基于起停系統(tǒng)的變速器空擋位置傳感器開發(fā)

鄧慶斌 王曉娟 王麗萍 孟德偉

（1.華晨汽車工程研究院；2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院）

基于起停系統(tǒng)的變速器空擋位置傳感器開發(fā)

鄧慶斌1王曉娟1王麗萍2孟德偉1

（1.華晨汽車工程研究院；2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院）

介紹了基于起動機(jī)的起停系統(tǒng)方案，其包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、零部件及系統(tǒng)特征。變速器空擋位置信號作為起停功能控制策略的信號輸入，其輸出準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到整車起停功能的穩(wěn)定性。以變速器空擋位置傳感器為研究對象，研究并確定空擋位置傳感器的開發(fā)方案，為整車起停系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一定的理論依據(jù)。

1 前言

起停系統(tǒng)屬于微混合動力技術(shù)，是近年來發(fā)展較快、普及率較高的汽車環(huán)保技術(shù)之一，特別適用于起停頻繁的城市路況。在綜合工況下使用該技術(shù)可節(jié)油5%～10%、減少CO排放5%；在擁堵的市區(qū)節(jié)油能達(dá)到10%～15%，還能減少CO排放、噪聲污染以及發(fā)動機(jī)積炭。

2 起停系統(tǒng)工作原理

2.1 起停系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)駕駛員遇到紅燈時(shí)踩下制動踏板，停車摘擋。此時(shí)，起停系統(tǒng)進(jìn)行自動檢測，若滿足變速器處于空擋位置、車輪轉(zhuǎn)速為零、蓄電池傳感器顯示有足夠電量能完成一次啟動這3個(gè)條件，發(fā)動機(jī)將自動熄火。當(dāng)信號燈變?yōu)榫G燈后，駕駛員踩下離合器，隨即就可快速起動發(fā)動機(jī)；駕駛員掛擋，踩油門，車輛便可行駛。根據(jù)以上起停功能原理可知起停系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

起停系統(tǒng)主要包含以下部分:

a.電池傳感器（EBS）:監(jiān)控電池的電壓、電流和溫度，用以計(jì)算電池荷電狀態(tài)（SOC）和電池功能狀態(tài)（SOF）；

b.增強(qiáng)型啟動電機(jī):支持25萬次啟動；

c.空擋位置傳感器:用于起停控制策略及起動機(jī)控制安全，輸出變速器空擋或在擋信號；

d.離合器踏板頂/底開關(guān):用于起停控制策略及起動機(jī)控制安全，在離合器踏板踩下10%和90%時(shí)發(fā)生狀態(tài)跳變；

e.玻璃纖維隔板（AGM）電池:采用AGM的閥控式密封鉛蓄電池，其具有較高充放電循環(huán)能力、可靠的低溫性能、更高的電容量穩(wěn)定性。

在高效的蓄電池技術(shù)和相應(yīng)的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）支持下，起停系統(tǒng)在較低溫度下也能正常工作，只需短暫預(yù)熱過程便可激活。

火花塞點(diǎn)火發(fā)動機(jī)燃燒過程中，暖機(jī)起動消耗的燃料僅相當(dāng)于發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)0.7 s所消耗的燃料，因此車輛停止時(shí)間只要高于1 s就應(yīng)當(dāng)讓發(fā)動機(jī)熄火，以降低排放、保護(hù)環(huán)境。

2.2 EMS起停控制邏輯

起停系統(tǒng)原理如圖2所示，其中NTS為空擋開關(guān)，CBS為離合器踏板底部開關(guān)（90%踩下），UBD為車載診斷系統(tǒng)。

2.2.1 自動停機(jī)的使用和觸發(fā)條件

自動停機(jī)功能開啟的前提條件為:系統(tǒng)沒有相關(guān)診斷故障、駕駛員在駕駛座上、發(fā)動機(jī)艙蓋處于關(guān)閉狀態(tài)、電池狀態(tài)允許起停機(jī)；制動真空度狀態(tài)允許停機(jī)、起動機(jī)熱狀態(tài)允許停機(jī)；發(fā)動機(jī)當(dāng)前狀態(tài)允許停機(jī)、車輛在起動后行駛的車速記錄已經(jīng)超過一定限值（如5 km/h）。

自動停機(jī)功能觸發(fā)條件為:

a.當(dāng)前車速已經(jīng)降低至限值以下；

b.加速踏板完全松開；

c.擋位置于空擋狀態(tài)；

d.離合器踏板完全松開。

自動起動成功后，如果在時(shí)間限值內(nèi)駕駛員沒有任何踏板和擋位操作，則認(rèn)為其暫無起步意圖，因此將在一段可匹配的時(shí)間以后再次自動停機(jī)。

2.2.2 自動起動的使用和觸發(fā)條件

自動起動功能開啟的前提條件包括起停系統(tǒng)沒有相關(guān)故障、起動機(jī)動作的前提條件滿足、駕駛員在駕駛座上、發(fā)動機(jī)艙蓋處于關(guān)閉狀態(tài)、自動起動的失敗持續(xù)次數(shù)小于一定限值（如持續(xù)3次）。

自動起動觸發(fā)條件分為3類:

a.駕駛員操作觸發(fā)

策略1:空擋狀態(tài)，離合器踏板踩下10%以上或踩下加速踏板。

策略2:如果空擋且離合器踏板松開，則踩下10%離合器踏板起動；如果空擋且離合器踏板處于10%～90%狀態(tài)，則踩下90%離合器踏板起動；如果空擋且離合器踏板處于90%以上狀態(tài)，則掛擋可起動。

b.溜坡自動起動

空擋狀態(tài)或離合器踏板到底狀態(tài)；車速超過匹配值。

c.車輛需求觸發(fā)自動起動

車輛需求觸發(fā)的前提是處于空擋狀態(tài)。

電池狀態(tài)觸發(fā):發(fā)動機(jī)自動停機(jī)狀態(tài)下，若車輛用電將電池電量降低到一定程度后再進(jìn)一步降低則有無法起動的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，觸發(fā)自動起動進(jìn)行電池充電。

