基于用户场景的怠速启停控制策略优化

2023-07-13黄炎张光亚牟兵兵

时代汽车 2023年13期

黄炎　张光亚　牟兵兵

摘要：为促进实现碳达峰、碳中和目标，降低汽车油耗，国家有关部门和各大车企都在推行怠速启停技术。但怠速启停虽然可以降低油耗，却也影响了用户的驾乘体验，从而影响了启停功能的使用率和实际节油效果。本文基于用户实际使用场景，论述了如何通过软硬件相结合的方式，优化控制策略，从而设计出让用户乐于使用的怠速启停功能。

关键词：怠速启停用户场景控制策略

Optimization of Idle Start-Stop Control Strategy Based on User Scenarios

Huang Yan，Zhang Guangya，Mu bingbing

Abstract：In order to promote achieve carbon peaking， carbon neutrality goals， and reduce vehicle fuel consumption， relevant state departments and major car companies are implementing idling start-stop technology. However， although the idling start-stop can reduce fuel consumption， it also affects the user's driving experience， thereby affecting the utilization rate of the start-stop function and actual fuel saving effect. Based on the actual use scenarios of users， this paper discusses how to optimize the control strategy through the combination of software and hardware， so as to design the idle start-stop function that users are happy to use.

Key words：idle start-stop， user scenario， control strategy

1 引言

為促进实现碳达峰、碳中和目标，鼓励先进节能减排技术应用，国家有关部门制定了油耗双积分政策并逐年加严要求，这都推动着车企不断提升技术水平降低汽车油耗。同时面对新能源汽车和混动汽车的日益普及以及高企的油价压力，燃油车要在新的市场环境中寻求生机，延续生命，也必须持续降低油耗，留住用户的心。

2021年初，工信部发布了《关于2020年度乘用车企业平均燃料消耗量和新能源汽车积分管理有关事项的通知》，首次将循环外技术/装置计入燃料消耗量核算，对标准配置怠速起停系统、制动能量回收系统、换挡提醒装置的车型，其燃料消耗量可相应减免一定额度。虽然在2021-2023年的新文件中，将计入油耗核算的技术更改为制动能量回收系统和高效空调，但怠速启停系统依然是公认行之有效的节油措施。

怠速启停系统有节油的优势，但也存在影响用户驾驶体验的不足。自动启动速度慢、有噪音、有抖动，停机时功能受限等多种因素，导致了怠速启停系统的综合使用率仅有60%左右，对实际节油效果影响较大。

因此，怠速启停系统的控制策略至关重要，必须基于实际用户场景来设计和优化，才能做出用户喜欢爱用的怠速启停系统。

2 用户场景分析

从整车的角度来看，怠速启停的使能条件十分复杂[1]，与蓄电池电量、制动真空度、水温、催化器温度、TCU、ECU状态等诸多因素有关[2]，但这些主要为汽车厂商出于性能和安全因素所设置的参数，一般用户往往并不了解，也不关注。对于用户而言，怠速启停只是省油省钱的工具，并不能带来驾乘体验的提升。相反，怠速启停带来的短暂动力中断和车辆抖动的不适感反而会影响正常驾乘体验，启停功能也因此可能会被用户关闭。所以必须开发好怠速启停系统，才能让用户愿意用，喜欢用。这样一个“好的”怠速启停系统，应该符合“无感”和“有数”两个原则。

“无感”指的是让启停工作时的车辆工作模式尽量与未开启时保持一致，不要让启停影响其他功能的使用。比如自动停机时，中控、空调等功能都可以正常使用，转向、换挡时也可以任意控制，且根据用户的操作意图可以及时改变自动停机或启动，让车辆回到工作状态。

“有数”指的是让用户知道什么时候会自动停机，什么时候会再次启动。用户在特殊场景下行驶时，比如停车入库、拥堵道路、短暂红灯等，不想激活启停时也可根据自己意图进行操作，或选择手动开关启停功能，即使无法操作也有停机的心理预期。

