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驱动管理系统及停功能|奔驰/宝马/大众/奥迪车技术剖析

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在释放制动后,驾驶人加油,发动机将自动起动。起停装置功能经发动机管理系统实施,并集成安装在发动机控制器软件中。起停功能协调单元的输入信号分为以下三组:驾驶人意愿/行驶情况表现、部件协调、涉及安全性的系统状态。汽车处于起停功能暂时关闭状态。起停系统故障:15号端子激活。在其中一个涉及的起停功能部件出现不可逆的故障,会显示“故障”。

驱动管理系统及停功能|奔驰/宝马/大众/奥迪车技术剖析

帕萨特Bluemotion最重要的技术特点在于其安装的起停(Start-Stop)系统,该系统能减少高达10%的油耗,并且在都市道路上能更显著地实现节能。值得一提的是,发动机堵车时能够自动关闭,同时还可以避免噪声的产生。

工作过程:手动档车型遇到红灯时,驾驶人进行制动使车辆完全停下来,将档位换入空档并完全释放离合踏板后,控制系统自动将发动机熄火。绿灯放行时,驾驶人踩下离合器,发动机则自动重新起动。驾驶人挂入档位即可继续前行。而自动档车型的操作更为简单,驾驶人只要施加完全制动使车辆停止,发动机则自动熄火。在释放制动后,驾驶人加油,发动机将自动起动。这种节能的驾驶方式并没有改变人们日常的驾驶习惯,不会给车主带来任何使用上的麻烦。然而,却带来了显著的节能减排效果。

1.起停功能简介

能源的涨价和更加严厉的废气排放法规的出台,促使人们不得不为汽车的驾驶寻找节省能源或减少废气排放量的种种可能性。

基于这个出发点,上海大众开发出了带有一种起停装置的帕萨特BlueMotiom,这个装置能使车辆在铁路栏杆或红绿灯前停车时,发动机自行短时熄火,在重新开始行驶时,不需要操作点火开关钥匙,发动机会再次起动。

该系统能够降低燃油消耗,发动机在停车时自动切断,在驾驶人想要出发时,发动机又自行起动。一旦车辆起动后以3km/h速度行驶约4s,起停装置模式便激活。

起停装置功能经发动机管理系统实施,并集成安装在发动机控制器软件中。起停装置的一个重要地方是对蓄电池的放电状态能否允许再次起动发动机进行判断。这个过程也被称为起动电压预测。它说明对与发动机重新起动有关的所有特性和数值的分析评估。为此,需对蓄电池的状态和发动机特性曲线持续进行分析。

在起动电压预测的基础上,确定是否能够执行起止运行,并确定必须关闭某些用电器以保证功率需求不再继续升高。目前涉及的用电器包括:座椅加热,后窗玻璃加热,后视镜加热。它们在发动机重新起动前和起动过程中都被切断。

2.起停功能工作过程

(1)起停功能工作过程(MQ)见图7-1。

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图7-1 起停功能工作过程(MQ)

(2)起停功能工作过程(DSG)见图7-2。

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图7-2 起停功能工作过程(DSG)

(3)起停系统结构与工作条件见图7-3、图7-4。

起停功能协调单元:协调发动机的自动停止和起动,集成在发动机控制单元中。起停功能协调单元的输入信号分为以下三组:驾驶人意愿/行驶情况表现、部件协调、涉及安全性的系统状态。

驾驶人意愿/行驶情况表现:起停功能关闭开关E693(来自发动机控制单元,01h);加速踏板(来自发动机控制单元,01h);制动灯开关(来自发动机控制单元,01h);调车识别(来自变速器控制单元,02h)则禁止停止发动机;

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图7-3 起停系统结构

E693—起停功能关闭开关 F36—离合器开关J500 G79—加速踏板位置 G701—空档档位识别 G62—发动机冷却液温度 J623—发动机控制单元 B—发电机 J500—电子机械转向控制单元 J104—ABS控制单元 J367—蓄电池监测控制单元 A19—DC/DC稳压器 J791—半自动泊车系统 J533—网关 J519—车载网络控制单元 J234—安全气囊控制单元 J255—自动空调控制单元 J285—组合仪表

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图7-4 系统结构

部件协调:发动机冷却液温度是否超出运行极限(运行极限25~110℃);发动机怠速提高(发电机负荷>85%);前窗玻璃加热装置是否打开;蓄电池充电状态(充电量SOC应≥60%,(SOC=status of charge);空调设定的额定温度与实际温度偏出过大(热温差大于10℃,冷温差大于8℃);

涉及安全性的系统状态:识别到碰撞信号(来自安全气囊控制单元)起停功能锁闭;真空传感器(制动泵)(来自发动机控制单元,01h);转弯角>270°(电动机械助力转向控制单元,44h),则禁止停止发动机,确保快速转弯;车辆倾斜>10%(来自ESP控制单元,03h)则禁止停止发动机;驾驶人安全就座识别(安全气囊控制单元,15h),否则禁止停止发动机。

