CN102501850A - 一种新型自动启停系统 - Google Patents

Abstract

一种新型自动启停系统，该系统由机械式自动变速箱AMT（120）实现发动机自动熄火和自动挂档和起步,其启停控制由AMT的控制器TCU（130）完成,控制方法采用具有软件监控启动电机（150）的温升、软件监控电池电量、软件监控能量回收的智能化控制策略。所述自动启停系统根据驾驶员是否使用空调而决定是否启用自动启停功能；根据电池储存电量决定确定是否启用自动启停功能；根据启动电机发热情况确定是否启用自动启停功能；根据油门踏板和刹车信号确定驾驶员是否在位和决定是否启用自动启停功能以保安全。本发明适用于混合动力系统车辆的启停。

Description

一种新型自动启停系统

 

技术领域

本发明涉及机械式自动变速箱和混合动力汽车控制的自动启停系统，属汽车轻度混合动力技术领域。

背景技术

在红交通灯和交通堵塞的情况下，汽车不能行走，大部分汽车只能在怠速下等待，这既浪费了燃油，车子还继续排放废气，发动机也在继续工作和继续磨损。发动机自动启停技术能使汽车发动机在怠速条件下自动熄火以停止给发动机供应燃油以节省燃油并停止废气排放，这是一举二得的好事，因而出现了BSG（皮带传动）、ISG（集成）的怠速启停系统。BSG和ISG都属混合动力里弱混合或说轻度混合的一类。在很多昂贵的混合动力系统里，自动启停做得比较好，但系统较贵、复杂，用户很难从省油上赚回买车时多付出的成本。

现有的一些轻混的系统增加的价格不高，车辆自动启停系统常在原有车子的基础上加上一个简单的控制器强制切断发动机控制器电源来熄火。这种熄火是使喷油和点火同时终止，使得已喷在缸内的汽油由于没有电火花而没法燃烧，这些没有燃烧的混合气体会损坏三元催化器还会从尾管排出造成污染。

在驾驶员要求起步时，有些系统在靠手动踩离合器、挂到空档后才能自动启动发动机。发动机启动后，再踩离合器、手动挂到需要的档位、和合上离合器再开始起步，这虽实现了怠速下停发动机但起步的整个过程，但要求驾驶员的动作比较多，尤其时间比较长，这和关发动机钥匙熄火差不多，所以这很难适宜实际的需要。

为安全起见，一般高级启停系统要求在发动机舱盖一打开就立即自动启动发动机，这样以使维修者必须拔出钥匙后才能修车而不会在修车过程中发动机突然启动而造成伤害。当然这种方法不能避免维修者从车底下伸手进入发动机舱时发动机自动启动可能造成的伤害。这种方法不但增加了系统的复杂性和增加了造价，而且增加了发动机怠速运行的机会从而增加了油耗和排放，这与自动启停的目的相悖。

还有一些自动启停系统对驾驶是否在驾驶位上进行检测以避免在驾驶员不在驾驶位时自动启动发动机，但这必须要有一个传感器来探测驾驶员的存在。

有些系统加用电动空调机以备在怠速停发动机时也能使用。这种空调全由电池供电，但小电池的电能是非常有限的。而且由发动机带动发电机给电池充电，电池再给空调机提供能源，这里的能量转换牵涉到发电机效率、充电效率、放点效率、电动机效率4级转换使其整个效率大为下降。这个低效率的电动空调机不仅仅是在发动机停止时使用，而一般车上是没有第二个空调机使其在发动机启动后使用。所以使用的一直是一个低效的制冷系统。在怠速下，由发动机直接驱动空调机效率低，但从整个效率来讲机械式驱动的空调就不逊于电池驱动的电动空调机，而且还不受电池限制而可以长时间使用空调。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术的不足，本发明使用AMT自动控制离合器和档位配合进行停车熄火和全自动起步启动，简称为AMTSG。系统简单、增加费用少，但实用。它可以用皮带传动，也可以是集成的系统。

本发明实现上述目的的技术方案是, 一种新型自动启停系统（AMTSG）由选换档执行机构、离合器执行机构和油门控制机构组成的机械式自动变速箱（AMT）实现发动机自动熄火、自动挂档和起步,其启停控制由AMT的控制器（TCU）完成,控制方法采用具有软件监控启动电机的温升、软件监控电池电量、软件监控能量回收的智能化控制策略。

控制发动机的熄火有多种方法。最好的方法是通过和发动机控制器（ECU）的通讯来实现，首先停止喷油，但继续控制火花塞点火将缸内已喷出的汽油充分燃烧；在没有通讯的情况下，可以通过直接控制电子节气门（ETC）使其百分之百关闭来实现熄火，油门全关后，发动机也就不喷油了；即使在没有电子节气门、也不能和ECU通讯的情况下，也可能通过一些非常手段来实现，比如切断喷油嘴控制电源，但不切断火花控制电源来实现。这样避免了未燃烧的汽油排出造成污染。

