低速滑行停機節(jié)油技術(shù)研究

吳瓊　李衛(wèi)兵　舒潔（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

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低速滑行停機節(jié)油技術(shù)研究

吳瓊李衛(wèi)兵舒潔
（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

【摘要】在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與智能換擋提示系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過增加安全滑行停機邏輯判斷、制動與轉(zhuǎn)向安全控制策略、空擋提示策略、人機交互界面完成了低速滑行停機系統(tǒng)的設計、匹配標定與試驗驗證。NEDC循環(huán)測試結(jié)果表明，采用該方案可實現(xiàn)整車節(jié)油，且停機車速越高，節(jié)油效果越好。研究了低速滑行停機節(jié)油技術(shù)對整車駕駛性能、整車排放性能、OBD診斷功能的影響，并進行了重新標定與驗證，試驗結(jié)果表明，各項性能均滿足要求。

主題詞：低速滑行停機節(jié)油率駕駛性排放性能OBDNEDC循環(huán)

1　前言

由于節(jié)能與環(huán)保越來越受到重視，乘用車油耗法規(guī)也不斷更新與完善。為此，各主機廠都在研究與應用整車節(jié)能新技術(shù)，如怠速起停功能［1，2］、換擋提示功能［3］、智能發(fā)電機、低滾阻輪胎等。

研究發(fā)現(xiàn)，車輛低速滑行過程中駕駛員松開油門踏板，發(fā)動機僅需要維持自身運轉(zhuǎn)，其消耗燃油卻并未做有用功。為此，本文在傳統(tǒng)起停系統(tǒng)與換擋提示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加低速滑行控制策略、電子真空泵制動安全策略、轉(zhuǎn)向安全策略、人機交互等開發(fā)了一種低速滑行停機節(jié)油技術(shù)，研究了該技術(shù)對整車油耗、駕駛性、行車安全性、排放與OBD等方面的影響，通過控制策略與硬件的配合使該技術(shù)達到量產(chǎn)化條件。

2　NEDC循環(huán)燃油消耗的微觀分析

圖1　NEDC循環(huán)中ECU的典型控制工況

某車型在NEDC循環(huán)中各工況下發(fā)動機燃油消耗量和持續(xù)時間如表1所示。車輛行駛過程中，發(fā)動機做有用功的工況是加速、勻速、收油減速階段，其燃油消耗量占總?cè)加拖牧康?4.89%，有用功時間占測試循環(huán)總時間的62.37%。這與BOSCH研究得出的車輛在正常行駛過程中有約1/3時間不需要發(fā)動機工作的結(jié)論一致［4］。整車節(jié)油技術(shù)的終極目標是使發(fā)動機在這1/3的時間里不工作，達到約15%的理想節(jié)油效果。

表1　NEDC循環(huán)各工況油耗與時間統(tǒng)計

低速滑行停機技術(shù)就是為了解決車輛滑行過程中減速停車和怠速工況中發(fā)動機運轉(zhuǎn)消耗燃油問題，最終降低整車的燃油消耗量。

3　低速滑行停機技術(shù)

3.1低速滑行停機技術(shù)概述

低速滑行停機技術(shù)是指當車輛滑行至安全車速時，通過換擋提示功能提示駕駛員掛入空擋，ECU控制發(fā)動機自動熄火，車輛空擋滑行至停止。它融合了起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的功能，并在ECU軟件中增加滑行停機控制策略，將停機車速擴大至滑行過程中的安全車速［5，6］。

低速滑行停機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，它利用起停系統(tǒng)和換擋提示系統(tǒng)的傳感器，并增加制動真空泵以增強滑行停車過程中的制動安全性。

圖2　滑行停機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車輛滑行至安全車速并滿足滑行停機條件后，ECU發(fā)送降擋提示至組合儀表，駕駛員按照提示換N擋后發(fā)動機自動熄火，在滑行過程中實時檢測真空助力器中的真空度，當滿足電子真空泵工作條件時立即起動真空泵輔助制動。

ECU將停機狀態(tài)發(fā)送至EPS系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)在滑行停機期間保持正常助力。電池傳感器和智能發(fā)電機同步進行整車電平衡管理，蓄電池電量低于下限值后立即起動發(fā)動機。

