低时，发动机将自动熄火。当驾驶员重新踏下离合器、油门踏板或松抬刹车的瞬间，起动机将快速启动发动机。

汽车怠速起停系统是近年来为适应节约能源、减少汽车排放而发展起来的一项新型汽车技术，目前越来越多车辆配备该系统。怠速起停系统逐步成为了汽车专业教学相关知识体系必备的知识点之一，它的结构原理、系统工作过程、系统型式及它的系统开发过程成为汽车相关专业课程，如《汽车电子控制技术》、《汽车车身嵌入系统开发》等有待与应用发展俱进的补充内容。

目前国内相关课程已经把汽车怠速起停系统的知识加入了课程教学内容，但是相关教学实验必须依托相应的系统台架来完成，抽象地课堂讲述很难让学生们理解其系统工作过程及系统开发过程，而该方面的设备市场上只有基于简单框图讲解的台架系统，还没有基于整个系统实物体系运行的台架，开发能够完成相关怠速起停系统结构原理、工作过程及其系统开发流程的自主教学实验型台架具有紧迫的现实意义。

基于此，常熟理工学院汽车工程学院自主开发了一套可用于教学、科研的怠速起停系统。通过开发、自制怠速起停相关系统的台架，增强了教师对该系统教学的自如应用，提升教师工程实践能力，拟开发自制的汽车怠速起停系统教学实验台架可以完成相关实验，同时自主开发设计型实训项目。该系统还可作为科研设备，在能量回收环节进行二次开发。

二、怠速起停台架的设计方案

一个完整的怠速起停系统台架，包括发动机、怠速起停控制系统、起动机、变速器、万向传动装置、惯性模拟轮以及能量回收发电机等组成。

其中，发动机是整个台架系统的动力源。本台架选取了捷达AJR发动机及其变速机构作为整个台架的动力传递系统。怠速起停控制系统是整个台架的核心部分，主要用来模拟汽车在道路上遇到红灯或堵车时，怠速起停系统启动的实际情况。怠速起停控制系统包括怠速起停ECU、各类模拟开关以及各类传感器、继电器。怠速起停ECU是整个怠速起停控制系统的大脑，用来接收并发出相关指令，控制怠速起停系统的启动或者关闭；各类模拟开关是用来模拟汽车真实工况，譬如熄火、空挡信号等。各类传感器主要用来检测动力系统的信号并传给怠速起停ECU。

三、怠速起停台架在教学科研中的应用

1.怠速起停系统在教学中的应用

怠速起停系统在汽车技术领域的应用已经非常广泛，因此也是汽车服务工程专业和车辆工程专业的教学知识体系必备的知识点。譬如汽车电子控制技术、汽车车身嵌入系统开发、汽车单片机与接口技术等课程应当加入怠速起停系统的内容。可以针对性地开发汽车怠速起停系统结构原理实验（验证性实验）、怠速起停系统节油控制模式及控制方法实验（综合性实验）以及能量回收怠速起停系统设计开发实训。同时，还可以在此台架基础上，进行怠速起停系统的故障检测与诊断实验（综合性实验）。

2.怠速起停系统在科研中的应用

怠速起停作为一门新型汽车技术，其发展日渐成熟。但目前汽车上所采用的怠速起停系统只是满足最基本的起停要求。该系统本身具有极强的开放性，因此在传统怠速起停系统基础上进行二次开发，也是汽车技术的一个重要方向。本次开发的怠速起停台架系统，兼具了能量回收的功能，可以提高汽车的经济性。因此，怠速起停台架系统在科研上，特别是软硬件开发也具有广阔的应用空间。

四、结论

汽车怠速起停系统作为一项节约能源、减少汽车排放而发展起来的新型汽车技术，也逐步成为了汽车专业教学相关知识体系必备的知识点。本次所开发的怠速起停台架系统一方面可以为起停技术相关理论课程提供实验、实训项目，同时能够为教师科研提供一个开放性平台。因此，本台架系统的开发对于汽车类相关专业课程提供了良好的平台，有广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 张颖剑. 汽车怠速启停系统的现状及思考[J].汽车工业研究，2013（3）：47-50.

[2] 胡明明.基于超级电容的汽车怠速起停系统试验研究[D].苏州：苏州大学，2014.

单按钮起停控制的PLC编程技术 篇3

在PLC控制系统设计中, 常常碰到负载的起动与停止控制, 通常的做法是采用两只按钮作为外部起动与停止控制的输入器件, 在PLC中与两只按钮相对应的输入点数也有两个, PLC的外部接线如图1所示, 按钮SB1 (X0) 作为动控制, 按钮SB2 (X1) 作为停止控制, 当按下SB1时, X0接通, Y0的线圈接通并自锁, 启动外部负载KM工作运行;当按下SB2时, X1接通, Y0的线圈断开, 外部负载K M停止工作。这样虽然可以达到控制目的, 但需要的按钮和连接导线较多, PLC的输入点数也较多。在实际工作中, 可以充分利用PLC内部多功能化的特点[1], 采用单个按钮控制负载的起动与停止, 进行改进后的PLC外部接线如图2 (下页) 所示, 用SB替代SB1和SB2的功能, 用X0替代X0和X1的功能, 当第一次按下SB时, X0接通, Y0的线圈接通并自锁, 启动外部负载KM工作运行;当第二次按下SB时, X 0再次接通, 通过中间控制环节使Y 0的线圈断开, 外部负载K M停止工作。图2与图1相比, 电路的实际接线就大大简化, 这样做不仅节省了硬件成本, 而且还大大减少了由于按钮多而可能引起的故障.使电路更加经济合理、安全可靠, 控制方便简单, 具有很高的实用价值。笔者根据实际的工作经验和研究成果, 以松下电工FP0系列PLC为例介绍几种单按钮起停控制的P L C编程技术。