在交通灯变绿或交通堵塞改善的情况下，司机一踩油门汽车应起步前进。怠速停车后汽车重新起步可以有三种方式，一是依靠发动机驱动车辆，二是依靠电动机驱动车辆，三是同时依靠电动机和发动机。这三种方案都通常应用于混合动力系统，这可根据车子的配置和起步力矩的大小和系统状况来决定，比如说混合系统里驱动电机出了故障或电池电力不够，只有由发动机控制起步；相应当发动机有问题时，只有由电动机控制起步；再有如混合动力公交车上大坡起步，可能需要两个动力一起出力起步。第一种方式可用于普通车辆的简易怠速停车系统因为普通车辆的启动电机功率很小不够力量驱动车辆。

本发明重点针对普通车辆的简易怠速停车系统，它并不需要加很大的驱动电机，而可以使用普通车上的发动机启动电机，但要求耐久性要高，因为启动次数比传统车多几倍。该系统也不是一定要加很大的发电机发电而是仍旧使用原有的发电机发电对电池充电。电池也可使用原有的电池，这样对车子不需要什么改造，造价也就很低。需要增加的是一个控制器以控制发动机的熄火和启动发动机。为了保证发动机和电池的使用寿命不受到不利影响，对充电和发动机熄火要进行特殊控制是必须的。

当然，能加大启动电机、加大发电机、或用一个电机取代发电机和启动电机、加大电池，效果会更好，只是造价比较高，对车子的改动比较大。

机械式自动变速箱（AMT）有自动控制换档的优越性，它在变速箱控制器（TCU）的控制下进行自动换挡。带AMT的SG系统将会大大减少驾驶员的动作要求和缩短起步时间。在需要熄火时，如上所述，TCU通过CAN总线通知ECU先关油或直接控制ETC关闭发动机，或切断油路电源。同时做好起步的准备即挂好到1档或倒档但不合离合器。当驾驶员一松开刹车、踩油门企图起步时，立即用混合动力的驱动电机低速驱动车辆起步，对没有大电机的简易启停系统则直接启动发动机，当发动机转速高于一定值后就关掉启动电机并开始自动合离合器，离合器传递动力带动车子起步。

另外在车子第一次上电时，不一定就允许启动发动机启动让其怠速运转，因为这样浪费能源和增加排放。本发明根据发动机温度决定是否允许开始启动让其怠速运转。当发动机温度（发动机冷却液）比较低时，允许发动机启动在怠速下暖机以保证发动机快速加热得到优质润滑从而改善燃烧和降低排放，并保证发动机有足够出力而不至于在起步时熄火。但当发动机温度比较高时而驾驶员还没有踩油门起步，也可自动熄火省油。如上电时发动机温度比较高，控制器不允许启动发动机而只有在驾驶员踩油门时才启动发动机。这样就更进一步减少了油耗和排放，并延长了发动机的使用寿命。由于是自动换挡，从踩油门到车子开始移动时间滞后很小，舒适性较好。

本发明自动启停系统根据驾驶员是否使用空调而决定是否启用自动启停功能，根据电池储存电量决定确定是否启用自动启停功能，根据启动电机发热情况确定是否启用自动启停功能，根据油门踏板和刹车信号确定驾驶员是否在位和决定是否启用自动启停功能以保安全。

针对简易型自动启停系统使用通常的启动电机、发电机、和电池，由于它们的功率通常较小，所以要对这三件进行有效保护和充分利用，本发明采用具有软件监控启动电机的温升、软件监控电池电量、软件监控能量回收的智能化控制策略对启动电机、发电机、和电池进行有效保护和充分利用。

计算确定启动机温升，确定是否可以自动启停以保护和充分利用启动电机。本发明有专门的启动电机发热监控软件，在不增加附加传感器的条件下用软件对其发热进行有效计算观察，当启动电机温度达到一定值时将不允许自动启停以保护启动电机。

计算电池所剩电量，确定是否足够下一次发动机的启动用以保证自动启停的可靠运行。本发明有专门的电池电量管理控制软件，用软件监控电池电量，当电池电量低于一定值时，也不允许自动启停而让发动机怠速运转和继续充电以保证下一次自动熄火后电池有足够的电量启动发动机。

本发明修改原有车子发电机充电控制器，根据电池电量情况调节充电，尤其是刹车时和滑行时由控制器发指令给充电控制器略微提高充电电压控制发电机全力发电，发出的电量对电池进行充电达到能量回收降低油耗和排放。

在交通堵塞的情况下，车子只能间隙缓步移动，如果不断使用自动启停功能的话，对系统的可靠性和耐久性要求必定很高。所以本发明智能化控制策略还包括，本系统采用智能统计分析对驾驶状态进行自学习；对于客户认定的某些不利于系统的特殊驾驶状态，也可免于启用自动启动功能。