SOC可以通过读取J367的数据块得知(图7-5):

①点火钥匙打开上电,进入车辆自诊断,诊断设备用5163(图7-5a)或者5052(图7-5b)。

②点击61地址蓄电池数据管理模块,点击“下一步”按钮

③点击“011测量值”,点击“下一步”按钮。

④右侧键盘区输入19,点击“Q”-屏幕上第一个百分数为SOC值,记录。

⑤直接退出测量环境

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图7-5 读取J367的数据块

3.起停系统状态的定义以及仪表显示含义

起停系统激活状态:15号端子激活。车速超过3km/h,持续4s。如果有车辆调头识别则车速要大于10km/h。踩住制动(自动档)或踩制动置于空档松离合(手动档),其他系统条件满足,即进入起停系统激活状态。

处于起停系统激活状态的汽车:当发动机熄火时显示的如图7-6所示,当重新起动时,该显示内容消失。

起停功能暂时关闭:15号端子激活,起停模式按钮(E693)按下或驾驶暂时离座(30s内驾驶人安全带和制动踏板的电路断开再闭合)。

处于起停功能暂时关闭状态的汽车:当驾驶人踩停汽车时,车辆行驶状况满足系统开启条件,但由于其他条件不满足,汽车处于起停功能暂时关闭状态。执行此显示方案。当驾驶人踩停汽车期间(发动机熄火,系统状态是激活)激活的设备发出重新起动的请求时(比如打开了空调,额定温度与实际温度差大于8℃)发动机重新起动,亦执行此显示方案。汽车处于起停功能暂时关闭状态。

起停系统闭锁:15号端子激活。由于驾驶人长时间离座(离座超30s)系统会提醒驾驶人“关闭点火开关”(仪表和声音),30s后系统闭锁。

起停系统闭锁:15号端子激活。在系统闭锁的状态下如果有激活的设备发出重新起动的请求时,执行此显示方案(例如如驾驶人切换P位到D位,松开制动踏板时)。

注意:此状态下,15号端子是激活的。蓄电池电能有消耗光的可能。

起停系统故障:15号端子激活。在其中一个涉及的起停功能部件出现不可逆的故障,会显示“故障”。

4.起停系统电路控制系统

(1)电路控制方案

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图7-6 当发动机熄火时的显示

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图7-7 起停系统电路

E693—起停模式按钮 J623—发动机控制单元 J519—BCM控制单元 T6e/1—开关功能提示灯 T6e/3—开关位置照明灯 T6e/4—开关15供电 T6e/5—开关信号线 T6e/6—开关接地线

起停系统电路见图7-7。起停系统闭锁时,如果有激活的设备发出重新起动的请求时每1.5s交替显示“手动”和“起动”。下面的这些条件(图7-8)会使起动停止系统工作中断,此时系统的状态是系统闭锁。

主动参与系统(控制单元):由于安全性、功能性、部件保护、法律规定,或在一些情况下对驾驶人而言不是非常介意的舒适性损失而阻止发动机停止或请求自动重新起动的那些控制单元。

帕萨特车型上的主动参与系统有:发动机控制单元、变速器控制单元、ESP(J104)网关、车身控制单元BCM、空调、蓄电池监测控制单元、助力转向(J500)、安全气囊控制单元。

非驾驶人意愿的重新起动(按需起动)条件如图7-9所示。

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图7-8 起动停止系统工作中断条件

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图7-9 非驾驶人意愿的重新起动条件

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图7-10 通过引导性故障查询来测量静态电流

(2)蓄电池监控控制器J367 BDM

J367作用:蓄电池监控控制单元J367向J533(集成在网关中的蓄电池能量管理模块J520,诊断地址61)提供的信息:蓄电池温度、蓄电池电压、蓄电池电流。

在J520中储存了所有有关蓄电池的数据。因此,更新蓄电池时必须编码/匹配下列信息:蓄电池制造商、容量、蓄电池数据。按照引导型故障查询进行其他输入,如图7-10、图7-12所示。

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图7-11 通过引导性故障查询来测量静态电流

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图7-12 J367安装位置及控制图

测量蓄电池电流(图7-13):在蓄电池负极上测量蓄电池电流。蓄电池负极中的所有电流流经J367,通过分流电阻准确显示。分流电阻是一个毫欧电阻值。在分流电阻上下降的电压与流过的电流成比例。由此可以计算出流入或流出蓄电池的电流。