2 采用上升沿微分指令的编程技术

采用上升沿微分指令编程的梯形图程序, [2]如图3所示, 控制过程如下:

当第一次按下SB时, X0接通, 使R0的线圈接通一个扫描周期, 其常开触点闭合, Y0的线圈接通并自锁, 启动外部负载工作运行;同时, Y 0的对常开触点闭合, 为R1的线圈接通做准备;当第二次按下按钮SB时, X0接通, R0再次接通一个扫描周期, R1的线圈被接通, R1的常闭触点分断, Y0的线圈断开, 外部负载停止工作。反复按下S B, 将会重复上述控制过程。

3 采用置位/复位指令的编程技术

采用置位/复位指令编程的梯形图程序, 如图4所示, 控制过程如下:

当按下SB时, X0接通, R0的线圈接通一个扫描周期, 其常开触点闭合, R2置位 (闭合) 且保持, R2的一对常开触点闭合, Y0的线圈接通, 启动外部负载工作运行;同时, R2的另一对常开接点闭合, 为R1的线圈接通做准备;当再次按下SB时, X0接通, 使R0的线圈再次接通一个扫描周期, R1的线圈接通, R1的常开接点闭合, R2复位 (断开) 且保持, Y0的线圈断开, 外部负载停止工作运行。之后依次按下S B的工作情形与上述相同。

4 采用计数器指令的编程技术

采用计数器指令编程的梯形图程序, 如图5所示, 从图中可以看出:

第一次按下SB时, X0接通一个扫描周期, CT100计数1次, Y0的线圈接通并自锁;第二次按下SB时, X0再次接通一个扫描周期, C T 1 0 0再计数1次, 累计计数2次, 则C100常闭触点断开, Y0的线圈断开, 且C100常开触点闭合使CT100复位, 为下一次计数作好准备。然后又开始新一轮的循环。

5 采用定时器指令的编程技术

采用定时器指令编程的梯形图程序如图6所示。定时器TMR0的设定值为1, 定时时间为0.01s (设定值值尽可能小, 以防止启动后出现异常情况时, 便于立即停车) 。从图6中可以看出:

当按下SB时, X0接通一个扫描周期, Y0的线圈被置位接通。Y0的常开触点使定时器TMR0定时0.01s后启动, 其常闭触点断开, 而常开触点闭合, 为Y0的复位做准备;当再次按下SB时, X0又接通一个扫描周期, 由于X0和TMR0的常开触点都接通, Y0复位, Y0的线圈断开。如此循环往复。

6 采用保持指令的编程技术

采用保持指令编程的梯形图程序, 如图7所示, 控制过程如下:

当按下SB时, X0接通, R0的线圈接通一个扫描周期, 置位触发信号R 0的常开触点闭合, 使K P置位, Y 0的线圈接通, Y0的常开触点闭合, 为R1接通做准备;当再次按下SB时, X0接通, R0的线圈再次接通一个扫描周期, R 1的线圈也接通一个扫描周期, 复位信号R1的常开触点闭合, 使KP复位, Y0的线圈断开。每按下SB一次, Y 0的状态反转一次。

7 采用移位寄存器指令的编程技术

采用移位寄存器指令编程的梯形图程序, 如图8所示, 图中是对WR0进行左移1位的操作, 移入的数据是0还是1由R0的状态决定, 移位触发信号为X0, 复位信号R 1的常开触点。其工作过程如下:

第1次按下SB时, X 0接通, 由于起初R 0 (W R的0位) 的常闭触点闭合, 向移位寄存器SR WR0端输入信号, 1被移入R0, R0的常开触点闭合, Y0的线圈接通, 同时, R0的常闭触点断开;第2次按下SB时, X0接通, 向左移位寄存器S R W R 0端输入信号, S R W R 0左移一位, 1被移入R1, 由于R0的常闭触点断开, 0被移入R0, R0复位, Y0的线圈断开, R1的常开触点闭合, WR0的16位继电器状态全部为0, [3]此时, 电路恢复最初状态, 为下次起动做准备。

8 采用主控MC/MCE指令的编程技术

采用主控指令编程的梯形图程序, 如图9所示, 控制过程如下:

当按下S B时, X 0接通, 进入M C, M C E指令程序, 由于Y0常闭触点初始闭合, R 0的线圈接通并自锁, R0常闭触点分断对R1的线圈互锁, R0常开触点闭合, Y0的线圈接通并自锁, 松开S B后, 结束执行M C, M C E之间指令程序, R0复位;当再次按下SB时, X0接通, 又重新进入M C, M C E指令程序, 由于Y 0的线圈已接通, R 0线圈通路已被Y 0的常闭触点分断, R 0的线圈不再接通, R1的线圈通路则被Y0常开触点闭合而接通并自锁, R1的常闭触点分断, 其一对触点使Y0的线圈断开, 另一对触点则对R0的线圈互锁, 不会因为Y0的常闭触点复位后导致R0和Y0的线圈再接通的错乱控制现象。松开SB后, 结束执行MC, MCE之间指令程序, R1复位。之后依次按下S B的控制过程与上述的相同。