3 控制逻辑研究

为研究最符合用户使用场景和实际需求的怠速启停控制策略，选取了市面上不同品牌具有怠速启停功能的车型进行了全场景的测试试驾，包括国产和合资品牌共5款车型。

基于用户实际使用场景，在用户能直观感受到的控制逻辑中对启停标识、自动停机条件、自动启动条件、自动停机中止等四个方面进行分析。

3.1 启停标识

3.1.1 启停开关

启停开关是开启和关闭怠速启停系统的总开关，一般以实体按键为主，带指示灯，图标为字母A上加一个顺时针的箭头，旁边还有“OFF”，灯灭时默认“启停系统开启”，按下灯亮时表示“启停系统关闭”。按键一般设置在仪表上方向盘旁或副仪表上。

部分车型的启停开关无实体按键，而是集成在车机内。这类集成式的开关方式相对繁琐，也不易找到，更适合不在意或不使用此功能的用户，长期关闭或长期开启。

3.1.2 仪表显示

当怠速启停系统开启或关闭时，仪表会有相应的指示灯显示。较为常见的是开启时不亮任何状态灯，关闭时才显示红色或橙色的“启停关闭灯”——启停标志上划斜杠。在按下开关键时，部分车型还会在仪表上用文字显示“怠速启停已开启/关闭”。

3.1.3 启停提示

当启停系统工作，并触发进入停机状态时，仪表上会显示停机状态灯，一般为绿色的启停标志。部分车型在停机未能触发时还会显示“自动启停不提供”、“怠速启停系统故障”等状态提示。

3.2 自动停机条件

在发动机运行过程中，如下触发条件和使能条件满足则触发自动停机[3]，见图4。

3.2.1 停机触发条件

自动停机基本触发逻辑，即为汽车行驶时，踩下制动踏板将车辆刹停并保持不放，即可触发停机，同时满足如下触发条件：

a.行驶时需要超过一定速度再刹停才可以触发，一般为15-20km/h，也有部分车型不限车速，低速蠕行后亦能触发。

b.制动踏板加速度不能超过一定限值，即紧急制动时无法触发。

3.2.2 停机使能条件

用户使用启停功能时，经常会遇到刹停时也无法停机，是因为车辆还设置了诸多停机使能条件。设置这些条件所考量的主要是用户是否有停车意图、行车安全性以及车辆本身条件。

a.所有车门、发罩关闭。

b.驾驶员安全带锁止。

c.自动停机时要求方向盘转向不能大于一定角度，一般为90°至270°，但也有车型不对方向盘转向角做限制。

d.空调压缩机A/C开启时一般禁止停机，仅开启鼓风机则不影响，部分车型开A/C时也能停机，但停机后压缩机也会暂停工作，直到车辆重启。

e.车辆无其他发动机、变速箱等影响启停功能的故障灯亮。

3.3 自动启动条件

在发动机自动停机的状态下，满足一定条件则触发自动启动。启动条件也分为使能条件和触发条件，但车辆通常能自动停机时即能满足启动的使能条件，除非有其他启动中止的情况发生，后文会有相应论述。基于用户的实际使用场景，在此仅对触发条件进行论述。

3.3.1 启动触发条件

a.松开刹车：停机后保持D档不变，松开刹车即可启动，这也是最常用的触发方式。

b.切换档位：从D档切到R档、S档、L档等其他行驶档位都会触发启动，切到N档或P档则不会触发，且此时可以放开刹车。但如果切到P档经过R档停留时间过长，也会被系统认为要进入R档导致触发。部分车型第二次切入D档或N档时会启动，但还有少数车型可反复多次切换档位也不会启动。

c.踩下油门：踩下油门就会立即启动，不管是否同时踩下刹车或处于P档等其他状态。

d.打方向盘：操作方向盘会被认为有驾驶意图，所以车辆检测到方向盘转向力就会触发启动。部分车型停机状态下是没有方向盘助力的，因此停机时打的第一下方向会比较吃力，直到车辆启动完成才会恢复助力。

