低速滑行停机节油技术研究

吴琼　李卫兵　舒洁（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601）



低速滑行停机节油技术研究

吴琼李卫兵舒洁
（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601）

【摘要】在传统起停系统与智能换挡提示系统基础上，通过增加安全滑行停机逻辑判断、制动与转向安全控制策略、空挡提示策略、人机交互界面完成了低速滑行停机系统的设计、匹配标定与试验验证。NEDC循环测试结果表明，采用该方案可实现整车节油，且停机车速越高，节油效果越好。研究了低速滑行停机节油技术对整车驾驶性能、整车排放性能、OBD诊断功能的影响，并进行了重新标定与验证，试验结果表明，各项性能均满足要求。

主题词：低速滑行停机节油率驾驶性排放性能OBDNEDC循环

1　前言

由于节能与环保越来越受到重视，乘用车油耗法规也不断更新与完善。为此，各主机厂都在研究与应用整车节能新技术，如怠速起停功能［1，2］、换挡提示功能［3］、智能发电机、低滚阻轮胎等。

研究发现，车辆低速滑行过程中驾驶员松开油门踏板，发动机仅需要维持自身运转，其消耗燃油却并未做有用功。为此，本文在传统起停系统与换挡提示系统的基础上，通过增加低速滑行控制策略、电子真空泵制动安全策略、转向安全策略、人机交互等开发了一种低速滑行停机节油技术，研究了该技术对整车油耗、驾驶性、行车安全性、排放与OBD等方面的影响，通过控制策略与硬件的配合使该技术达到量产化条件。

2　NEDC循环燃油消耗的微观分析

图1　NEDC循环中ECU的典型控制工况

某车型在NEDC循环中各工况下发动机燃油消耗量和持续时间如表1所示。车辆行驶过程中，发动机做有用功的工况是加速、匀速、收油减速阶段，其燃油消耗量占总燃油消耗量的84.89%，有用功时间占测试循环总时间的62.37%。这与BOSCH研究得出的车辆在正常行驶过程中有约1/3时间不需要发动机工作的结论一致［4］。整车节油技术的终极目标是使发动机在这1/3的时间里不工作，达到约15%的理想节油效果。

表1　NEDC循环各工况油耗与时间统计

低速滑行停机技术就是为了解决车辆滑行过程中减速停车和怠速工况中发动机运转消耗燃油问题，最终降低整车的燃油消耗量。

3　低速滑行停机技术

3.1低速滑行停机技术概述

低速滑行停机技术是指当车辆滑行至安全车速时，通过换挡提示功能提示驾驶员挂入空挡，ECU控制发动机自动熄火，车辆空挡滑行至停止。它融合了起停系统和换挡提示系统的功能，并在ECU软件中增加滑行停机控制策略，将停机车速扩大至滑行过程中的安全车速［5，6］。

低速滑行停机系统结构框图如图2所示，它利用起停系统和换挡提示系统的传感器，并增加制动真空泵以增强滑行停车过程中的制动安全性。

图2　滑行停机系统结构

车辆滑行至安全车速并满足滑行停机条件后，ECU发送降挡提示至组合仪表，驾驶员按照提示换N挡后发动机自动熄火，在滑行过程中实时检测真空助力器中的真空度，当满足电子真空泵工作条件时立即起动真空泵辅助制动。

ECU将停机状态发送至EPS系统，EPS系统在滑行停机期间保持正常助力。电池传感器和智能发电机同步进行整车电平衡管理，蓄电池电量低于下限值后立即起动发动机。

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功能选择与系统状态显示是驾驶员与ECU之间的人机互动界面，组合仪表上的警告灯告知滑行停机系统状态。

3.2低速滑行停机系统控制策略

当驾驶员松开油门踏板，车辆在惯性或者轻微制动的工况滑行后，如果满足滑行停机条件，ECU启动滑行停机的相关操作。滑行停机控制策略如图3所示［5，6］。

图3　低速滑行停机控制策略

4　低速滑行停机节油效果

在某试验车辆上分别进行了30 km/h与20 km/h的滑行停机NEDC循环油耗测试，试验结果如表2和表3所示。该车型在NEDC循环中热机油耗为6.20 L/100 km，开启怠速起停功能后热机油耗为5.92 L/100 km［7，8］。

由试验结果可知，采用低速滑行功能在NEDC循环中能够实现节油，而且停机时的车速越高，节油效果越好。由于车辆实际行驶中减速停车工况，尤其是城市中怠速工况更多，低速滑行停机功能的使用频率更高，节油效果会更好。根据BOSCH的研究结果，在实际道路中，怠速停机+滑行停机功能的节油率可达10%左右［4］，而在NEDC循环中，节油率只有5%～7%。

