车辆的发动机自动启停的方法与流程

本发明涉及一种车辆的发动机自动启停的方法以及执行该方法的电子控制系统。

背景技术：

随着中国乘用车市场在2009年突破1000万辆之后，乘用车的销量以后的四年中逐年增加，同时中心城市交通更加拥挤，其尾气排放对城市环境的影响也逐步受到热议，尽管其对当前大城市的细小微粒以及排气污染对整体大气污染的影响的具体比例仍有争议，但是不可否认的是城市中心区乘用车的大量使用对中心城区的空气污染不容忽视，国内主要大城市也相继推出限制号牌的政策，以期降低城市交通拥挤和减少尾气排放，减少乘用车的空气污染。在城市工况下，红绿灯和交通拥堵的原因，怠速等待工况较多，低速和怠速工况的燃油消耗率较中高速工况高许多。

技术实现要素：

为了解决车辆载低速和怠速工况下尾气排放的问题，本发明提出将这些工况下的发动机停止工作，用蓄电池为整车上中小负荷用电负载做短时间的供电，在发动机工作效率高的中高速工况为蓄电池充电，则可以节约部分燃油，同时减少了尾气排放量。当发动机工作在中高负荷时，通过监测蓄电池的电池容量，蓄电池的温度，蓄电池的电压和蓄电池的老化状况，调节不同充电模式和电压，使得蓄电池能够以最快和有利于使用寿命的方式完成充电。

根据本发明的控制具有自动变速箱的车辆发动机自动启停的方法，包括检测关于车辆的车速和刹车踏板的位置的信号，其中，当刹车踏板的位置下降到超过第一预定位置，并且车速在刹车的作用下小于预定门限值时，控制发动机进入自动停机的工作状态；当刹车踏板的位置上升到第二预定位置时或者刹车踏板的位置上升的速率超过预定的门限值，控制发动机重新启动。在发动机转速1200转每分钟、车速在20千米每小时以下，同时刹车踏板的位置下降到超过预定值，控制发动机进入自动停机状态。所述第一预定位置低于所述第二预定位置。

根据本发明的控制具有手动变速箱的车辆发动机自动启停的方法，包括检测关于车辆的车速和离合器踏板的位置的信号，其中，当离合器踏板的位置下降到超过预定值，变速箱的档位处于空挡状态，并且车速在刹车的作用下小于预定门限值时，控制发动机进入自动停机的工作状态；当再次踩下离合器踏板并达到预定位置时，控制发动机重新启动。当检测到档位不在空档时，不能触发自动启停控制功能。

根据本发明的优先的实施例，检测蓄电池的状态信息；以及检测整车设备发出的功率请求，当发动机进入自动停机状态，控制该蓄电池提供整车的设备供电；如果蓄电池无法满足整车设备发出的功率请求，则控制发动机重新启动。检测蓄电池的状态信息包括检测实时的蓄电池的电流，蓄电池的端电压，蓄电池的温度，当前充电量，蓄电池的启动功能、蓄电池的使用寿命的老化。

自动启停控制功能通过控制面板上的模式选择按钮触发，并且通过自动启停控制功能指示灯指示自动启停控制功能的状态，当进入自动启停控制模式时，模式选择按钮闪烁，发动机转速表的指针指示在非零转速的自动停机刻度指示位置。

在发动机从自动停机状态重新启动时，控制电子节气门快速打开，并且控制用于变速箱油蓄能的电子泵提供高压的变速箱油。在较低的发动机转速时，延迟地控制车辆的串联式启动马达的转动线圈和啮合齿轮的伸出线圈。

根据本发明的优先的实施例，包括检测发动机前舱盖状态位置信息，其中当发动机舱盖处于打开状态时，停止发动机自动启停的功能。还包括检测驾驶员侧车门位置信号、驾驶侧安全带插入信号，其中当判断驾驶员离开驾驶位置，停止发动机自动启停的功能。还包括记录发动机的双向凸轮轴的位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆的电子控制系统，执行上述发动机自动启停的方法。

