周 磊，霍宏煜，關(guān)懿峰，韋倫文，劉 凡

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804)

在全球石油資源日漸枯竭、世界環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的大背景下，世界各國出臺了相關(guān)政策、法規(guī)來限制車輛的能耗與排放，鼓勵使用起停技術(shù)、限制車輛的怠速能耗即是其中一種.如英國、荷蘭設(shè)計了特別的標(biāo)識，提示車輛在遇到鐵道岔口、吊橋以及交通信號等情況等待時關(guān)閉發(fā)動機(jī).德國于20世紀(jì)80年代后期，曾經(jīng)盛行過信號等待的怠速停機(jī)，并設(shè)置了不少怠速停機(jī)的信號裝置.而在瑞士已經(jīng)頒布了法規(guī)，只要不影響交通流動，就要實施怠速停機(jī)，并于2003年4月將實施怠速停用的內(nèi)容加進(jìn)考取駕駛證所用的教材中.在日本，公共汽車在信號等待時的怠速停機(jī)已相當(dāng)普及，2000年投入的新公共汽車中60%已經(jīng)安裝了怠速停用輔助裝置[1].根據(jù)法國PSA公司的研究，怠速停機(jī)可減少車輛的百公里油耗約2.5% ～10%[2].

為實現(xiàn)怠速停機(jī)的節(jié)能降耗目的，本文進(jìn)行了基于駕駛員意圖識別的發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)的研究.該系統(tǒng)具有以下特點:自動熄火與自動起動的過程由系統(tǒng)自動控制，不需要駕駛員的干預(yù);自動熄火與自動起動的控制以駕駛員意圖識別與車輛狀態(tài)判斷為基礎(chǔ)，確保停機(jī)與起動滿足駕駛員與車輛的需要.此外，該系統(tǒng)采用起動機(jī)-發(fā)電機(jī)分離式布置，最大程度地沿用了原車的電器架構(gòu)，減少了開發(fā)成本.測試結(jié)果表明，該發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)可有效地根據(jù)駕駛員的需求與車輛狀態(tài)進(jìn)行發(fā)動機(jī)的停機(jī)與起動控制，并在NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況下實現(xiàn)約3.9%的節(jié)油比例.

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本文所研究的發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由人機(jī)界面部分、駕駛員信號輸入部分、車輛狀態(tài)信號輸入部分、自動起停執(zhí)行部分和智能起停控制器等組成.其中人機(jī)界面部分包括起停功能開關(guān)、起停功能燈等，用于打開或關(guān)閉自動起停功能，并顯示當(dāng)前的起停工作狀態(tài).駕駛員信號輸入部分包括離合器踏板信號、制動踏板信號、油門踏板信號、空擋信號、方向盤信號、鑰匙起動信號，等等，用于判斷駕駛員是否有停機(jī)或起動的意圖.車輛狀態(tài)信號輸入部分包括真空度信號、電池傳感器信號、空調(diào)信號、發(fā)動機(jī)溫度信號等，用于判斷車輛當(dāng)前狀態(tài)是否允許自動停機(jī)或自動起動.自動起停執(zhí)行部分包括起動機(jī)控制部分與噴油器控制部分等，用于實現(xiàn)發(fā)動機(jī)自動停機(jī)與自動起動控制.

圖1 發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 控制策略

2.1 自動停機(jī)控制

發(fā)動機(jī)自動停機(jī)控制如圖2所示.首先采集與自動停機(jī)相關(guān)的各項信息，然后判斷駕駛員是否有停機(jī)意圖.如果有，則進(jìn)一步判斷停機(jī)意圖是否得到系統(tǒng)的允許，如果系統(tǒng)允許，則進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī)操作.如果駕駛員沒有停機(jī)意圖，或系統(tǒng)不允許停機(jī)，則不進(jìn)行自動停機(jī)操作.

圖2 發(fā)動機(jī)自動停機(jī)控制算法

對于自動擋車輛，駕駛員的停機(jī)意圖可以通過其對制動踏板與變速箱桿位的操作組合來判斷，如圖3所示.如果變速箱桿位在D，并且駕駛員踩下制動踏板，則認(rèn)為駕駛員有停機(jī)意圖;如果變速箱桿位在P/N，駕駛員踩下或釋放制動踏板，則認(rèn)為駕駛員有停機(jī)意圖;如果變速箱桿位在D，并且駕駛員沒有踩下制動踏板，意味著駕駛員需要驅(qū)動力，不能進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī);如果變速箱桿位在R，意味著駕駛員正在進(jìn)行泊車操作，不能進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī);如果變速箱桿位在S/M，意味著駕駛員需要進(jìn)入動力性優(yōu)先的模式，不能進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī).

圖3 自動擋車輛的自動停機(jī)意圖識別

對手動擋車輛，駕駛員的停機(jī)意圖可以通過其對離合踏板與變速箱桿位的操作組合來判斷，如圖4所示.如果變速箱桿位由前進(jìn)擋移到了N擋，并且離合器踏板被踩下，則認(rèn)為駕駛員有停機(jī)意圖;如果變速箱桿位在N擋，并且離合器踏板被松開，則認(rèn)為駕駛員有停機(jī)意圖;如果變速箱桿位在前進(jìn)擋，認(rèn)為駕駛員需要驅(qū)動力，不能進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī);如果變速箱桿位在R，則認(rèn)為駕駛員正在進(jìn)行泊車操作，不能進(jìn)行發(fā)動機(jī)停機(jī).