测量蓄电池电压:通过电压测量直接在蓄电池正极上确定蓄电池电压。为此将接地导线从正极接至蓄电池监测控制器J367。

测量蓄电池温度:J367中的NTC温度传感器用于测量蓄电池温度,因为它可直接安装在蓄电池上,所以可通过该测量装置可靠地确定蓄电池温度(图7-14)。

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图7-13 测量蓄电池

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图7-14 蓄电池监测控制单元J367 BDM控制

蓄电池监测控制单元J367 BDM(内装有蓄电池传感器)

J367 BDM电路信号状态(图7-14):T2r/1-LIN数据通信线、T2r/2-供电线30、诊断地址61。

(3)带电眼指示器湿式蓄电池(EFB)(www.xing528.com)

电眼可以通过一个颜色指示器提供有关蓄电池电量状态和酸液液位的信息。利用电眼进行目测蓄电池状态,请用旋具的手柄小心敲打电眼。任何气泡都会造成色散影响指示器的检测。气泡去除后,电眼的颜色显示更加准确。

电眼指示器有两种不同颜色:黑色——正常、白色——更换。

蓄电池充电注意事项:起停系统中,外接充电器充电时,充电器的负极不能接在蓄电池的负极上,必须连接到发动机(车身)的接地。这是因为蓄电池负极连接了BDM,如果接蓄电池的负极,电流没有经过BDM,BDM不能检测到电流,需要时间重新计算蓄电池充电状态。

在蓄电池更换后,BDM同样需要基本设定。但通常正常行驶5min就可以。

蓄电池外接充电:起停系统中,正确的外接充电方式为:充电器负极连接到负极端子接地螺栓处。

如果采用如下的充电方式:充电器负极接在蓄电池的负极上,或者拆下蓄电池对其进行车外充电,则BDM(蓄电池数据管理模块)需要进行自学习后,才能识别实时的SOC(蓄电池电荷量)。

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图7-15 自学习步骤

自学习可以参考图7-15所示方式完成:KL15上电5s;发动机起动2s;发动机关闭15s;KL15断电。以上步骤循环10次。但对于用户来说,不需要按照此步骤,正常行驶5min左右就可以进行自动识别。

(4)被动参与系统(控制单元)

我们将需要有关发动机当前运行状态(停止或重新起动)的信息,但是对起停运行不产生任何影响的控制器称之为被动参与系统(控制单元),即:通过接收所有起停功能信号,参与系统能够对预计到的电压干扰采取应对措施,或对能量分配进行调整,以便确保尽可能长时间的停止状态。

帕萨特车型上的被动参与系统有:车门控制单元(玻璃升降)、天窗控制单元(玻璃移动)、车身控制单元BCM(J519)、车外后视镜加热、后风窗玻璃加热、座椅加热。

例如后风窗玻璃加热:起停系统激活,按下后风窗玻璃加热开关,BCM控制加热继电器吸合;当踩制动后,BCM断开该继电器,加热开关功能等依然亮。当发动机重新起动后,BCM再次接通该继电器。所以,BCM执行后风窗玻璃加热之功能是“被动”地参与了起停功能。车外后视镜加热和座椅加热的工作逻辑设计类似。

(5)发动机熄火时大功率用电器的状态

根据“起动电压预测”的具体情况,来判定起动停止系统是否可以使用,或者是否需要关闭某些用电器(以避免用电需求过大)。目前涉及的用电器有座椅加热装置、后风窗加热装置、后视镜加热装置。这些用电器在发动机再次起动前会被关闭,并在发动机起动过程中不工作(被锁止)。

①发动机熄火时,关闭灯/收音机:电流约8.5A。

②发动机熄火时,打开灯光/关闭收音机:最大电流约17.8A。

③发动机熄火时,打开灯光和收音机:最大电流约18.9A。

④发动机熄火时,测蓄电池电压12.6V。

⑤发动机运转时,测蓄电池电压14.7V。

以上测量电流和电压数供参考。

在发动机重启时(起动电动机运转时),摇窗电动机暂停,在起动完成后,保持先前状态。车辆暂停时(熄火),摇窗电动机能正常工作。

(6)起动时的稳压控制

满足开启起停系统的先决条件,发动机控制单元必须协调起停系统与车辆其他系统之间的工作。

与不带起停系统的车辆相比,由于需要频繁起动发动机,所以必须要监控蓄电池电压和发电机的充电工作情况。在发动机重新起动过程中,通过一个稳压器使下列用电器供电电压保持在约12V,确保车内乘客不受干扰。包括收音机、导航装置、车内鼓风机、组合仪表、转向柱控制单元J527。

200W稳压器A19(图7-16):安装在杂物箱后面。对于带有起停系统的车辆,由于日益增多的起动过程导致车辆蓄电池负荷过大,以及在起动时蓄电池电压下降到12V以下。为了避免客户在起动时失去舒适感,对于所有带有起停系统的车辆都安装有稳压器A19(DC/DC变压器=直流电压变压器)。该装置在起动时从车辆电源电压产生一个稳定的供电电压,用于所选的用电器(仪表T32e/32和转向柱控制单元J527 T16a/1)。