e.打开空调：发动机皮带直连的空调压缩机在停机时无法使用，此时再开启空调并开启A/C时，部分车型就会触发启动，从而带动空调压缩机运行。

f.若开启了AutoHold功能，则停机时可以松开刹车也不会启动，直到再次踩下刹车踏板或其他方式触发。

3.4 自动启动中止

在自动启动过程中，如果发生一些被系统认为影响启动或行驶安全的情况，就会中止启动，并发出警报，直到用户重新点火启动车辆。

a.松开主驾安全带。

b.打開车门。

c.关闭启停开关。

d.拔出钥匙。

4 控制策略优化

要开发出让用户愿意用，喜欢用的怠速启停系统，必须结合车型本身各项性能和定位的实际情况，再根据“无感”和“有数”两个原则进行设计。

4.1 启停系统硬件匹配

由于不同车型的产品定位、成本、技术水平等多种因素影响，各车型所选择的启动机、蓄电池、发动机等相关零件以及相关的标定匹配情况也各不相同，所以实际做出来的启停性能也有所差异。比如停机和启动时的抖动窜动情况、启动延迟时间、启动声音大小等，原则上当然是抖动越小、延迟越短、声音越小越好，但并非所有车型都能做到最好，那么启停的控制策略设计就应与这些性能表现相结合。

4.1.1 高性能策略

如果车辆的启停性能十分优异，抖动小启动快声音也安静，且启动机和蓄电池使用寿命足够长，就可以采取相对激进的启停策略。比如启停开关放置在比较显眼的位置，并默认开启；触发启停时不设置车速限制，车只要走动再停，即可触发停机；停机时档位从D切到R档即使会启动，再切回N档或P档时亦可再次停机；刹车触发停机时间设置较短，在非紧急制动的情况下，只要制动踏板踩得够深，系统认为用户需要停车，就尽快触发停机，甚至无需等车完全停稳。

此外，启停对空调的策略也可以优化，比如空调制冷和隔热效果较好的车型，可以在开启A/C的工况下允许停机，在通过传感器检测到车内温度明显升高时自动激活启动车辆，继续制冷[4]。

4.1.2 低性能策略

如果车辆的启停性能表现一般，抖动不小启动不快，或者启动机与蓄电池没那么耐用，则可以采取相对保守的启停策略。比如将启停开关设在非明显位置或子级菜单中，并设置默认关闭；触发启动时设置较高车速和间隔时间；延长停机判断时间；不设置可以原地反复停机启动的工况，并增加短时间内停机次数限制。

4.2 启停系统设计优化

启停系统要以让用户“无感”和“有数”两个原则进行逻辑设计。“无感”的设计相对简单，如前文所述，就是指的是尽可能让启停工作时车辆的工作模式尽量与未开启时保持一致，不要让启停影响其他功能的使用，在此不做赘述。下面主要对如何做到“有数”进行论述。

“有数”指的是让用户知道什么时候会停机，什么时候会启动，可以通过如下多个方面进行优化。

a.使用时提示明确的状态描述，在怠速启停功能开启或关闭时，除了状态灯点亮熄灭，也要增加文字的描述，让每一个用户第一次使用这个功能就能看懂，而不是仅仅点亮一盏灯。

b.简化控制逻辑，减少触发时需要同时达成的条件数量，让用户能够轻松理解如何触发启停功能，想停就停。

c.对于停机使能条件中用户不易感知的水温、催化器温度、蓄电池状态等限制条件，应尽快让车辆自行调整到使用范围内。功能开启并刹停车辆却无法满足停机条件时，给予用户相应提醒。

d.将启停基本的控制逻辑和常见的使能工况写到用户手册或中控的使用说明中，并培训4S店销售人员，在用户购车时进行讲解。

5 结语

a. 怠速启停系统的开发，必须根据“无感”和“有数”两个原则，结合车型本身硬件条件，对控制策略进行设计和优化；