附图说明

图1示出了具有手动变速箱的车辆发动机自动启停的方法的示意图；

图2是适用于双离合自动变速箱配置进气道多点喷射发动机的自动启停的方法的示意图。

具体实施方式

配置手动变速箱档的自动启停控制系统的主要结构见图1。当检测到整车处在自动启停控制模式下工作时，通过离合器的状态触发自动启停控制的进入和退出，自动停机和自动启动时变速箱的控制档位在空档；配置双离合变速箱自动启停控制系统的主要模块有：车身控制模块，智能电池监测系统，串联式马达总成，12V蓄电池，可控直流发电机，发动机控制模块，仪表面板显示，空调控制模块，变速箱控制模块等，模块之间的控制和通信联系见图2，其在驾驶中进入和退出自动启停控制模式是通过刹车踏板来控制，自动停机和自动启动时变速箱的控制档位在驱动档位一档，因此需要有效的控制发动机启动时的转速上冲量，以减少启动时的抖动，同时要有足够的发动机上冲量以保证启动的可靠性。

如图2所示，该自动启停控制系统在手动变速箱自动启停控制系统（图1）的基础上设计而成。发动机自动启停控制功能是指整车在点火钥匙没有关闭的情况下，但是不需要用发动机工作的时候，如交通灯，堵车或临时停车等待的时候，自动停止发动机工作，并且当驾驶者希望再次起步的时候能够自动启动发动机，以达到降低油耗，减少排放的目的。该控制系统以车身电子控制模块（BCM）作为控制中心，同时CAN总线和LIN总线作为整车通讯渠道，整车动力系统搭载了传统的进气道多点喷射增压发动机和双离合变速箱，实现了整车驾驶过程中的自动停止发动机工作和自动启动发动机工作。通过监测当前蓄电池的状态并预测下次发动机启动时的电池状态，确定蓄电池是否有足够的能量支持发动机进入自动启停模式。该系统与带手动变速箱的自动启停控制系统工作时的最大区别是在自动启停过程中，双离合变速箱自动启停控制系统在自动启动时的档位是在驱动档的一档，而手动变速箱自动启停控制系统是空挡。

在仪表板总成（IPC）中集成了自动启停控制的功能模式选择按钮，在默认状态下选择按钮指示灯是灭的，默认选择自动启停的功能模式；当客户按下按钮后，指示灯亮，该信号通过车身电子控制模块（BCM）发至总线，并关闭自动启停的功能模式。

发动机启动时，系统默认是自动启停模式，发动机启动达到热机状态后，发动机启动所消耗的能量较小时，即可以进入自动启动的工况，为保证蓄电池的使用寿命，采用了可控式直流电机为蓄电池充电；为提高燃油经济性而设置自动启停的进入条件，在自动停机模式里，通过监测蓄电池放电状态和用电负荷的需求，合理触发发动机进入启动工作。

自动启停控制系统功能指示灯显示熄灭时自动启停控制功能模式起作用，可以通过控制面板上的模式选择按钮关闭该功能，此时自动启停控制系统功能指示灯显示点亮，并显示为绿色，当进入自动停机阶段指示灯改变颜色为黄色，并按照一定频率闪烁，同时发动机转速表的指针指示在1000转每分钟刻度和0转每分钟两个刻度之间的自动停机刻度指示位置。

对于没有自动启停控制功能的整车在刹车系统的作用下，车速逐渐降低至零，发动机进入热怠速控制，等待发动机控制输入信息，怠速时由负荷较小时由发电机为整车用电设备提供供电，负荷较大时发电机不足时蓄电池参与提供电能，但是发动机仍然在运转，消耗燃油，并产生废气。

不同的是，装有自动启动控制功能的整车在选择自动启停的模式后，带有手动变速箱的整车在离合器达到一定深度，变速箱与发动机的啮合完全脱开，变速箱的档位处于空挡状态，当车速在刹车的作用下滑行到小于一定门限值时，进入自动停机的工作状态；当再次踩下离合器并达到一定门限值时，自动启动发动机工作，在自动停机期间，蓄电池为整车电器提供电源，发动机处于不工作的状态。如果检测到档位信息不在空档时，则不能进入自动启停控制功能。

对于自动变速箱系统，根据驾驶员操作的刹车踏板的深度和车速信号，当车速降低到小于某一门限值同时加速踏板的位置深度超过一定值时，发动机进入自动停机状态。为了更多的节约能量，可在发动机1200转每分钟和整车车速在20千米每小时以下，同时刹车踏板的位置深度超过标定门限值后，发动机即可停止工作进入自动停机状态。此时的整车的设备供电由蓄电池提供，如果需要空调压缩机等大功率用电器工作，车身控制模块BCM根据智能电池管理系统IBS发出的蓄电池的状态和空调压缩机控制模块ECC发出的功率请求，判断蓄电池状态是否能维持空调压缩机持续工作，如果不能，则请求发动机启动，由发动机直接提供空调压缩机能量，如果蓄电池能够维持其工作，则不启动发动机。当刹车踏板的位置上升到某一门限值时，发动机重新启动进入工作。

