简介汽车起停系统工作原理和故障分析方法

    摘要：起停系统主要通过在车辆怠速时切断发动机，起到减少排放和油耗的作用，最初仅应用于高端汽车上，由于其便利性和节能性，起停系统最近几年被广泛应用，已成为中高端车辆的标配。本文通过介绍标致PSA起停系统的组成、工作原理和诊断方法，让广大用户更加深人地了解和使用该系统，也为诊断提供参考。

    随着城市汽车的不断增加以及城市的拥堵，汽车尾气排放成为影响城市空气品质的重要因素；同时随着能源的不断减少，国家对汽车的燃油消耗量也有了统一的标准。降低油耗，减少尾气排放，已成为汽车行业的一个重要目标，基于这个目标汽车行业实现了很多技术突破，其中起停系统（STT系统，Start. stop system的简称）就是其中一项。起停系统主要通过在车辆怠速时切断发动机，起到减少排放和油耗的作用。早在2004年PSA就在C3车型上使用了起停系统，目前该系统在东风标致和东风雪铁龙两个品牌的车型上广泛应用。本文介绍起停系统的组成和工作原理，并以一起停系统故障分析过程为例，介绍起停系统的诊断方法。

    1 起停系统的工作原理
    1.1起停系统组成
    起停系统顾名思义就是停止和重起发动机，在车辆等待红灯或堵车等怠速情况下停止发动机，在驾驶员需要启动发动机时重起，图1为起停系统架构图，该系统主要由增强型启动机、专用启动机继电器BICD、LIN发电机、特殊的电池、DC/DC稳压器DMTR和遍布整车的起停策略等组成。

    1）增强型启动机：又称为STT启动机，该启动机通过加强启动机各零部件使启动机寿命由原来的3万次提升到了30万次。
    2）LIN发电机：通过LIN总线与发动机电控单元进行
    3）电池：专门用于STT车的电池，增加放电／充电周期和放电程度。
    4）蓄电池传感器：简称BECB，用于测量和监控电池数据、电荷状态。
    5）DC/DC稳压器：简称DMTR，在发动机启动和重起的时候稳定整车电压。
    6）启动机继电器：简称BICD，取代传统的触点式继电器，采用无触点式电子继电器，满足了耐久性的要求，并集成诊断电路，能探测故障并启动降级模式。
    7）空挡传感器：用于手动变速器，测量变速器所处挡位，以向起停系统传达变速器的状态（空挡／非空挡）。
    8）离合器位置传感器：用于手动变速器，测量离合器踏板的位置。
    9）STT按键：增加了STT ECO OFF按键，驾驶员可以自行开启或关闭此功能。

    1.2起停系统功能介绍
    1.2.1起停系统一停止功能
    停止功能，即在车辆怠速情况下停止发动机。当车辆检测到驾驶员请求停止车辆，并且整车系统授权停止的情况下，车辆将自动停止发动机。车辆进入停止状态的逻辑图如图2所示。怎样判断驾驶员请求停止？车辆是通过判断变速器挡位信息和制动踏板状态来确定的：对于手动变速器用户，当变速器置于空挡且松开离合器，即可判定为驾驶员请求停止；对于自动变速器用户，只需变速器挡位置于空挡或踩下制动踏板，即可判定为驾驶员请求停止。对于另一个起停系统的必要条件“整车系统授权停止”，主要是为了保障车辆的安全性、舒适性和能源充足，具体要求如下。

    1）安全性：要求驾驶侧车门关好，驾驶员安全带系好，整车电控单元（简称：BSI）无重起请求，发动机电控单元（简称：CMM）无重起请求，变速器电控单元（简称：BVA）无重起请求，防侧滑电控单元（简称ESP）无重起请求（无ESP功能正在运行，且车辆所处坡度小于9°），转向系统电控单元（简称GEP）无重起请求，未激活自动泊车辅助功能，无探测到故障。
    2）舒适性：车外温度必须在5～35℃之间（进入起停系统后空调压缩机会被自动关闭，在此温度区间，空调的开启和关闭不会对客户舒适性产生明显影响）。
    3）能源：电池电量和电池温度，电池电量必须大于78%且8h内无断开电池记录；电池温度要求在－5～60℃之间（防止电池亏电导致车辆进入“停止”后无法“重起”）。
    1.2.2起停系统一重起功能
      “重起”即车辆进入“停止”后重新启动发动机，当车辆检测到“驾驶员请求重起”或整车系统中的任一系统请求“重起”，车辆即立即重起，进入重起状态逻辑图如图3所示。驾驶员请求重起：手动变速器的用户，驾驶员踩下离合踏板，即认定为请求重起；对于自动变速器用户，挡位置于D/R/M任意挡位或松开制动踏板，即认定为请求重起。当整车系统监测到以下任一条件满足，系统即会重起发动机：驾驶员离开（车门开启或安全带解开）、探测到车速、热条件重起（外部温度）、电源能量不足、动力系统请求重起、底盘系统请求重起、座舱请求重起或探测到故障等。