制動真空度不足觸發(fā):在發(fā)動機(jī)自動停機(jī)狀態(tài)下，如果連續(xù)制動等原因?qū)е轮苿诱婵斩炔蛔悖瑒t觸發(fā)自動起動提供制動真空度，防止無法制動的風(fēng)險(xiǎn)。

3 變速器空擋位置傳感器開發(fā)

變速器空擋位置信號作為起停控制的輸入信號，其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到整車起停系統(tǒng)的可靠性。變速器空擋位置傳感器依據(jù)傳感器的安裝位置可分為內(nèi)置空擋位置傳感器（安裝于變速器殼體內(nèi)）和外置空擋位置傳感器（安裝在選換擋搖臂上）。兩種傳感器的工作原理都是基于霍爾效應(yīng)原理，霍爾傳感器是一種當(dāng)交變磁場經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生輸出電壓脈沖的傳感器。由于脈沖的幅度是由激勵(lì)磁場的場強(qiáng)決定的，因此霍爾傳感器不需要外界電源供電。本文的空擋位置傳感器采用的是外置方案，如圖3所示。空擋位置傳感器電氣原理如圖4所示，其中BCM為車身控制模塊，EMS為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)，JDQ為傳動鏈路繼電器，GND為接地。

接線端子的定義如圖5所示，其針腳定義如表1所列。

表1 接線端子的針腳定義

該傳感器具有空擋和在擋識別功能，空擋及選擋狀態(tài)都視為空擋，換擋軸以空擋為中心±12°（誤差±2°）范圍內(nèi)定義為空擋，空擋定義范圍之外為在擋，如圖6所示。

空擋位置傳感器提供2路信號（分別由2路霍爾傳感器提供），一路為空擋信號，另一路為傳動鏈狀態(tài)繼電器控制信號，兩路信號為常開、常閉互鎖狀態(tài)。

a.在擋狀態(tài)下:空擋信號輸出零電平（常閉態(tài)），傳動鏈狀態(tài)繼電器控制信號開路（常開態(tài)），如圖7所示。

b.空擋狀態(tài)下:空擋信號輸出開路（常開態(tài)），傳動鏈狀態(tài)繼電器控制信號接地（常閉態(tài)），如圖8所示。

4 空擋位置傳感器的檢測

空擋位置傳感器（以下簡稱傳感器）的檢測主要使用空擋位置傳感器檢測臺。檢測臺主要功能是在傳感器未安裝的條件下，檢測其電氣功能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。檢測臺外觀如圖9所示。空擋開關(guān)傳感器組件按照標(biāo)準(zhǔn)位置進(jìn)行安裝、固定。安裝后將檢測臺的插頭與傳感器連接，檢測臺上電后就可以進(jìn)行檢測，如圖10所示。

整個(gè)檢測過程中的運(yùn)動部件只有磁柱搖臂，搖臂要分別向左、右和下3個(gè)方向移動到極限位置，搖臂又帶動磁頭一起運(yùn)動，以測試霍爾元件的識別范圍。檢測過程中要注意磁柱搖臂的位置和指示燈的相對關(guān)系，因?yàn)槲ㄒ坏呐袛嘁罁?jù)就是搖臂在固定位置時(shí)相對應(yīng)的指示燈工作是否正常。檢測流程應(yīng)觀察磁頭搖臂移動時(shí)和LED指示燈的對應(yīng)關(guān)系，搖臂無論向哪個(gè)方向移動到極限位置，綠燈都應(yīng)該指示，在檢測結(jié)束回到初始位置時(shí)，紅色指示燈亮，綠燈滅，檢測臺回到初始狀態(tài)。

5 結(jié)束語

以變速器空擋位置傳感器為研究對象，首先介紹了起停系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及控制邏輯，研究并確定了空擋位置傳感器的開發(fā)方案，并通過檢測試驗(yàn)臺驗(yàn)證了該空擋開關(guān)的有效性，從而為整車起停系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一定的理論依據(jù)。

1馮夢麗，胡金辰.變速器空擋開關(guān)故障原因分析.汽車實(shí)用技術(shù)，2010，8:80～81.

2黃大星，蔡興旺.車輛怠速停止起動系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，30（6）:42～45.

3劉凱.城市公交客車怠速停止起動系統(tǒng)建模與仿真:[學(xué)位論文].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2009.

（責(zé)任編輯晨曦）

修改稿收到日期為2014年8月15日。

Development of Transm ission Neutral Position Sensor Based on Start-Stop System

Deng Qingbin1,Wang Xiaojuan1,Wang Liping2,Meng Dewei1
（1.Brilliance Automotive Engineering Research Institute;2.Zhenzhou Institute of Aeronautical Industry Management）

The starter-based start-stop system plan,which includes system structure,components and system features,is introduced in this paper.The transmission neutral position signal as input signal of the start-stop control strategy,its outputaccuracy is directly relevant to the stability of the vehicle start-stop function.In this paper,we take the transmission neutral position sensor as the research object,study and determine the neutral position sensor development plan,which provides theoretical basis for the developmentof start-stop system.

Start-stop system,Transm ission,Neutral position sensor

起停系統(tǒng)變速器空擋位置傳感器

U463.212

A

1000-3703（2014）09-0018-03