基于起停系统的变速器空挡位置传感器开发

邓庆斌 王晓娟 王丽萍 孟德伟

（1.华晨汽车工程研究院；2.郑州航空工业管理学院）

基于起停系统的变速器空挡位置传感器开发

邓庆斌1王晓娟1王丽萍2孟德伟1

（1.华晨汽车工程研究院；2.郑州航空工业管理学院）

介绍了基于起动机的起停系统方案，其包括系统结构、零部件及系统特征。变速器空挡位置信号作为起停功能控制策略的信号输入，其输出准确与否直接关系到整车起停功能的稳定性。以变速器空挡位置传感器为研究对象，研究并确定空挡位置传感器的开发方案，为整车起停系统的实现提供了一定的理论依据。

1 前言

起停系统属于微混合动力技术，是近年来发展较快、普及率较高的汽车环保技术之一，特别适用于起停频繁的城市路况。在综合工况下使用该技术可节油5%～10%、减少CO排放5%；在拥堵的市区节油能达到10%～15%，还能减少CO排放、噪声污染以及发动机积炭。

2 起停系统工作原理

2.1 起停系统的结构

当驾驶员遇到红灯时踩下制动踏板，停车摘挡。此时，起停系统进行自动检测，若满足变速器处于空挡位置、车轮转速为零、蓄电池传感器显示有足够电量能完成一次启动这3个条件，发动机将自动熄火。当信号灯变为绿灯后，驾驶员踩下离合器，随即就可快速起动发动机；驾驶员挂挡，踩油门，车辆便可行驶。根据以上起停功能原理可知起停系统的结构如图1所示。

起停系统主要包含以下部分:

a.电池传感器（EBS）:监控电池的电压、电流和温度，用以计算电池荷电状态（SOC）和电池功能状态（SOF）；

b.增强型启动电机:支持25万次启动；

c.空挡位置传感器:用于起停控制策略及起动机控制安全，输出变速器空挡或在挡信号；

d.离合器踏板顶/底开关:用于起停控制策略及起动机控制安全，在离合器踏板踩下10%和90%时发生状态跳变；

e.玻璃纤维隔板（AGM）电池:采用AGM的阀控式密封铅蓄电池，其具有较高充放电循环能力、可靠的低温性能、更高的电容量稳定性。

在高效的蓄电池技术和相应的发动机管理系统（EMS）支持下，起停系统在较低温度下也能正常工作，只需短暂预热过程便可激活。

火花塞点火发动机燃烧过程中，暖机起动消耗的燃料仅相当于发动机怠速运转0.7 s所消耗的燃料，因此车辆停止时间只要高于1 s就应当让发动机熄火，以降低排放、保护环境。

2.2 EMS起停控制逻辑

起停系统原理如图2所示，其中NTS为空挡开关，CBS为离合器踏板底部开关（90%踩下），UBD为车载诊断系统。

2.2.1 自动停机的使用和触发条件

自动停机功能开启的前提条件为:系统没有相关诊断故障、驾驶员在驾驶座上、发动机舱盖处于关闭状态、电池状态允许起停机；制动真空度状态允许停机、起动机热状态允许停机；发动机当前状态允许停机、车辆在起动后行驶的车速记录已经超过一定限值（如5 km/h）。

自动停机功能触发条件为:

a.当前车速已经降低至限值以下；

b.加速踏板完全松开；

c.挡位置于空挡状态；

d.离合器踏板完全松开。

自动起动成功后，如果在时间限值内驾驶员没有任何踏板和挡位操作，则认为其暂无起步意图，因此将在一段可匹配的时间以后再次自动停机。

2.2.2 自动起动的使用和触发条件

自动起动功能开启的前提条件包括起停系统没有相关故障、起动机动作的前提条件满足、驾驶员在驾驶座上、发动机舱盖处于关闭状态、自动起动的失败持续次数小于一定限值（如持续3次）。