水是生命之源，任何需要在地球生存的生物都離不開水，而水利工程事業(yè)則與國計民生有著密不可分的聯(lián)系，和社會大眾的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)，國家和政府也投入了大量的人力物力在水利工程的建設中，不斷地加大水利工程基礎(chǔ)設施的建設力度，在保障了人民群眾的生產(chǎn)生活的用水需求的同時也促進著社會的經(jīng)濟發(fā)展，而水利工程不是一個小項目，它具有投資規(guī)模大、建設周期長等特點，在管理上也存在著很大的困難，而如今，在大力發(fā)展水利工程的今天，要將項目管理應用于水利工程的建設中還需要多方的努力共同完成。

功能選擇與系統(tǒng)狀態(tài)顯示是駕駛員與ECU之間的人機互動界面，組合儀表上的警告燈告知滑行停機系統(tǒng)狀態(tài)。

3.2低速滑行停機系統(tǒng)控制策略

當駕駛員松開油門踏板，車輛在慣性或者輕微制動的工況滑行后，如果滿足滑行停機條件，ECU啟動滑行停機的相關(guān)操作。滑行停機控制策略如圖3所示［5，6］。

圖3　低速滑行停機控制策略

4　低速滑行停機節(jié)油效果

在某試驗車輛上分別進行了30 km/h與20 km/h的滑行停機NEDC循環(huán)油耗測試，試驗結(jié)果如表2和表3所示。該車型在NEDC循環(huán)中熱機油耗為6.20 L/100 km，開啟怠速起停功能后熱機油耗為5.92 L/100 km［7，8］。

由試驗結(jié)果可知，采用低速滑行功能在NEDC循環(huán)中能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油，而且停機時的車速越高，節(jié)油效果越好。由于車輛實際行駛中減速停車工況，尤其是城市中怠速工況更多，低速滑行停機功能的使用頻率更高，節(jié)油效果會更好。根據(jù)BOSCH的研究結(jié)果，在實際道路中，怠速停機+滑行停機功能的節(jié)油率可達10%左右［4］，而在NEDC循環(huán)中，節(jié)油率只有5%～7%。

表2　30 km/h滑行停機節(jié)油效果

表3　20 km/h滑行停機節(jié)油效果

5　相關(guān)性能標定與驗證

5.1行車安全控制

滑行停機功能啟動后，發(fā)動機熄火影響制動真空助力和轉(zhuǎn)向助力。因此，增加了電子真空泵與安全控制軟件以確保整車制動安全，圖4為滑行熄火過程中駕駛員連續(xù)制動時的系統(tǒng)工作情況。

使用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力的車輛，發(fā)動機熄火后無法提供轉(zhuǎn)向助力，因此只有采用電動助力轉(zhuǎn)向的車型才能采用滑行停機技術(shù)。ECU向EPS控制器發(fā)送滑行停機標志位，EPS控制器根據(jù)當前車速、滑行停機標志位、蓄電池電量和電壓標志位實現(xiàn)助力，從而保證滑行熄火后的行車安全。

5.2駕駛性

低速滑行停機功能主要在車速20 km/h以下起作用，故主要驗證該車速范圍的駕駛性。滑行過程中駕駛員踩下離合器踏板準備換擋時，自動起停系統(tǒng)可快速起動發(fā)動機恢復動力輸出。如圖5所示，在第505 s時發(fā)動機自動熄火，車輛處于空擋滑行狀態(tài)，當車速降低至10 km/h左右（第513 s）時駕駛員踩下離合器踏板，發(fā)動機起動。

圖4　制動系統(tǒng)工作情況

圖5　滑行停機過程中車輛再次加速時駕駛性驗證

發(fā)動機恢復動力與車輛加速行駛過程中，駕駛員踩下離合器踏板至發(fā)動機成功起動的時間為0.6 s，但駕駛員踩下離合器踏板—換擋—松離合器踏板的時間為1.5 s，發(fā)動機起動時間滿足要求。在該過程中，僅在松開離合器踏板時，車輛負載增加使車速產(chǎn)生小的波動，但是整車主觀感覺良好，發(fā)動機動力無延遲感。

5.3排放性能

試驗車輛分別進行常規(guī)起停與滑行停機的常溫排放性能對比，試驗結(jié)果如表4所示。由表4可知，常規(guī)起停與滑行停機的整車排放均滿足法規(guī)要求，各種污染物均無明顯變化，發(fā)動機提前停機不會導致污染物增加。

