发动机停止_起动控制器的研制_黄大星

＊来稿日期： 2009-08-12
制动踏板力
图 1 系统测控方案图
系统通过对行驶车辆工况参数进行测控， 从而判断车辆处于 怠速、 制动、 停止或起动 （再起动 ） 的工作状态。 当检测制动开关和 CVT 准备就绪来模拟判断此时车辆不进 行燃油切断恢复， 同时通过检测电池 SOC （为 25%以上 ） 、 发动机 、 档位传感器在 D 档或 N 档范围 、 节气门开度 水温 （53℃ 以上） 由驱动电机模拟 ） ， 说明 （为全闭开度 ） 以及车速 （为 15km/h 以上，
＊基金项目： 江苏省汽车工程重点实验室开放基金 （QC200804 ） ， 韶关学院科研项目 （2009-150-04 ）
第6期
黄大星等： 发动机停止/起动控制器的研制
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车辆处于怠速停止工况。 当检测制动踏板位置传感器来模拟判断 司机想要起动车辆，这时通过检测节气门开度从全闭到被打开 时、 车辆在 3km/h 以上时、 电池 SOC 为 25%以下时， 变速档变换 松开制动踏板， 则车辆处于重新起动工况。 到 R 档或 D 档，
2.2 测控原理
为了确定发动机停止起动工况下的特性， 模拟试验系统设计 成可以实施各种操纵及观测试验效果， 并利用模块化、 分层控制 系统结构设计， 如图 1 所示。 主要包括 ESS-ECU、 设计方法设计。 制动能量回收模块、 道路模拟模块、 制动踏板模块、 驱动电机模 测控模块、 车用传感器及发动机 ECU 等。图中的燃油节省累 块、 加器是用来计算系统的省油量， 以便评价系统经济性。
了发动机停止起动系统的试验系统， 试验系统由发动机停止起动系统控制单元 ESS-ECU、 制动能量回收 道路模拟模块、 制动踏板模块、 驱动电机模块、 测控模块、 车用传感器及发动机控制单元 ECU 等部 模块、 分组成， 并对发动机自动停止和自动起动工作过程进行了分析。 关键词： 动力机械； 停止/起动系统； 试验系统 【Abstract】 In order to study on energy -saving mechanism and control technology for engine stop&start system （ESS ） ， an experimental platform has been developed by analyzing work principle of en － gine stop&start system， which consisted of ESS-ECU， regenerative braking， road resistant simulation， brak－ ing pedal， drive motor， testing control， sensors and engine ECU， and analyzed the process of engine auto－ matically stop and automatic start-up. Key words： Power machinery； Stop & start system； Experimental system 中图分类号： TH16， U463 文献标识码： A
加速踏板传感器 驱动电机 （模拟发动机工况 ） Te Ieb 测控模块 Fp 档位传感器 制动踏板模块 制动踏板 位置传感器 发动机 ECU 制动能量 回收模块 Fw ESS ECU
道路模拟模块 变频调速 电动机 电磁制动器 惯性飞轮组
2 系统工作机理及测控原理
2.1 工作机理
发动机停止/起动系统 ESS （Engine Stop&start System ） 是一种 新型的节能技术。 系统在变速杆位于空档时， 使车辆停止， 自动停 止发动机运转； 而当脚离开制动踏板时发动机又重新起动。当发 动机重新起动时， 采用辅助蓄电池系统供应电力。这种技术具有 良好的燃油经济性和低排放性能。当汽车停车时， 如遇到堵车或 红灯， ESS 通过自动关闭发动机来节省燃油。当车辆制动时， ESS 进行制动能量回收。
1 引言
内燃机车辆在怠速停车时发动机仍保持怠速运转， 不仅浪费 燃料， 而且造成排放废气污染环境。 随着汽车保有量的急剧增加， 红绿 城市交通通行能力越来越不能满足需要。汽车在交叉路口、 灯处等怠速停车的时间越来越长， 车辆怠速过程造成的油耗占总 如何减少汽车在怠速时油耗成为目 油耗的比例不断增大。因此， 前汽车节能减排的研究方向之一。 其中发动机停机是实现汽车怠 速零油耗的最好的方法， 能够做到了零油耗、 零排放。在日本、 欧 洲等国家， 发动机停止/起动系统已经得到应用[1] [2] [3]， 但是， 在国内 有关此技术还是处在探索和起步阶段。 研究开发动机停止起动系 统其核心是系统控制器的研制， 为此， 对 ESS 核心部件即系统控 制器进行研制，为研究 ESS 技术的节能机理及控制技术建立试 验平台。
如果发动 号， 在三分钟暖机延迟之前， 系统不进入工作状态。因此， 机在暖机期间由于发动机过冷而停止时， 系统不会进行自动起动。