具体工作过程(关闭点火开关时)(图7-17):该稳压器是一种DC/DC变压器。变压器的核心部件是一个电子蓄能元点火开关关闭件(大容量电容器),它可以将电能存储一定的时间。另外还需要有一个内部电子开关(晶体管),该开关用于控制蓄能元件内电能的流出。

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图7-16 稳压器A19

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图7-17 关闭点火开关工作原理

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图7-18 打开点火开关工作原理

具体工作过程(打开点火开关时):如果点火锁转到“点火开关打开”状态,接线端15通电,稳压器开启。于是蓄能元件(大容量电容器)开始充电,以便让稳压器达到其200W的J285最大功率,用以抵消电压降。用于控制蓄能元件的内部开关就断开了。稳压器现在就处于备用状态了。

具体工作过程(起动机工作时)(图7-18):随着起动机起动(接线端50通电),稳压器由接线端50R(R=反馈)接收到一个开启信号。这个开启信号会J285将开关合上。于是存储的电能就会从蓄能器(大容量电容器)中流出,用以补偿电压的波动。随后开关又断开,蓄能元件开始重新充电(图7-19)。

A19稳压器电路信号状态(图7-20):T12a/1-输入30供电,T12a/2-接地线,T12a/3-供电(15),4-50R起动时:12V,T12a/4电压信号,T12a/7-输出30(稳定电压供仪表、收音机等)。

(7)起停电动机控制系统

每次起动两个继电器依次接通(如图7-20和图7-21所示),J623接通两个继电器的先后次序每次起动时会不同,先接通的继电器由于没有负载,从而可以认为没有受到电弧冲击,所以可以达到延长起动继电器的寿命。

新的工艺和结构设计,使起动机的使用次数由普通起动机50000次提高到250000次。

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图7-19 起动机工作

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图7-20 起停系统稳压器控制电路

(8)发动机转速传感器G28

新型转速传感器G28带有曲轴反转的检测功能(如图7-22和图7-23所示),可以精确确定曲轴位置,使起动更平顺。

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图7-21 起停电动机控制电路

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图7-22 G28工作波形(1)

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图7-23 G28工作波形(2)

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图7-24 G28传感器

新型的发动机管理通当发动机熄火时过转速传感器G28可以检测发动机的反转。这意味着当熄火后,发动机控制单元还是可以检测到曲轴转动的范围。正常情况下,假设曲轴总是向右转的。作为约定,曲轴可能的左转(停转的最后那一刻),而一般发动机控制单元对于向左转没有考虑。早些的发动机控制单元忽略发动机停机前的左转,这意味着,当发动机再次起动时,控制单元会假设一个不准确的活塞位置。为了起动容易且快,带有起停功能的车辆装配的发动机配置有这种可以检测反转的传感器—G28(图7-24)。

普通霍尔传感器内部工作有2个霍尔元件,可以检测方向的霍尔传感器内部有3个霍尔元件。一个霍尔元件检测上升沿(靶轮齿接近时该霍尔片的)电信号,另一个霍尔元件检测下降沿(靶轮齿接近时该霍尔片的)信号。第三个霍尔元件布置在这两个之间,但距离不均匀,这种非对称的布置就是用来判断曲轴的反转的。

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图7-25 不带旋向识别的发动机转速传感器波形

这两个图(如图7-25所示)是普通转速传感器在不同转速的波形比较,注意示波仪时间刻度的设置,在转速提高时高低信号电压的时间变短。

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图7-26 带旋向识别的发动机转速传感器怠速波形

这个图(图7-26)的时间设置同以前。波的最大振幅不够精确,以至于低电压显示不出是否完全到0V。这是因为低压的宽度与正常比较是非常小的。传统的示波器时间设置是不理想的。

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图7-27 带旋向识别的发动机转速传感器波形

将示波器的时间设快点,波形显示更加精确,低压到0V也显示出来了(图7-27)。信号依然是频率波,不同的是低电压的宽度不随曲轴右转而变化。低压宽度的变化是反映给控制单元曲轴是否有右转变成左转。这两个图都是右转。

曲轴向左旋转的低电位信号是曲轴向右旋转低电位的2倍(图7-28)。这样,发动机控制单元可以识别曲轴的向左回位,从而准确估算出曲轴停止后活塞的位置,这样可以使下一次发动机很快的起动。

5.起停系统诊断

蓄电池调节(即集成在网关中的蓄电池能量管理模块J520)编码,如图7-29至图7-33所示。

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图7-28 带旋向识别的发动机转速传感器波形

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图7-29 蓄电池诊断模块J367编码

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图7-30 可激活或停用车辆中的起停系统组件

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图7-31 J367编码含义

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