浅议大众车系智能启动/停机系统

    智能起动停机系统是第二代BIueMotion的重要组成部分，可以在车辆停车等待交通信号灯时临时关闭发动机，并在车辆需要起步时自动重新起动发动机，以此达到节能减排的目的。

    为了尽可能地达到节能减排的目的，大众汽车开发了BlueMotion（蓝驱）项目，该项目旨在降低车辆的油耗和排放。智能起动／停机系统（以下简称起停系统）作为第二代BlueMotion的重要组成部分，最早被应用于帕萨特Blue-Motion（蓝驱）车型上。

    1 起停系统的功能
    起停系统可以在车辆停车等待交通信号灯时临时关闭发动机，并在车辆需要起步时自动重新起动发动机，以此达到节能减排的目的。
    车辆起步后，一旦行驶速度超过3 km/h的时间达到约4s，起停系统就会自动激活。起停系统的功能由发动机管理系统来执行，该系统已集成在发动机控制单元软件内。值得注意的是，起停系统会评估车辆的状态，以判断在发动机熄火后，是否能够再次起动着机。因此，要对所有涉及到发动机再次起动的发动机特性和数值进行分析，其中最重要的是对蓄电池充电状态的分析，这个过程被称为“起动电压预测”，用来判断蓄电池的电量是否足够再次起动发动机，或者是否需要在系统起动发动机时关闭某些用电器，以避免用电需求过大（目前涉及到的是座椅加热、后风窗玻璃加热、后视镜加热、转向盘加热和辅助电加热器等元件。这些用电器会在发动机再次起动前被关闭并锁止，在发动机起动的过程中不会工作）。总而言之，起停系统会一直监视着蓄电池的充电状态和发动机的情况。
    为了实现起停系统的功能，需要配备开启和关闭起停系统的开关F416，以及蓄电池监控控制单元J367。此外，还需要对车辆原有的多个部件进行匹配，具体需要改进的部件及改进要点如下。
    （1）控制单元。将涉及到的控制单元的程序源代码扩展了一个信息位，用于起停系统（包括控制起停系统工作的控制单元及受起停系统影响的控制单元）。
    （2）发电机。通常发电机和电压调节器一直都是通过单独的导线与发动机和车载电网控制单元相连的。对于具备起停系统的车辆，发电机的信息则是通过LIN总线传至数据总线诊断接口的，这样便于通过CAN总线来为其他控制单元（如发动机控制单元）提供相关信息。
    （3）蓄电池。采用吸附式玻璃纤维棉隔膜蓄电池，以提高循环稳定性。吸附式玻璃纤维棉隔膜蓄电池与胶体蓄电池是蓄电池开发领域的新产物，具有极强的工作能力。与普通铅酸蓄电池不同，吸附式玻璃纤维棉隔膜蓄电池的电解液是完全吸附在玻璃纤维棉上的，并由玻璃纤维棉将铅极板电极彼此分隔开。吸附式玻璃纤维棉隔膜蓄电池具有冷起动性能好，深度放电性能好，工作可靠性高，免维护等优点，即使蓄电池壳体破裂也不会出现泄漏。
    （4）起动机。选用的起动机耐用性更高。起停系统的频繁工作对起动机提出了较高的要求，因此必须增强其工作的稳定性，齿圈的强度也增大了。
    （5）手动变速器。要想在手动变速器上实现起停系统的功能，就必须加装挡位识别传感器。该传感器是从上部拧入变速器壳体中的，并以非接触的方式来获知换挡轴的位置。

    2 起停系统的操作
    插入点火钥匙，接通点火开关，起停系统的开关便自动接通，组合仪表显示屏上会显示起停系统的状态指示符（图1）。只要车速超过3 km/h的时间超过4s，起停系统就会处于激活状态，驾驶人可以通过F416手动关闭或打开起停系统。F416位于换挡杆附近，不同车型的按钮布局可能不同（图2）。当驾驶人按下F416后，起停系统即被关闭，组合仪表显示屏上的状态指示符便熄灭；当驾驶人再次按压F416或将点火钥匙拔出后再次插入，起停系统就会再次接通。



    起停系统既可以用于搭载手动变速器的车辆，也可以用于搭载双离合器自动变速器的车辆。起停系统会根据车辆运转的情况和驾驶人的操作判断是否需要关闭或起动发动机。当然，对于使用不同变速器的车辆，起停系统的操作特点也不同。

    对于搭载手动变速器的车辆，当车辆以较高车速接近交通信号灯为红灯的路口时，驾驶人会控制车辆减速、减挡行驶直到车辆停止，然后将变速器挡位换至空挡并松开离合器踏板，起停系统就会将发动机关闭。此时起停系统一直处于再次起动发动机前的准备状态，同时组合仪表的显示屏上会显示图3所示的符号。当交通信号灯变为绿色，驾驶人踩下离合器踏板时，起停系统会自动起动发动机，此时组合仪表上的起动／关闭符号熄灭，车辆即可继续行驶。
    对于搭载双离合器自动变速器的车辆，当车辆以较高车速接近交通信号灯为红灯的路口时，驾驶人将车辆制动，直至车辆停止（驾驶人应踩住制动踏板直至交通信号灯变为绿色），起停系统即关闭发动机。此时起停系统一直处于再次起动发动机前的准备状态，同时组合仪表的显示屏上会显示图3所示的符号。当交通信号灯变为绿色，驾驶人松开制动踏板，起停系统会自动起动发动机，组合仪表上的起动／关闭符号熄灭，车辆即可继续行驶。