发动机转速 0rpm
800rpm
3 控制器
当车辆处于长时间的怠速状态时，控制器 ESS ECU 可使发 动机自动关闭， 来节省燃油以提高车辆的经济性。当车辆需要重 如 新起动时， 控制器可使发动机自动快速起动， 以节省换档时间。 图 2 所示， 发动机怠速停止起动控制部件， 主要由自动关闭逻辑 和自动起动逻辑两部分组成。
ESS ECU
ISt_TD St_SW Br_ON ENG_R IStp_TD EN V_Stp IS Eng_R REG_Br WUp_TD
车速 0km/h 燃油节省 ON 累加器 ON 点火开关 怠速开关 ON 制动开关 ON 档位 N 驱动电机 加速踏板 Enable
OFF OFF OFF 3RD 1ST2ND 3RD 1ST2ND
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文章编号： 1001-3997 （2010 ） 06-0120-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
第6期 2010 年 6 月
发动机停止/起动控制器的研制
2 黄大星 1， 李丽群 2
（1 韶关学院 汽车系， 韶关 512005 ） （2 江苏大学 汽车与交通工程学院， 镇江 212013 ）
初始起动正常行驶 制动能量回收怠速停止
再起动
图 3 ESS-ECU 工作时序图
当 ESS 系统状态为 （1 ） 点火开关断开； （2 ） 制动踏板模块进 ） 暖机时间超过了三分钟； （4 ） 由车速传感器检测到 行了制动； （3 车辆已经停止， 已经过了两个延迟时间周期。 当这些条件满足时， 表明车辆长时间停止， 系统就产生输出给自动关闭信号。通过继 电器驱动器将信号传到点火控制继电器， 来使点火线圈或电子点 火系统失效， 这样就停止了发动机， 即发动机自动关闭。 如果发动机已经处于停止状态，为了避免对起动电机系统的 损坏，利用自动关闭的延迟器使发动机在两秒钟之内不自动重起， 点火开关将关 以便允许发动机从运转到停止的转换充分。这期间， 这 闭， 使得整个系统单元就会禁止工作， 这时暖机时间将重新设置。 样， 车辆停止到等待再次起动信号的这一期间， 车辆不消耗燃油。 当 ISS 系统状态为 （1 ） 自动发动机关闭时延迟器反馈信号到 IStp_TD； （2 ） 踩下加速踏板； （3 ） 发动机停止运转； （4 ） 有足够的电 ） 制动开关 Br_ON 接合 （此条件不 力， 点火开关处于开启状态； （5 是必须的， 为了确保在起动时车辆的操纵性和安全性 ） 。 当这些条 件满足时， 输出信号通过继电器驱动器提供信号给电机控制继电 即发动机自动起动。 器， 这就提供电力给起动电机来起动发动机。
图 2 ESS ECU 引脚
ENG_R （Engine Running ） 发动机运转信号引脚： 发动机开/关 传感器信号通过经过频率转换器转换，与事先的参考电压相比 只有当起动机的转速超过参考水平或信号时才能够产生输出 较。 脉冲， 这时信号输入到此引脚， 所以当起动机仅仅起动发动机但 还没起动起来时不会产生脉冲。 WUp_TD （Warm Up Time Delay ） 发动机暖机延迟引脚： 来自 点火开关的信号输入到控制逻辑电路的延迟装置上， 提供预先设 定的暖机延迟时间。 V_Stp （Vehicle stopped ） 车辆停止引脚： 速度传感器通过线圈 组来感应的脉冲通过相互连接的终端到达高阻抗的电路， 用施密 特触发电路来加强速度脉冲及清除信号外的杂质， 得出的信号输 入到此引脚。 IStp_TD 和 ISt_TD 发动机怠速停止延时引脚 （Idling Stop Time Delay ） 和怠速自动起动延时引脚 （Idling Start Time Delay ） ： 通过反馈导线来实现延时控制。 IS 和 St_SW 发动机怠速自动起动 （Idling Start ） 和起动控制 开关 （Start Switch ） ： 检测加速踏板信号， 是否被踩下。 Br_ON （Brake on ） 制动开启信号引脚： 检测制动开关脉冲信 号。通过将发动机 ECU 判断车辆处于制动 （减速 ） 状态的信号来 决定。 EN （Enable ） 使能端： 作为控制整个控制单元系统的输出引 脚。当 EN=1 时， 允许输出， 即高电平有效。 REG_Br （Regenerative Braking ） 制动能量回收信号引脚： 控制 Fw， 判断制动能量回收模块的工作状态。
Design on control device for engine stop & start system
2 HUANG Da-xing1， ， LI Li-qun2
（1 College of ShaoGuan， Shaoguan 512005， China ） （2School of Automobile and Traffic Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China ） 【摘 要】为了研究发动机停止/起动系统的节能机理及控制技术， 通过分析系统的工作原理， 开发