自动起动触发条件分为3类:

a.驾驶员操作触发

策略1:空挡状态，离合器踏板踩下10%以上或踩下加速踏板。

策略2:如果空挡且离合器踏板松开，则踩下10%离合器踏板起动；如果空挡且离合器踏板处于10%～90%状态，则踩下90%离合器踏板起动；如果空挡且离合器踏板处于90%以上状态，则挂挡可起动。

b.溜坡自动起动

空挡状态或离合器踏板到底状态；车速超过匹配值。

c.车辆需求触发自动起动

车辆需求触发的前提是处于空挡状态。

电池状态触发:发动机自动停机状态下，若车辆用电将电池电量降低到一定程度后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。

制动真空度不足触发:在发动机自动停机状态下，如果连续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 变速器空挡位置传感器开发

变速器空挡位置信号作为起停控制的输入信号，其准确与否直接关系到整车起停系统的可靠性。变速器空挡位置传感器依据传感器的安装位置可分为内置空挡位置传感器（安装于变速器壳体内）和外置空挡位置传感器（安装在选换挡摇臂上）。两种传感器的工作原理都是基于霍尔效应原理，霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。由于脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的，因此霍尔传感器不需要外界电源供电。本文的空挡位置传感器采用的是外置方案，如图3所示。空挡位置传感器电气原理如图4所示，其中BCM为车身控制模块，EMS为发动机管理系统，JDQ为传动链路继电器，GND为接地。

接线端子的定义如图5所示，其针脚定义如表1所列。

表1 接线端子的针脚定义

该传感器具有空挡和在挡识别功能，空挡及选挡状态都视为空挡，换挡轴以空挡为中心±12°（误差±2°）范围内定义为空挡，空挡定义范围之外为在挡，如图6所示。

空挡位置传感器提供2路信号（分别由2路霍尔传感器提供），一路为空挡信号，另一路为传动链状态继电器控制信号，两路信号为常开、常闭互锁状态。

a.在挡状态下:空挡信号输出零电平（常闭态），传动链状态继电器控制信号开路（常开态），如图7所示。

b.空挡状态下:空挡信号输出开路（常开态），传动链状态继电器控制信号接地（常闭态），如图8所示。

4 空挡位置传感器的检测

空挡位置传感器（以下简称传感器）的检测主要使用空挡位置传感器检测台。检测台主要功能是在传感器未安装的条件下，检测其电气功能是否达到设计要求。检测台外观如图9所示。空挡开关传感器组件按照标准位置进行安装、固定。安装后将检测台的插头与传感器连接，检测台上电后就可以进行检测，如图10所示。

整个检测过程中的运动部件只有磁柱摇臂，摇臂要分别向左、右和下3个方向移动到极限位置，摇臂又带动磁头一起运动，以测试霍尔元件的识别范围。检测过程中要注意磁柱摇臂的位置和指示灯的相对关系，因为唯一的判断依据就是摇臂在固定位置时相对应的指示灯工作是否正常。检测流程应观察磁头摇臂移动时和LED指示灯的对应关系，摇臂无论向哪个方向移动到极限位置，绿灯都应该指示，在检测结束回到初始位置时，红色指示灯亮，绿灯灭，检测台回到初始状态。

5 结束语

以变速器空挡位置传感器为研究对象，首先介绍了起停系统的结构、工作原理以及控制逻辑，研究并确定了空挡位置传感器的开发方案，并通过检测试验台验证了该空挡开关的有效性，从而为整车起停系统的实现提供了一定的理论依据。

1冯梦丽，胡金辰.变速器空挡开关故障原因分析.汽车实用技术，2010，8:80～81.

2黄大星，蔡兴旺.车辆怠速停止起动系统及其关键技术研究.韶关学院学报，2009，30（6）:42～45.

3刘凯.城市公交客车怠速停止起动系统建模与仿真:[学位论文].镇江:江苏大学，2009.

（责任编辑晨曦）

修改稿收到日期为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

起停系统变速器空挡位置传感器

U463.212

A

1000-3703（2014）09-0018-03