9 采用基本比较指令的编程技术

采用基本比较指令编程的梯形图程序, 如图1 0所示, 控制过程如下:

当按下SB时, X0接通触发CT100计数1次, 经过值减1, 此时, 经过值寄存器EV100=K1, 使Y0的线圈接通;当再次按下SB时, X0接通触发CT100再计数1次, 累计计数2次, 经过值再减1, 此时, 经过值寄存器EV100=K0, 使Y0的线圈断开, 与此同时, CT100的常开触点C100闭合触发CT100, 使CT100复位。反复按下SB, 将会重复上述控制过程。

1 0 采用高级指令的编程技术

PLC的指令系统中除了基本的逻辑控制指令外, 还有丰富的高级指令, 可以方便的实现数据传输、算术运算、比较、变换、移位、位控制等各种功能。[3]熟悉并在实际中合理的应用合适的高级指令, 可以大大简化程序, 这一点是传统的继电器控制系统无法比拟的。如图11所示的一行指令, 采用高级指令F132 (BTI) 使WY0的0位即Y0在X0的每次上升沿变反, 即可实现控制要求。

1 1 结束语

上述介绍的这些编程技术, 实践证明是切实可行的。由于P L C具有丰富的指令集, 编程十分简单灵活, 同样的控制要求可以选用不同的指令进行编程, 编程人员需要在实践中不断摸索和提高自己的编程技巧, 才能充分发挥P L C的优势, 实现各种控制要求。

摘要：根据PLC控制系统的特点, 本文以松下电工FP0系列PLC为例介绍了9种单按钮起停控制的PLC编程技术, 电路控制简单, 故障减少, 具有很高的实用价值。

关键词：PLC,单按钮,编程技术,梯形图

参考文献

[1]王兆义主编.可编程控制器技术教程[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[2]常斗南主编.电器控制与PLC[M].北京:机械工业出版社, 1998.

起停技术 篇4

随着我国汽车工业的迅猛发展, 汽车产量和保有量均急剧增加汽车在给人们生活带来方便的同时, 也带来了能源安全、空气污染及温室效应的问题。

鉴于目前的严峻状况, 国家制定了相关政策, 加快发展节能与新能源汽车, 以缓解能源危机, 减少大气污染与温室气体排放。介于内燃机汽车和纯电动汽车之间的混合动力汽车受到了企业和消费者的青睐;在混合动力汽车中, 根据混合度的不同又分为微混, 中混和强混。中混和强混虽然节油潜力更高, 但是由于成本增加较多, 目前未能达到大批量的推广;而微混汽车, 由于主要是在传统汽车上增加了起停系统, 成本增加不多, 燃油经济性有可观的提升得到了迅猛发展。

由于市场上中小型车需求和保有量最大, 国内外对于起停系统的研究和应用也主要集中在中小型车上, 在我国, 微型车的需求量和保有量较高, 2012年, 我国微车销量225.67万辆, 占乘用车销售总量14.56%, 占汽车销售总量的11.69%, 对这一重要细分市场进行应用起停系统的研究, 对于实现节能减排具有理论和实践指导意义。

1、发动机起停系统简介

1.1 发动机起停系统的基本工作原理

发动机起停系统的基本工作原理参见图。在驾驶过程中, 遇到红灯, 驾驶员踩下刹车, 调至档位到空挡, 同时松开离合, 此刻, ECU获得这些信息后, 经过判断是停车, 那么指示发动机停机, 等待起动。等交通灯改变后, 驾驶员踩下离合, ECU判断要准备开车, 就指示起动机带动发动机立刻起动, 驾驶员在挂档后即可起动。这些操作和驾驶员的平时操作并没有什么不同。当然驾驶员也可以通过操作起停系统的主开关来关闭自动起停功能。

1.2 起停系统的主要部件

增强型起停系统主要由发动机控制单元 (ECU) 、增强型起动电机、AGM电池、电池传感器 (EBS) 、制动真空度、发电机、起停主开关、离合器踏板底开关、空挡开关及人机界面等组成, 具体如图2。

2、试验描述

一个客户提供了一台微型车用于研究之用。

车辆和发动机装上不同的数据采集工具DAQ包括传感器和软件使得试验数据可以被采集。这辆车试验试验在底盘测功机测试。详细的说明如下。

2.1 发动机

这个试验用的发动机是火花塞点燃, 燃油喷射, 自然吸气式发动机。发动机使用双顶置凸轮轴, 每缸有两个进气门和两个排气门。一些基本的发动机参数见表1:

2.2 车辆

测试车辆的参数可参见表, 车辆的测试装置是用来获取发动机动态台架不能获取的数据。这个设置是用来获取电子系统, 变速箱和辅助载荷的数据。车辆的测试装置对这个研究是不可分割的一部分, 因为它是获取与车辆起停相关的发动机和电子系统数据的唯一方法。

车辆配备了ETASDAQ系统来记录ECU的数据, 试验数据被记录在电脑里, 通过一个叫做INCA的软件来与ETAS DAQ连接。

3、发动机管理系统系统切换

由于原车发动机管理系统系统为大陆汽车电子 (以下简称“Conti”) 的发动机管理系统+机械门体系统, 因此首先将发动机管理系统和电子门体系统的切换为联合汽车电子有限公司 (以下简称“UAES”) 的产品。