如果根據(jù)駕駛員當(dāng)前操作判斷出駕駛員確有停機(jī)意圖，則進(jìn)一步判斷該停機(jī)意圖是否被系統(tǒng)允許，具體包括:

1)發(fā)動機(jī)水溫是否合適;

2)電池溫度是否合適;

3)空調(diào)系統(tǒng)是否允許停機(jī);

4)制動真空水平是否合適.

如果所有條件均滿足要求，則進(jìn)行停機(jī)操作.如果有一項條件不滿足要求，則不進(jìn)行停機(jī)操作，結(jié)束此次停機(jī)判斷.

2.2 自動起動控制

發(fā)動機(jī)自動起動控制如圖5所示.首先采集與自動起動相關(guān)的各項信息，然后判斷駕駛員是否有起動意圖.如果有，則進(jìn)一步判斷起步意圖是否得到系統(tǒng)的允許，如果系統(tǒng)允許，則進(jìn)行發(fā)動機(jī)起動操作.如果駕駛員沒有起動意圖，或系統(tǒng)不允許起動，則不進(jìn)行自動起動操作.

圖5 發(fā)動機(jī)自動起動控制算法

對于自動擋車輛，駕駛員的起動意圖可以通過其對制動踏板與變速箱桿位的操作組合來判斷，如圖6所示.如果駕駛員在P/N擋踩下制動踏板，意味著駕駛員準(zhǔn)備掛擋起步，需要起動發(fā)動機(jī);如果駕駛員在D/R擋松開制動踏板，意味著駕駛員需要驅(qū)動力，要求發(fā)動機(jī)起動;如果駕駛員在踩制動踏板的情況下，將擋位移出P擋，意味著駕駛員準(zhǔn)備掛擋起步，需要起動發(fā)動機(jī);如果駕駛員在踩制動踏板的情況下，將擋位從N移到D擋，意味著駕駛員準(zhǔn)備掛擋起步車輛，需要起動發(fā)動機(jī);如果駕駛員在踩制動踏板的情況下，將擋位從D移到S/M擋，意味著駕駛員需要進(jìn)入動力性優(yōu)先的模式，要求起動發(fā)動機(jī).

圖6 自動擋車輛的自動起動意圖識別

對于手動擋車輛，駕駛員的起動意圖可以通過其對離合踏板與變速箱桿位的操作組合來判斷，如圖7所示.如果駕駛員在踩離合踏板的情況下，將擋位從N移到前進(jìn)擋或R擋，意味著駕駛員準(zhǔn)備掛擋起步，需要起動發(fā)動機(jī);如果駕駛員在N擋踩下離合踏板，意味著駕駛員準(zhǔn)備掛擋起步，需要起動發(fā)動機(jī).

圖7 手動擋車輛的自動起動意圖識別

如果根據(jù)駕駛員當(dāng)前操作判斷出駕駛員確有起動意圖，則進(jìn)一步判斷該起動意圖是否滿足安全條件，具體包括:

1)是否確認(rèn)駕駛員在座位上;

2)是否確認(rèn)傳動鏈已脫開;

如果所有條件均滿足要求，則進(jìn)行起動操作.如果有一項條件不滿足要求，則不進(jìn)行起動操作，結(jié)束此次起動判斷.

3 樣車測試

在NEDC工況下對發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)的節(jié)油效果進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如圖8所示.由圖可見，在工況最初的200 s內(nèi)，由于發(fā)動機(jī)未充分熱機(jī)，發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)并未進(jìn)行自動停機(jī)操作.在200 s以后，發(fā)動機(jī)已充分熱機(jī)，發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)在車輛停止時自動切斷發(fā)動機(jī)的燃油供給，減少了車輛的CO2排放及燃油消耗.

圖8 NEDC工況下的CO2排放結(jié)果

在NEDC工況下進(jìn)一步進(jìn)行了關(guān)閉發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)的測試，其結(jié)果如表1所示.從測試結(jié)果可知，在發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)的控制下，車輛在NEDC工況下的HC等污染物排放沒有發(fā)生明顯變化，百公里油耗與二氧化碳排放均下降了約3.9%.

表1 樣車測試結(jié)果

4 結(jié)論

1)該發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)實現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)自動停機(jī)、自動起動的有效、可靠控制，其開發(fā)是成功的.

2)在發(fā)動機(jī)智能起停系統(tǒng)控制下，整個車輛在NEDC工況下的HC等污染物排放沒有發(fā)生明顯變化，百公里油耗與二氧化碳排放下降了約3.9%，證明了控制系統(tǒng)的有效性.

[1]谷口正明.怠速停用政策及其推行的狀況[J].汽車工程，2004，26(6):693-695.

[2]Jose Pessis. PSA PeugeotCitroen Stop ＆ Start.[C]//The 21st Worldwide Battery，Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium＆Exhibition.