表2　30 km/h滑行停机节油效果

表3　20 km/h滑行停机节油效果

5　相关性能标定与验证

5.1行车安全控制

滑行停机功能启动后，发动机熄火影响制动真空助力和转向助力。因此，增加了电子真空泵与安全控制软件以确保整车制动安全，图4为滑行熄火过程中驾驶员连续制动时的系统工作情况。

使用液压助力转向系统提供转向助力的车辆，发动机熄火后无法提供转向助力，因此只有采用电动助力转向的车型才能采用滑行停机技术。ECU向EPS控制器发送滑行停机标志位，EPS控制器根据当前车速、滑行停机标志位、蓄电池电量和电压标志位实现助力，从而保证滑行熄火后的行车安全。

5.2驾驶性

低速滑行停机功能主要在车速20 km/h以下起作用，故主要验证该车速范围的驾驶性。滑行过程中驾驶员踩下离合器踏板准备换挡时，自动起停系统可快速起动发动机恢复动力输出。如图5所示，在第505 s时发动机自动熄火，车辆处于空挡滑行状态，当车速降低至10 km/h左右（第513 s）时驾驶员踩下离合器踏板，发动机起动。

图4　制动系统工作情况

图5　滑行停机过程中车辆再次加速时驾驶性验证

发动机恢复动力与车辆加速行驶过程中，驾驶员踩下离合器踏板至发动机成功起动的时间为0.6 s，但驾驶员踩下离合器踏板—换挡—松离合器踏板的时间为1.5 s，发动机起动时间满足要求。在该过程中，仅在松开离合器踏板时，车辆负载增加使车速产生小的波动，但是整车主观感觉良好，发动机动力无延迟感。

5.3排放性能

试验车辆分别进行常规起停与滑行停机的常温排放性能对比，试验结果如表4所示。由表4可知，常规起停与滑行停机的整车排放均满足法规要求，各种污染物均无明显变化，发动机提前停机不会导致污染物增加。

表4　滑行停机功能排放性能验证结果

5.4OBD诊断功能

在试验车辆上安装新鲜的三效催化转换器，并进行预跑、静置后完成NEDC循环试验。通过更改相关参数使得滑行停机功能完成后满足失火诊断、氧传感器响应诊断、ICMD诊断作动条件，诊断逻辑正常作动，能够正确识别故障并报故障码、点亮故障灯。

5.5蓄电池电量SOC

SOC直接影响滑行停机系统电器设备的工作，如果电量低于40%，会影响起动机的再次工作和电动助力转向系统的性能。为此，研究了滑行停机系统重复起动与连续转向对SOC的影响。

车辆滑行停机后连续转向（连续3次左转至转向盘最大转角再右转至最大转角），整个过程中SOC在50% ～49%之间波动。由此可见，停机过程中电动助力转向系统消耗的电量对SOC影响较小，不会消耗较多电量导致滑行停机系统无法工作，如图6所示。

图6　电动助力转向对SOC的影响

将试验车辆连续滑行停机并连续起动（模拟城市跟车工况），在该过程中，SOC在50%～48%之间波动，可见重复起动对蓄电池电量的消耗较少，不会影响整车的电平衡，如图7所示。

图7　重复起动对SOC的影响

5.6催化器起燃特性

催化器温度低于起燃工作温度时转化效率会明显降低，影响尾气排放。为此，验证了滑行停机过程中催化器中心温度。在连续的滑行停机与重复起动过程中，催化器中心温度如图8所示。由图8可知，催化器的中心温度一直在600℃以上，满足催化器的起燃要求（起燃温度350℃以上），不会增加污染物排放。

图8　滑行停机功能对的催化器温度的影响

参考文献

1魏广杰，吴琼，涂安全.汽车发动机起停技术研究及应用开发.西华大学学报（自然科学版），2011，30（5）：14～17.

2李敏，席忠民，浙昆，等.汽车智能启停系统研究.汽车电器，2015（1）：15～18.

3吴琼，彭杨，涂安全，等.一种换挡提示系统及方法.中国专利，201410567764.9.2015-03-04.

4爱卡汽车.具备滑行功能的博世起动-停止节油10%［EB/ OL］.（2014-04-25）.http：//info.xcar.com.cn/201404/news_ 1573375_1.html.

5李卫兵，吴琼，彭杨，等.一种车辆节油控制方法.中国专利，2015102540668.2015-05-18.

6李卫兵，吴琼，彭杨，等.一种车辆节油系统.中国专利，2015203214290.2015-05-18.

7GB 27999-2014乘用车燃料消耗量评价方法及指标.

8GB 18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）.

（责任编辑斛畔）

修改稿收到日期为2016年3月17日。

中图分类号：TK414.3；U464

文献标识码：A

文章编号：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，Fuel saving ratio，Driveability，Emission property，OBD，NEDC cycle