3.1 发动机管理系统概述

发动机管理系统相当于汽车的大脑, 它主要由发动机控制单元, 传感器和执行器组成。其基本结构如图所示。

发动机管理系统的主要功能是通过调整发动机的进气量、喷油量和点火提前角这三个关键参数, 对发动机的工作进行控制。在整个过程中, 传感器测量发动机的各项关键信息, 如温度, 压力, 位置, 空燃比等, 这些信息传递给ECU, ECU通过计算, 控制信号输出到功率驱动电路来驱动各个执行器。执行器负责执行ECU的策略。同时为了增加安全性, ECU还有自我监控模块和故障诊断模块。遇到故障会进行亮灯报警, 并可以通过诊断设备读出故障码, 便于进行维修。

本次改造采用的是Bosch的M7发动机管理系统。M7发动机控制想系统结构如图所示。

3.2 发动机管理系统零件的改造

本次发动机系统的切换主要更换了以下零件:ECU, 电子节气门体, 电子油门踏板, 空气压力温度传感器及发动机线束。

3.2.1 ECU改造

ECU是电子控制单元, 它相当于车辆的大脑, 收集传感器的数据, 通过分析计算, 给执行器相应的信号。

本次系统改造选用的是UAES的ME788系统:在实现电子油门控制的基础上, 集成了起停功能的软件包, 并且在硬件上重新为起停功能分配了资源;ECU外形图见图。

3.2.2 电子节气门体改造

本次改造使用的是UAES的电子节气门体。见图。

3.2.3 电子油门踏板功能介绍及改造

电子油门踏板取消了油门踏板和节流阀体之间的油门拉线或者其他机械连接装置, 通过传感器实现了电子控制。驾驶员踩下油门踏板后, 油门踏板上的位置传感器将采集到的位置信号转化为电信号, 并将其传给发动机控制器, 发动机控制器通过计算, 给电子节气门体的执行电机发送信号, 电机会对节气门进行调节以实现实时精确的节气门开度控制。本次改造选用UAES的电子油门踏板, 见图7。

3.2.4 空气压力温度传感器介绍及改造

原车发动机管理系统系统配置了空气压力与空气温度两个传感器, 为降低系统成本, 将其改造为空气压力温度一体传感器;见图8。

3.2.5 整车线束改造

基于新的ECU线束图实现了从原车CONTI系统线束到UAES系统线束的改造。

3.2.6 其他零件改造

另外还需要进行离合器顶开关、双路制动开关 (制动踏板信号、制动灯信号) 的安装:离合器顶开关用于与电子油门配合以实现更好的驾驶性和换档平顺性;而双路制动开关则是用于电子油门监控功能。

4、起停系统部件的改造

如附图所示, 为起停系统的标准配置, 由于车辆条件的限制, 演示项目并未选择所有的配置, 只是针对实现起停功能所必需的配置进行了安装和改造。

4.1 演示项目配置项

4.1.1 起动机和发电机:配备了BOSCH增强型起动电机/高效发电机

由于起停系统频繁起停, 需要增强型和高寿命的起动电机以及高效的发电机对电池充电。

4.1.2 起停配置项

1) 开关类

离合器低位开关、空档开关、起停主开关;以实现驾驶员操作意图的输入;

2) 传感器类

制动真空度传感器, 以实现制动安全相关的输入

3) 继电器类

起动电机继电器、传动链状态继电器, 以实现对起动机的控制, 从而实现自动起动;

4) 指示灯

以实现状态指示, 易于驾驶员的理解和操作;

4.2 演示项目未配置项

1) EBS电池传感器

2) 发电机控制

3) 起动电机控制常闭 (防打齿) 继电器

4) 车门/座位/安全带开关, 前舱盖开关

5) 空调开关 (该车辆未配置空调)

以上作为演示项目可暂时省略, 但若作为批产项目的话则必须要配置电池传感器、防打齿继电器, 以及车门/座位/安全带开关、前舱盖开关等安全相关的开关。

5、发动机管理系统及起停系统的标定及结果分析

5.1 车辆基本标定

演示项目未安排台架试验, 但联合汽车电子有限公司已经做过类似发动机的匹配, 因此以类似项目的台架标定数据为基础, 经过转换成为该发动机电子门体系统的标定数据, 包括充气模型数据的转换, 爆震控制数据的转换, 基本点火角数据的转换, 扭矩模型数据的转换, EGR流量和EGR率标定数据的转换等。

5.2 车辆转毂标定

5.2.1 混合气预控标定

在台架数据的基础上, 进行了实车转毂检查, 检查结果表明, 各转速负荷条件下混合气预控良好, 空燃比偏差不超过5%。

5.2.2 二路充气模型标定

经过标定, 基于节气门体的次充气模型与基于MAP传感器的主充气模型, 在大部分工况下稳态偏差控制在5%以内。

5.2.3 EGR流量检查

经过典型的工况检查, 如2000rpm中等负荷, 3000rpm中等负荷;结果表明, EGR流量标定数据基本合理, 对混合气空燃比的影响在3%以内。

5.2.4 常温起动怠速标定

常温起动标定安排了温度点10℃到30℃的详细标定, 以及暖机起动和热机起动的标定检查;标定完成后车辆在10℃以上具有良好的起动性能, 可以用于排放及起停功能的标定。