为保证启动的快速性，在每个采样循环中，如果发现刹车踏板的位置上升的速率超过标定的门限值，则快速启动发动机；在自动停机过程中，发动机转速表的指针停在非零转速的专门刻度位置，同时闪烁自动启停控制按钮的指示。为保证再次启动的快速性和稳定性，控制断油后的电子节气门体快速打开使得进气快速增加，保证驾驶员在随时改变主意工况驾驶时发动机快速响应，专门用于变速箱油蓄能的电子泵为再次启动时的变速箱换挡提供高压的变速箱油，以克服发动机刚启动时变速箱油压不足导致的抖动。

对于处于坡道上的车辆，电子刹车控制模块EBCM把坡度信号传递到总线上，ECM接收到坡度信号并在坡度大于一定度数的情况下启动发动机时，在刹车踏板完全释放后仍然保持一到两秒的刹车，保证向上坡度上的自动启动工况动力输出的及时性。为了达到更好的驾驶性在坡度和平地分别采用不同的刹车踏板门限值来控制发动机自动启停控制功能的进入和退出，采用刹车踏板低门限值进入和高门限值退出以增加启动的稳定性和响应的即时性。

参考附图1和附图2，在自动启停控制系统中，蓄电池的使用次数大量增加，在原有蓄电池组的基础上，增加了用于监控蓄电池状态的智能电池控制模块IBS，其通过LIN总线向BCM传递实时的蓄电池的电流，蓄电池的端电压，蓄电池的温度，当前充电量SOC（state of charge），蓄电池的启动功能SOF（state of function），蓄电池的使用寿命的老化SOH（state of health）等六个方面的信息。

蓄电池的能力管理算法存储在BCM中，通过充电电压来优化蓄电池的电压水平和当前充电量，保证充电过程对蓄电池的寿命的损害降到最低。BCM通过高速CAN总线发送这些信息给ECM，ECM里设计的自动启停功能的管理逻辑依赖蓄电池的信息来阻止进入自动停机模式或者使能自动启动发动机的请求，这些信息的优先级低于安全相关的条件低于自动启动发动机的请求；发动机控制模块ECM通过CAN总线接收到BCM发送来的优化充电电压转化成的百分比命令后，通过ECM离散的输入输出端口按照一定的频率输出要求百分比的脉宽调制信号到可控直流发电机的控制端，同时可控直流发电机的反馈端将发动机的场电流信息反馈到ECM的端口，保证蓄电池的使用寿命，达到更好的燃油经济性。

为了防止在发动机前舱盖在打开进行维修时发动机自动启动造成人身的伤害，需将前舱盖位置状态位置信息连接到ECM，发动机舱盖处于打开状态时，应该停止自动启停的功能，同时该位置状态也连接到BCM用于指示前舱盖位置信息。

当检测到驾驶员侧车门位置信号车门打开，同时驾驶侧安全带插入信号安全带没有插入超过一定时间时，判断驾驶员离开驾驶位置，停止自动启停控制功能，如果发动机在运行状态则不能进入自动停机状态，如果此时处在自动停机位置，则自动停止发动机，并且显示黄色指示灯，直至发动机钥匙关闭或者再次钥匙启动。

还通过使用双向凸轮轴位置传感器来记录发动机的转动位置，在发动机停机过程接近完全静止时通常发动机会前后摇摆，同步信息被记录下来，可以不必等待曲轴位置信号轮的启动缺齿信号来进行位置判定，启动和点火在一个接下来的发动机重启中能缩短的启动时间，同时能够避免发动机在负转速时发生发动机的喷油和点火，产生很高发动机倒转转速，损坏发动机。

参考附图2，发动机启动后，默认状态是启动自动启停控制功能，仪表板面板上的自动启停功能控制指示灯熄灭。ECM的自动启停控制功能逻辑检测硬件输入和CAN总线接收的信息是否满足进入自动停机的设定标准。如果满足则将相应的不允许进入自动停机标志位置零，如果有驾驶员侧的车门位置信号及安全带插入信号同时显示驾驶员离开驾驶位，或者检测到前舱盖信号打开，则不允许进入自动停机；只有当硬件输入都满足后，才允许进入自动停机。