本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明使用AMT自动控制离合器和档位配合进行停车熄火和全自动起步启动，系统简单、增加费用少，但实用，本发明可在现有AMT车辆的基础上基本不增加附件而达到省油2%~4%和减排的目的。本发明适用于混合动力系统车辆的启停。

附图说明

图1 是本发明自动启停系统框图

图2是本发明自动启停系统控制方框图（以简易式启停系统为例）；

图3为熄火和启动控制逻辑流程图；

图4为执行熄火和执行启动的逻辑流程图；

图中110是发动机；120是机械式自动变速箱（AMT）；130是控制AMT的TCU；140是控制发动机的ECU；150是启动电机和喷油系统电源。

具体实施方式

本发明实施例的简易式AMTSG系统可以对整车厂现有车型进行快速改造成新车型，或对已售车辆进行改装已达节油减排都十分有利。和AMT结合来实现自动启停是本发明的特点，没有AMT的自动启停效果会很差。

对于无CAN通讯和非ETC发动机控制系统，喷油嘴电源由一个电子开关或继电器控制，发动机的启动电机150的控制除了由启动钥匙直接控制外，还由启停控制器控制。

启停控制器可以使单独的电子控制器TCU（130），也可以由ECU（140）结合控制，这可大大降低成本和提高可靠性。

为了安全起见，本发明实施例通过对刹车踏板的监测来判断驾驶员的存在和分析驾驶员的意图从而决定是否自动启动发动机。只有当刹车踏板由原先踩下到完全放松的条件下才有可能考虑自动启动发动机。刹车踏板在运动说明驾驶员的存在，这既降低了对驾驶员传感器的要求还减少了油耗。

为了保证启动电机、发电机、电池的使用寿命不会因为加上自动启停而受不良影响，本发明使用热能预测、电池电能效率组合分析法确定是否实施自动启停和充放电控制。

本发明实施例采用起动机温度观测器对其温度进行计算预测而不是测量。当计算温度高于某一值时，不考虑自动启停而等待其冷却以保证启动电机的寿命，对于要求高的系统也可直接加温度传感器进行测量。

本发明实施例采用电池电能和效率来预测其是否足以进行一次安全启动来确定是否进行自动启停以保证可靠运行。所以本系统不要求更换更大容量的电池，没有很好的智能控制，电池再大，不断重复启动，也会损坏启动器和耗光电池。智能自适应控制是关键。

本发明身驱里还兼顾空调的需求但又不加装电动空调机，而是在空调工作时，不停发动机，由发动机直接驱动空调。只有不用空调时停发动机。

在交通堵塞的情况下，车子只能间隙缓步移动，如果不断使用自动启停功能的话，对系统的可靠性和耐久性要求必定很高。本系统采用智能统计分析对驾驶状态进行自学习。对于客户认定的某些不利于系统的特殊驾驶状态，也可免于启用自动启动功能。

本发明实施例可在现有AMT车辆的基础上基本不增加附件而达到省油2%~4%和减排的目的。

在实际测试中，发动机熄火反应时间很快，启步的时间稍慢点，约为1.5秒，但和手动挂档相比，AMTSG的相应时间快多了。

图3为本发明实施例熄火和启动控制逻辑流程图；图4为本发明实施例执行熄火和执行启动的逻辑流程图。

没有以上的具体控制策略，要想在不增大原车的起动机、发电机、和电池的情况下实现自动启停是没有实用价值的而只能用来作短时间表演。

Claims (4)

1.一种新型自动启停系统，其特征在于，所述系统由选换档执行机构、离合器执行机构和油门控制机构组成的机械式自动变速箱实现发动机自动熄火、自动挂档和起步,其启停控制由机械式自动变速箱的控制器完成,控制方法采用具有软件监控启动电机的温升、软件监控电池电量、软件监控能量回收的智能化控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种新型自动启停系统，其特征在于，所述自动启停系统根据驾驶员是否使用空调而决定是否启用自动启停功能；根据电池储存电量决定确定是否启用自动启停功能；根据启动电机发热情况确定是否启用自动启停功能；根据油门踏板和刹车信号确定驾驶员是否在位和决定是否启用自动启停功能以保安全。

3.根据权利要求1所述的一种新型自动启停系统，其特征在于，所述智能化控制策略包括：

计算确定启动机温升，确定是否可以自动启停以保护和充分利用启动电机；

计算电池所剩电量，确定是否足够下一次发动机的启动用以保证自动启停的可靠运行；

修改原有车子发电机充电控制器，根据电池电量情况调节充电，尤其是刹车时和滑行时由控制器发指令给充电控制器略微提高充电电压控制发电机全力发电，发出的电量对电池进行充电达到能量回收降低油耗和排放。

4.根据权利要求1所述的一种新型自动启停系统，其特征在于，所述智能化控制策略还包括，所述系统采用智能统计分析对驾驶状态进行自学习；对于客户认定的某些不利于系统的特殊驾驶状态，也可免于启用自动启动功能。

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