同时完成了冷机怠速和热机怠速的标定检查, 标定完成后车辆具有良好的冷机和热机怠速稳定性, 怠速转速波动在正负30转以内。

5.3 档位判别及驾驶性标定

在完成了档位判别的标定和驾驶性标定的初步检查后, 车辆具有良好的驾驶性能, 加减速平稳, 无转速冲击、高怠速或滑行熄火等现象, 标定数据可以用于进行排放的标定。

5.4 起停功能标定

5.4.1 起停功能配置

如附图0所示, 为起停功能的标准配置, 由于车辆条件的限制 (参见前述起停系统的改造) , 演示项目并未打开所有的配置, 只是针对实现起停功能所必需的配置进行了标定。

1) 演示项目实现功能

(1) 驾驶员输入;

(2) 制动真空度检测;

(3) 起动机控制

(4) Start/Stop人机界面

2) 演示项目未实现功能

(1) 电池状态检测;

(2) 驾驶员在座及前舱盖检测

(3) 空调系统输入-N1B12演示车辆未配置空调系统

5.4.2 起停系统发动机控制相关的标定

1) 发动机禁止停机条件的设定

由于是演示项目, 为避免由于某些情况影响起停功能的实现, 暂时关闭了其他禁止停机的条件, 如碳罐负荷高、扭矩自学习未完成等, 而保留水温条件和催化器加热条件禁止停机的功能;

为确保在排放循环第三个怠速段即能够停机以提高节油效果, 水温条件应低于第三个怠速段前的实际发动机水温, 在第三个怠速段前发动机水温在58度左右, 为确保停机, 演示项目将水温条件设置在50度, 即在水温大于50度时, 方可进行自动停机。

2) 发动机停机控制

在自动停机条件 (见下文驾驶员操作) 满足时, ECU发出断油指令, 实现发动机的自动停机。

3) 扭矩需求控制

由于未配置发电机控制, 故发电机扭矩管理功能关闭。

4) 进气量控制

为了减少怠速重新起动的进气量, 对此重新进行了标定, 以减低怠速重复起动的油耗, 热机起动overshoot控制在1300多转。

5) 喷油控制

为了减少怠速重新起动的喷油量, 以便提高节油效果, 重新优化了重复起动, 尤其是排放工况停机时间的重复起动, LAMBDA仅沉底到0.9左右, 并且在0.7s就上升到1。

6) 露点及氧传感器加热

为了加快怠速重复起动后进入闭环的时间, 在减少起动喷油的情况下提高起动的安全性并降低油耗, 重新调整了氧传感器加热的策略, 并重新调整了自动停机后排温模型的计算, 以及在自动停机引起的断油情况下不再触发清氧功能, 怠速重复起动后1s内即进入闭环。

7) 附件控制

自动停机时若水温过高, ECU会控制风扇继续工作, 但由于未配置电池传感器, 因此该功能暂时关闭;由于该车辆未配置空调, 因此空调相关功能调整关闭。

5.4.3 起停系统车辆控制相关的标定

1) 真空度计算及起停控制功能

演示车辆安装有真空度传感器, 系统在进行了配置和标定后能够实时测得制动真空度, 以便在制动真空度小于设定值时控制系统重新起动。

2) 离合器开关、空档开关信号计算及诊断

由于演示车辆开关的改造属于由联合汽车电子临时安装, 未按标准离合器/空档开关配置, 因此软硬件进行了重新调整, 以满足实车需要, 获取可信的离合器和空档信号, 这对本演示项目没有什么影响。

3) 其他开关

由于未配置前舱盖、车门/座椅/安全带等开关, 相关功能关闭。

4) 起动机控制及诊断功能

为了从硬件上实现起停的可靠性, 安装了传动链状态继电器。

但由于未装常闭继电器, 因此不能实现防打齿功能。

5) 电池状态检测功能

由于演示车辆未配置电池传感器, 故功能关闭。

6) 人机界面功能

如前所述, 系统实现了两盏灯四种状态的指示, 以及主开关的操作实现关闭和打开起停功能。

5.4.4 起停操作功能的标定

如上所述, 目前演示车辆实现的起停操作设定如下:

1) 停机功能

(1) 驾驶员操作触发停机:

当车速降低至15km/h时,

a.若档位在档:踩离合挂空档时;

b.若档位空档:松开离合踏板时;

注:上次停机后 (包括第一次钥匙起动前的停机) , 只有车速再次超过10km/h才允许再次停机。

(2) 无操作触发停机

若系统触发自动起动后15s内, 驾驶员没有任何踏板和档位操作, 则系统认为驾驶员无起步行驶意图从而使发动机再次停机。

2) 自动起动功能

(1) 驾驶员操作触发自动起动。

a.若档位处于空档且离合器踏板未踩下时:当驾驶员踩下离合器踏板时, 发出起动指令;

b.若档位处于空档且离合器踏板踩到底时:当驾驶员挂档时, 发出起动指令;

c.当档位处于空档或者离合器踏板已被踩到底:当驾驶员按下起停主开关关闭起停功能时, 发出起动指令;

d.当档位处于空档或者离合器踏板已被踩到底:当驾驶员踩下油门踏板, 发出起动指令。

(2) 无操作触发起动

在自动停机情况下如果发生车辆溜坡, 当车速超过15km/h时, 系统自动重起。

6、排放标定及油耗检查

在完成车辆基本标定和起停系统标定的基础上, 对排放进行了标定和检查。以下排放结果在UAES同一排放室进行, 滑行曲线使用单点法950+100=1050KG, 因此油耗结果只做对比起停功能的效果使用, 其绝对值不作参考。