表4　滑行停機功能排放性能驗證結(jié)果

5.4OBD診斷功能

在試驗車輛上安裝新鮮的三效催化轉(zhuǎn)換器，并進行預跑、靜置后完成NEDC循環(huán)試驗。通過更改相關(guān)參數(shù)使得滑行停機功能完成后滿足失火診斷、氧傳感器響應診斷、ICMD診斷作動條件，診斷邏輯正常作動，能夠正確識別故障并報故障碼、點亮故障燈。

5.5蓄電池電量SOC

SOC直接影響滑行停機系統(tǒng)電器設備的工作，如果電量低于40%，會影響起動機的再次工作和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能。為此，研究了滑行停機系統(tǒng)重復起動與連續(xù)轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響。

車輛滑行停機后連續(xù)轉(zhuǎn)向（連續(xù)3次左轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向盤最大轉(zhuǎn)角再右轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)角），整個過程中SOC在50% ～49%之間波動。由此可見，停機過程中電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗的電量對SOC影響較小，不會消耗較多電量導致滑行停機系統(tǒng)無法工作，如圖6所示。

圖6　電動助力轉(zhuǎn)向?qū)OC的影響

將試驗車輛連續(xù)滑行停機并連續(xù)起動（模擬城市跟車工況），在該過程中，SOC在50%～48%之間波動，可見重復起動對蓄電池電量的消耗較少，不會影響整車的電平衡，如圖7所示。

圖7　重復起動對SOC的影響

5.6催化器起燃特性

催化器溫度低于起燃工作溫度時轉(zhuǎn)化效率會明顯降低，影響尾氣排放。為此，驗證了滑行停機過程中催化器中心溫度。在連續(xù)的滑行停機與重復起動過程中，催化器中心溫度如圖8所示。由圖8可知，催化器的中心溫度一直在600℃以上，滿足催化器的起燃要求（起燃溫度350℃以上），不會增加污染物排放。

圖8　滑行停機功能對的催化器溫度的影響

參考文獻

1魏廣杰，吳瓊，涂安全.汽車發(fā)動機起停技術(shù)研究及應用開發(fā).西華大學學報（自然科學版），2011，30（5）：14～17.

2李敏，席忠民，浙昆，等.汽車智能啟停系統(tǒng)研究.汽車電器，2015（1）：15～18.

3吳瓊，彭楊，涂安全，等.一種換擋提示系統(tǒng)及方法.中國專利，201410567764.9.2015-03-04.

4愛卡汽車.具備滑行功能的博世起動-停止節(jié)油10%［EB/ OL］.（2014-04-25）.http：//info.xcar.com.cn/201404/news_ 1573375_1.html.

5李衛(wèi)兵，吳瓊，彭楊，等.一種車輛節(jié)油控制方法.中國專利，2015102540668.2015-05-18.

6李衛(wèi)兵，吳瓊，彭楊，等.一種車輛節(jié)油系統(tǒng).中國專利，2015203214290.2015-05-18.

7GB 27999-2014乘用車燃料消耗量評價方法及指標.

8GB 18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）.

（責任編輯斛畔）

修改稿收到日期為2016年3月17日。

中圖分類號：TK414.3；U464

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3703（2016）07-0057-04

The Research on Fuel Saving Technology in Low-speed Coasting and Start-stop

Wu Qiong，Li Weibing，Shu Jie
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.Technical Center，Hefei 230601）

【Abstract】Based on the traditional start-stop system and intelligent shift reminder system，the design，matching calibration and test verification of low-speed coasting and start-stop system have been accomplished by increasing the safety coasting start-stop logic judgment，braking and steering safety control strategy，neutral shift reminder strategy and human-machine interface.The results of NEDC test cycle show that this solution can reduce fuel consumption，and the higher the start-stop vehicle speed，the better the fuel saving effect is.The impact of low-speed coasting and start-stop fuel saving technology on vehicle driveability，vehicle emission property，OBD diagnosis function is studied，and re-calibration and verification have been made.The test results show that all the performances are in compliance with relevant requirement.

Key words:Low-speed coasting and start-stop，F(xiàn)uel saving ratio，Driveability，Emission property，OBD，NEDC cycle