    3 起停系统的结构
    起停系统所涉及到的元件和系统如图4所示。起停系统是作为一种功能集成在发动机控制单元（J623）软件内的，该系统需要与车辆的许多元件和系统进行数据交换，以便控制发动机的起动和关闭，这就要求相关控制单元处理很多信息（不仅仅是离合器踏板信号和制动信号）并密切配合（图5）。



    起停系统必须首先确定在点火开关接通后，是否已满足了激活起停功能的先决条件。为此，J623必须去协调起停系统与车辆其他系统之间的关系，必须处理相关信号，包括起停系统开关（F416）信号、起停系统激活的释放信号、转速信号、机油油面高度信号、空燃比传感器加热器负荷信号、挡位识别信号、离合器信号、变速器空挡位置传感器信号（仅指手动变速器）、加速踏板位置信号、喷油调节信号及其他与OBD相关的信号等。
    对于搭载双离合器自动变速器的车辆，其控制单元J743负责处理挡位识别信号和变速器输出转速信号。
    ABS控制单元（J104）负责处理制动踏板信号、制动压力信号、车轮转速信号及ESP信号等。
    自动空调控制单元（J255）负责处理车外温度信号、车内温度信号、出风口温度信号、除霜模式信号、压缩机负荷信号和鼓风机负荷信号等。
    车载电网控制单元（J519）负责处理各用电器的激活信号。
组合仪表内的控制单元（J285）负责处理车速信号、以及对显示屏的控制。
    数据总线诊断接口（J533）负责处理用电需求信号、发电机负荷信号（通过LIN总线），监控蓄电池和稳压器的状态。
    舒适系统中央控制单元（J393）负责处理安全带锁（已上锁）信号及舒适功能负荷信号（如滑动／外翻天窗的驱动等）。
    驻车转向辅助控制单元（J791）和助力转向控制单元（J500）负责处理电动机械式动力转向系统的负荷信号、转向盘转动信号，以及调整驻车转向辅助模式。
    与一般车辆不同，配有起停系统的车辆加装了蓄电池监控控制单元（J367，带有蓄电池传感器），该控制单元直接接在搭铁线的负极接线柱上，通过LIN总线与数据总线诊断接口相连，其内部有一个蓄电池传感器，用于监测蓄电池电压，蓄电池温度（蓄电池温度是根据特性曲线和环境温度计算出来的，根据这个温度还可以推测出蓄电池负载作用的持续时间）及充电电流等。借助这些数据，就可以将充电调节情况和充电电压与蓄电池的充电和工作状态进行适配，以提高起停系统的可用性。
    由于起动时所需要的电流较大，在发动机重新起动的过程中，车辆的供电电压可能会出现较大波动，因此，还需要加装一个稳压器（J532）。该稳压器是一个DC/DC直流转换为直流）变压器，位于左前车轮拱形板上，功率为180 W,通过LIN总线和车载网络相连，其作用是在起停系统控制发动机重新起动时，将车载网络的电压稳定在约12V，以保证收音机／导航装置、鼓风机及组合仪表等正常工作。如果没有这个稳压器，那么受到电压波动影响的控制单元就会重置并会记录故障代码。

    4 起停系统工作的条件
    在车辆停车时，如果想让起停系统关闭发动机，那么除了驾驶人的正确操作外，还需要满足如下条件。
      （1）车辆已停住（车速为0 km/h） 。
      （2）发动机转速低于1200 r/min。
      （3）冷却液温度在25℃～100℃。
      （4）制动助力系统的真空高于550 mbar（1 mbar=100 Pa）。
      （5）蓄电池能够提供发动机再次起动所需要的电能（这个电能需求量是在“发动机关闭”前计算出来的，也就是起动电压预测）。
      （6）蓄电池温度在－1℃～55℃。
    （7）乘员对空调系统的要求不是太高（出风口的规定温度和实际温度之差小于8℃）。
    （8）柴油微尘过滤器不在还原工作模式（仅指柴油发动机）。
    如果想让起停系统重新起动发动机，那么除了驾驶人的正确操作外，还需要满足如下条件。
    （1）系统检测到离合器踏板已踩下，且换挡杆处于空挡位置（手动变速器车型）；系统检测到制动踏板已松开（自动变速器车型）。
    （2）发动机室盖已关好。
    （3）车门已关好。
    （4）驾驶人已系好安全带（安全带锁已上锁）。
    此外，在起停系统控制发动机熄火后，若发生下列情况，即使驾驶人没有起动发动机的操作，起停系统也会控制发动机起动。
    （1）行驶状态发生了变化（如手动变速器车型在松开制动踏板后，车辆从静止开始移动，如果车辆移动速度超过3 km/h，发动机就会自动起动）。
    （2）乘员激活了车内用电量较大的系统（如激活了除霜功能，提高了空调系统制热和制冷的要求，即出风口规定温度和实际温度之差超过8℃等）。
    （3）车辆系统环境条件发生改变（如车外温度改变等）。
    （4）发动机冷却液温度不在25℃～100℃。
    （5）制动助力系统真空度不足。
    （6）蓄电池电量不足。

    5 起停系统关闭条件
    当存在下列情况时，起停系统将不能自动关闭发动机。
    （1）驾驶人通过F416关闭了起停系统，或者F416存在故障（如果F416有故障，J623就会关闭起停系统并记录相应故障代码）。
    （2）蓄电池的电量无法再次起动发动机（起动电压预测功能），或者J367失效。
    （3）除霜功能处于激活状态。
    （4）前风窗玻璃加热功能处于激活状态。
    （5）空调操作面板上设置的温度与车内实际温度之差大于8℃。
    （6）发动机转速高于1200 r/min。
    （7）发电机损坏，无法正常发电。

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