6.1 原车系统排放及油耗检查

首先针对原车Conti系统做了两次排放, 其结果用作UAES系统切换的参考, 以排除系统切换导致的油耗异常。其结果见表3。

6.2 UAES系统排放及油耗预查

为了排除排放中可能出现的问题, 对UAES系统车辆先进行了两次排放预查 (一次不带起停功能, 一次带起停功能) , 其结果见表4。

在这两次排放中发现了一些问题, 如在排放循环的高速段系统进入了加浓保护, 增加了油耗与排放;如在排放循环的高速段由于三元催化保护功能起作用而未断油, 增加了油耗, 且闭环控制不合理, 导致了NOx的大幅增加。在修改了标定之后, 以上问题得到了解决。

在排除了一切异常问题后, 专注于起停和非起停的对比, 分别安排了带起停功能与不带起停功能的排放试验, 如图11完整的排放循环, 不带起停为完整的不带起停功能的排放循环, 而图12完整的排放循环, 带起停, 停机10次为带起停功能的完整的排放循环, 一共实现停机10次。

6.3 不带起停功能排放及油耗检查

表5的结果表明, UAES系统车辆的油耗是低于原车系统的, 因此发动机管理系统系统的切换 (包括台架标定的移植, 车辆的基本标定等) 是成功的。

6.4 带起停功能排放及油耗检查

表的结果表明, 起停功能的实现确有节油的效果。

7、节油效果总结及装备起停系统的成本分析

基于以上结果统计见表7。

可以看出, 起停功能在小型MPV上的节油效果2.98%, 每百公里节油0.216升, 具有一定的节油效果。

按照汽油价格7.5元/L计算, 每百公里节省费用1.62元。如果起停系统增加的费用为1000元, 那么车辆在开到6万公里左右可以收回成本, 即2~3年后可以收回增加起停系统的费用。

以上是针对1.2L的车辆, 如果排量增加, 那么节油效果会更明显, 那么在更短的时间内即就可以收回成本。因此从成本角度, 在微型车上增加起停系统是有意义的。

8、结论

本文主要从技术的角度研究了在起停系统应用在微型车的可行性及从经济角度分析了起停系统对使用成本的影响。首先介绍了将无起停系统微型车增加起停系统需做的硬件改装工作, 接着研究了增加起停系统后, 发动机管理系统需要做的标定数据更新, 最后将原车与改动后的车辆进行燃油经济性和排放的对比, 发现装备起停系统后的车辆的油耗有显著的降低, 排放也有改善, 表明起停系统应用在微型车上从技术角度是可行的。进一步核算了装备起停系统需增加的费用及起停系统带来的油耗成本降低, 结果表明, 增加起停系统后, 综合成本会降低, 说明在微型上应用起停系统同时也是有意义的。

摘要：文章主要研究了在微型车上应用起停系统带来的燃油经济性和排放的改善程度。通过对微型车进行改造, 装备起停系统, 并对改造前后汽车的燃油经济性和排放性能进行对比测试, 发现装备起停系统后, 车辆燃油经济性有可观提升, 排放有所改善, 认为在微型车上使用起停系统具有一定的意义。

起停技术 篇5

关键词：混合动力汽车,怠速起停系统,BSG系统,附件驱动系统

0引言

受益于环境保护的压力、不断上涨的能源价格、更加严格的排放标准和节能目标,混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicles,HEV)得到各国政策的支持、引导和各厂商的大力推广,成为现阶段新能源汽车中最具竞争力和市场前景的汽车之一。

文中分析了混合动力汽车的发展现状;介绍了汽车怠速起停系统工作原理及其分类,装有BSG(Belt Startergenerator)怠速起停系统的混合动力汽车(微混合动力汽车)的结构特点、主要功能;对混合动力汽车中附件带传动系统特点进行了分析。文中指出:具有怠速起停功能的微混合动力汽车是目前最易实现节能减排的新能源汽车;BSG系统是目前使用较多的一种怠速起停系统;目前对混合动力汽车的附件驱动系统的研究还较少,随着混合动力汽车的大范围推广应用,应加大对混合动力汽车中附件驱动系统的研究力度。

1混合动力汽车发展现状

混合动力汽车是指携带不同动力源,可根据汽车的行驶需要同时或者分别使用不同动力源而行驶的一种新能源汽车(包括:纯电动汽车、混合动力汽车、氢能源汽车等)。

混合动力汽车的动力源包括:传统发动机(汽油机、柴油机)、动力蓄电池、燃料电池、太阳能电池等。以传统发动机与动力蓄电池作为动力源的混合动力汽车是目前技术较成熟,能实现产业化的少数混合动力汽车之一[1],文中提到的混合动力汽车即指该种类型的混合动力汽车。

美国、日本和欧洲是目前新能源汽车技术和产业化的领先者,在推进新能源汽车发展过程中三者均采取了政府、企业和科研机构相结合的研发体系。[2]

日本新能源汽车的研发重点在重混合动力汽车,并已在技术和市场推广上取得了较大成功。日本的丰田汽车公司是目前混合动力汽车领域的佼佼者。1997年12月,丰田公司推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车Prius。2006年,丰田公司首先推出了4款由现有车型改造的混合动力汽车,其外形、操控及车内设备和原款传统汽车完全一样,大大降低了混合动力汽车设计成本。