    2 起停系统故障诊断分析方法
    通过上一章节的原理介绍，了解到起停系统涉及到动力总成、底盘和座舱等诸多电器系统，一旦遇到起停系统故障，如何在整个起停系统中逐步缩小诊断范围最终找到问题的根本原因，需要有正确和合理的诊断方法。在这一章节中，将以一个起停系统的缺陷分析为例，为读者们展示如何首先找到导致起停系统故障的子系统，然后针对子系统进行分析找到故障的根本原因，并获得解决措施。
    2.1故障车辆背景信息
    故障车辆为新408改款骡子车（骡子车：是指在装车前将与改款车型相似的车辆改装成目标车辆，主要用于前期的系统调试和验证），数量仅一台，该车辆在前期的功能验证中发现起停系统不工作，车辆所处环境温度满足起停系统要求，电量充足，8h内无断开电池记录，仪表上无故障灯被点亮。
    2.2查找导致起停系统故障的子系统
    虽然起停系统涉及的电控系统繁多，但最终所有系统的授权信息都在发动机控制单元上汇总，发动机控制单元综合判断后决定是否进入停止模式或重起模式，因此发动机控制单元也可称之为“起停监控器”。PSA利用发动机控制单元“起停监控器”的特点，在发动机控制单元的诊断软件部分集成了起停系统的诊断，诊断软件将需要监控的参数状态通过简单直观的状态位（比如0或I）存储在指定的寄存器中，通过对应的诊断指令可以快速便捷地读取各参数对应的状态位，通过对状态位进行解析，即可获得各系统是否授权。基于发动机控制单元的该诊断功能，在驾驶员请求停止后给发动机控制单元发送表1中监测停止授权的诊断指令，对照表1检查响应结果，即可以找到导致起停系统未授权的子系统。对于重起的诊断也是同样的方式。

    PSA在自主研发的诊断工具IDVH上集成了上述起停系统诊断功能，本故障车辆将通过IDVH对故障进行诊断。将安装有IDVH的笔记本电脑通过诊断连接设备与故障车辆的中央诊断头进行连接，开启IDVH起停系统诊断界面，在驾驶员请求停止后，选择IDVH上的“Test AutorisationStop”，点击界面中的“刷新”图标后，IDVH在后台逐一给发动机控制单元发送上述检测停止授权的诊断指令，IDVH通过诊断指令响应的结果，直观地显示各子系统授权状态。其中故障车辆在“电池”图标下方显示为红色“！”，表示电池系统未授权；而其余图标下方都显示绿色 “√”，表示这些系统均有授权停止（图4）。因此可以判定该故障车辆电池导致起停系统不工作。

    2.3查找导致子系统故障的根本原因
    在本文起停系统一停止功能中有介绍为了保障车辆在进入起停系统时能源充足，要求电池电量SOC必须大于78%且811内无断电池记录，电池温度要求在－5～60℃之间。STT系统中的BECB实时监测车辆电池的各项参数，通过CAN总线可以读取到上述3个参数的实时数值（图5）：SOC为81%＞门槛值78%; SOC状态正常（不存在8h断电的问题）；电池温度＝72℃＞门槛值60℃，因此可以断定：由于电池温度过高，导致起停系统无法进入。

    2.4解决方法
    导致电池温度过高存在两种情况：①电池周围环境温度过高；②电池自身温度过高（电池存在缺陷或老化，随着电池的内阻增加，电池温度会过高）。通过对实车温度进行探测，发现是电池自身温度过高，通过对改装车辆背景调查发现，该车辆电池做过大量的耐久性和冲击试验，导致电池老化内阻过大，更换电池后，将电池充电至SOC值大于78%，放置8h后，车辆起停系统工作正常。

    3 结束语
    起停系统在城市工况下为汽车的节能降耗发挥了重要作用，但是由于涉及到动力总成、底盘和座舱等诸多电器系统，在使用过程中出于安全和舒适性的考虑，启用条件繁多，如果对该系统没有基本的认识，在使用和诊断过程中都将会遇到很多困扰。本文通过介绍起停系统的组成、工作原理和诊断方法，让广大用户更加深入地了解和应用该系统，也为诊断提供参考。
 

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