在满足硬件信号输入逻辑的同时，还需要满足软件判断进入自动停机的条件。在发动机热机后，根据检测到的环境温度确定最低进入自动停机的发动机冷却液温度，如果可以进入自动停机的冷却液温度设置太低，则会有连续启停工况时催化器温度不足，使得催化器的转化效率有下降的风险；从变速箱控制模块TCM和BCM发到CAN总线的变速箱油温度，变速箱档位，变速箱油压力和蓄电池的信息都满足进入自动停机条件后，当ECM检测到刹车真空度超过标定门限值，刹车位置信号超过标定门限值同时车速低于标定门限值时，发动机进入自动停机状态，此时发动机停止工作，发动机转速表指示在启停控制功能的指示位置，控制面板指示灯进入闪烁的状态。

在自动停机期间，刹车踏板位置保持不动，发动机转速为零，车速为零。蓄电池为整车的收音机等用电设备提供电源。如果空调压缩机被要求工作，则启动发动机以提供足够的压缩能量；在自动停机期间，蓄电池的电能在各种工作的用电设备的消耗下，电量逐渐降低，如果停机时间较长，当IBS系统检测到的电池信息被传递到ECM时发现蓄电池的状态变为不能满足自动停机的条件时，启动发动机给蓄电池进行调节式充电，以保证蓄电池的能量。在高原环境下，长时间的刹车，会导致刹车真空助力的真空度不足，当电子真空泵也不足以提供足够的真空时，要启动发动机，以保证刹车的安全。在自动停机时的档位应一直保持在驱动档，如果档位发生变换，则启动发动机以快速响应驾驶需求。

在自动停机期间，如果没有外部信号触发发动机启动，则在驾驶员准备再次驾车离开时，通过松刹车踏板自动启动发动机。触发发动机启动信号的刹车踏板位置比进入自动停机的刹车踏板位置高一定标定值，可以提高启动的舒适性。从发动机发出启动信号到产生扭矩一般在0.3秒到0.6秒期间，为减少响应的延迟，当控制系统检测到在12.5毫秒的程序执行周期内刹车踏板的位置减少在百分之一到百分之二之间的一个标定幅度值时，控制系统立即发出启动信号，随着刹车踏板位置的逐步上升，发动机可以快速输出扭矩；如果刹车踏板被快速释放而且加速踏板被快速踩下，则ECM控制系统在启动时通过快速打开节气门体进入激进自动启动模式，使得更多的扭矩被快速产生出来，以提高驾驶性。

如果在自动停机时，从电子刹车控制模块EBCM发出的上坡坡度信号超过5度时，触发自动启动的刹车踏板信号要比无坡度时的刹车踏板信号高一定标定值。在自动启动过程中，即使刹车踏板完全释放，仍然保持一到两秒的辅助刹车，以保证驾驶员在从刹车踏板转移到加速踏板的过程中整车不会产生倒溜的可能；如果自动停机时车辆停在下坡，则采用平地时的自动启动触发的刹车踏板位置标定门限值。

本发明采用了串联式结构启动马达，马达的转动线圈和啮合小齿的伸出线圈分别由两个独立的控制端子控制。当发动机从开始进入自动停机工况到发动机完全停止的0.6秒到1.5秒的停机过程期间，发动机仍有转速，在停机的最后阶段可能出现负转速，停机期间如果收到改变主意工况的请求发动机启动信号，根据改变主意工况的请求发生时的发动机转速不同，采用不同的启动策略。转速较高时，可以通过直接恢复供油来让发动机转速恢复；转速较低时，分别采用速度转速匹配模式和低速啮合匹配模式两种匹配模式来缩短从改变主意工况的请求发生时刻到发动机转速恢复到扭矩输出时刻的时间。在速度转速匹配模式中，采用先控制马达的转动线圈动作，然后控制马达的伸出线圈，并在一定马达转速的情况下将马达和发动机啮合。在低速啮合匹配模式中，采用先控制马达的伸出线圈动作，然后等待发动机负转速快结束再控制马达的转动线圈动作。其中在速度转速匹配模式中，根据电池的电压和电池的温度对两个控制线圈之间的延迟的时间进行修正。当改变主意工况发生时发动机转速在20转每秒以下时，则等待发动机完全静止后再采用正常模式启动，以防止可能的发动机负转速对启动马达的硬件产生损害。

无论在何种自动启动模式，如果ECM控制系统检测的发动机启动不成功，则立刻重置启动事件寄存器，进入正常的钥匙启动模式。