美国混合动力技术落后于日本,研发重点在新能源汽车的氢燃料电池技术和插电式混合动力汽车。欧洲在混合动力和氢燃料电池技术领域都有涉及,但应用推广程度不佳。[2]

2004年前,我国混合动力汽车研发重点在中度和轻度混合动力汽车[2]。随着研发的深入以及市场需求的变化,通过综合对比中度和轻度混合动力汽车技术的环保性与成本,研究者发现中度和轻度混合动力汽车与顾客的需求有很大的差距。插电式混合动力汽车技术虽然近年来被视作纯电动汽车的过渡技术而得到重视,但价格阻碍了这种技术的普及。[3]2009年,中国汽车工业协会组织一汽、上汽、东风等国内十大车企成立了“电动汽车产业联盟”,制定了新能源汽车的渐近路线式发展规划,并一致认为,具有怠速起停功能的微混合动力汽车是最容易实现减排的方案。随后微混合动力汽车成为各公司研发的主流。

相比于其它新能源汽车,混合动力汽车集纯电动汽车与传统发动机汽车的优点于一身,实现了整车性能的折中优化。相比于纯电动汽车,它的质量轻,对电池容量需求少,成本价格低,续驶里程长;相比于传统发动机汽车,它的燃油经济性与排放均得到改善,在某些特定工况甚至可以关闭发动机成为零排放汽车。因此,在所有新能源汽车中,混合动力汽车被公认为是目前最可行、最现实的节能环保型汽车;具有怠速起停功能的微混合动力汽车是目前技术发展现状最易实现节能减排的混合动力汽车。

2怠速起停系统

节能减排是当前汽车技术发展的重要任务。随着城市交通的日益拥挤,传统汽车的行驶工况控制已不能满足节能减排发展需要,由此出现了基于汽车怠速工况的控制系统———怠速起停系统(也称Idle Stop-start系统)。

2.1工作原理

怠速起停系统的基本工作原理是:当汽车遇到红灯及其它需短暂停车工况时,电控单元控制发动机停止运转;当汽车开始起动时,电控单元迅速重新起动发动机。研究表明:传统点燃式发动机暖机起动消耗的燃油仅为怠速运转0.7s消耗的燃油。[4]

因而为降低汽车怠速工况油耗,尤其是当汽车停止运行时间超过1s时,应该让发动机熄火。

欧洲ECE15循环测试工况(即城市工况)测试结果显示:汽车采用怠速起停系统后可实现节省燃油3%-5%。对于中心城市,尤其是交通拥堵严重的城市,可实现节省燃油15%-20%。[4]怠速起停系统被认为是未来汽车节能减排的一项关键技术。

汽车怠速起停系统最早出现在欧洲,并被成功运用在城市货车上。21世纪初,日本丰田公司和法国雪铁龙汽车公司改进怠速起停系统结构,成功将其应用在轿车上。2007年,宝马将怠速起停系统应用在Ⅰ系车型上。目前越来越多的汽车配备有怠速起停系统。[4]

2.2类型特点

根据发动机怠速起停实现方式的不同,目前怠速起停系统主要分为3类:ESM(Energy Saving Motor)系统、SISS(Smart Idle Stop-start)系统(也称GDI系统)、BSG(Beltdriven Starter Generator)系统。[5,6]

ESM系统采用独立的发电机与增强起动机实现汽车怠速起停(基本结构如图1所示)。与传统起动机相比,增强起动机具有寿命长,起动次数多,起动能量大等优点。ESM系统中起动机与发动机通过齿轮相连,当频繁起停时,噪声较大,节能效率相对较低。ESM系统的主要供应商为博世公司,宝马Ⅰ系、Ⅲ系、Ⅴ系汽车、大众帕萨特Blue Motion、起亚C’eed、现代i20、菲亚特500Pur02等汽车均采用ESM系统。[4]

SISS系统由马自达公司开发,利用缸内直喷技术起动发动机。当发动机停止运转时,电控单元控制活塞停止在气缸内设定位置;当需要重新起动发动机时,少量燃油被喷入气缸,并被点燃;点燃后的燃油推动活塞向下运转,使发动机重新起动。

SISS系统对电控单元的控制精度要求较高,大面积推广应用有一定的困难。

BSG系统利用集起动机和发电机于一体的BSG电机实现汽车怠速起停(基本结构如图2所示)。

BSG电机与发动机通过皮带相连,具有噪声小、传动平顺、拆卸方便等优点。与其他两类怠速起停系统相比,BSG系统不仅能实现汽车怠速起停功能,且较易实现制动/减速能量回收功能,节能效果明显,是目前使用较多的一种怠速起停系统,如丰田Vitz、PSA-ss、奇观的BSG。[5]

3 BSG系统

装有BSG系统的混合动力汽车称为BSG混合动力汽车(也称为微混合动力汽车)。BSG系统是ISG(Integrated Start Generator)系统的最新发展,通过皮带与发动机曲轴相连。

3.1结构特点

BSG系统由BSG电机、动力蓄电池、传统起动机、电控单元、逆变器及DC/DC转换器等组成,通过附件驱动系统与发动机曲轴带轮相连。BSG系统中传统起动机主要用于发动机冷机起动或蓄电池能量不足时起动发动机。逆变器控制BSG电机的放电和发电功能:放电时,逆变器把动力蓄电池的直流电转换为三相交流电驱动BSG电机;发电时,逆变器把从BSG电机输入的三相交流电转换为直流电输出。DC/DC转换器向车载附件(包括空调压缩机、动力转向泵等)提供电能,并保证常规12V电源的电量。

与采用ISG技术的混合动力汽车相比较,BSG混合动力汽车对原汽车发动机改动较小,可以沿用传统汽车的飞轮、离合器和变速器等机构,整车布置方便、易于实现。另外皮带驱动平稳,噪声小,具有良好的平顺性,且轻质、易拆卸更换、价格低等。

由于取消了发动机的怠速工况,BSG混合动力汽车实现了降低油耗和减少排放的目的。

3.2主要功能

首先,BSG系统具有怠速起停功能及向蓄电池充电功能。当汽车处于停车怠速工况时,电控单元使发动机熄火,结束怠速工况;当汽车起动时,BSG系统在短时内将发动机速度拖到怠速转速以上,发动机开始工作。在发动机正常运转工况下,BSG电机和传统发电机一样,由发动机驱动发电,给蓄电池充电。

其次,BSG系统可实现制动能量回收功能。当汽车减速或制动时,在保证汽车制动性能的前提下,通过能量转换装置,BSG系统把汽车多余动能转化为电能,给蓄电池充电;当汽车起动或加速时,BSG电机消耗存储的能量,增加驱动轮的驱动力,以提高汽车的起步或加速性能。

另外,BSG混合动力汽车保留了传统汽车的起动机,以保证在使用钥匙起动发动机,或汽车混合动力系统功能失效及电池电量过低等情况下,发动机仍可被正常起动。

4混合动力汽车的附件驱动系统

BSG混合动力汽车的附件驱动系统将BSG系统与发动机相连,实现两者的能量传递,其除驱动BSG电机外,还驱动空调压缩机,动力转向泵等附件。

BSG混合动力汽车的附件驱动系统与传统汽车的附件驱动系统的结构相似,为了维持带张力稳定,控制系统振动,系统中装有张紧器。然而由于BSG混合动力汽车的附件驱动系统存在BSG系统功能切换工况,使得其与传统附件驱动系统在轮系布置和张紧器设计上又有所差别。

根据BSG电机功能的不同,BSG混合动力汽车的附件驱动系统存在2种驱动模式:发动机驱动模式、BSG电机驱动模式。

发动机驱动模式下,曲轴带轮向附件输出扭矩,BSG电机作为发电机发电,并将电能储存在动力蓄电池中,为附件供电。该驱动模式下,BSG电机相当于一个很小的负载,整个附件驱动系统所需的带张力较小。

BSG电机驱动模式下,BSG电机提供驱动扭矩,拖动作为负载的发动机以及其它附件运转。此时由于发动机负载较大,要求系统的带张力也较大。

在保证带在带轮上不打滑的前提下,为提高带与带轮轴承等的寿命,通常设计发动机附件驱动系统时希望带张力越小越好。传统的附件带传动系统中张紧器通常只有一个张紧臂,且一般装在曲轴带轮的松边带段侧(如图3所示),此时系统带张力最小[7]。若将这种只具有单张紧臂的张紧器安装在BSG混合动力汽车的附件驱动系统中,当处于BSG电机驱动模式时,要求提供较大的带张力。但此时,张紧器位于主动轮———BSG电机紧边侧,根据其运动特性,整个系统带张力将减小,结果导致系统摩擦力降低,传动效率下降,甚至出现带滑移现象,为此需增加带初始张力。然而增加带初始张力又将导致曲轴带轮驱动模式下系统带张力过大,带轮轴承动力损失增加[7],轴承及带寿命降低。

为解决在不同驱动模式下对带张力大小要求的不同,目前发动机生产厂家采取了以下方式:采用双张紧臂张紧器(即1个张紧器有2个张紧臂,2个张紧轮)[8],采用2个张紧器(其中1个为机械式张紧器,1个为液压式张紧器)[9],采用液压锁止张紧器[7]等。

目前,对混合动力汽车附件驱动系统的研究报道还较少,随着混合动力汽车的大面积推广应用,需加大对其动力特性的研究。

5结语

混合动力汽车在现有汽车技术的基础上达到了提高燃油经济性,减少排放的目的,极具发展前景。具有怠速起停功能的微混合动力汽车是目前最易实现节能减排的混合动力汽车。在目前已有的怠速起停系统中,BSG系统具有噪声小、拆装方便,易实现制动/减速能量回收功能、节能效果好等优点而被大量采用。混合动力汽车的附件驱动系统在轮系布置和张紧器设计等方面具有与传统发动机的附件驱动系统不同的特性,但目前对其动力性能研究较少,随着混合动力汽车的大范围推广应用,需加大研究力度。

参考文献

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[3]李振磊,林逸,龚旭.基于Start-Stop技术的微混轿车仿真及试验研究[J].中国机械工程,2010,21(1):110-114.

[4]朱敏慧.Stop-Start的中国前景[J].技术与应用,2009,14(4):20-24.

[5]胡明明,陈庆樟,许广举.汽车怠速起停系统研究进展[J].常熟理工学院学报(自然科学),2013,27(2):79-82.

[6]李玉茂.混合动力汽车概述[J].汽车维修与保养,2013(10):66-69.

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[8]Adebukola Olatunde,J.W.Zu.Optimization of twin tensioner performance in a belt-driven integrated starter-generator system for micro-hybrids[C].Proceedings of the ASME 2009International Design Engineering Technical Conferences&Computers and Information in Engineering Conference,2009,8:951-957.