改发动机自动起停控制，引入AMT技术

在红色交通灯和交通堵塞的情况下，汽车不能行驶，普通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。发动机自动起停技术能使汽车发动机在怠速条件下自动熄火，停止给发动机供应燃油以节省燃油并停止废气排放，这是一举两得的好事，因而出现了BSG（带传动）、ISG（集成）的怠速起停系统。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，自动起停做得比较好，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。

现有的一些轻混系统增加的成本不高，车辆自动起停系统常在原有基础上加装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无法燃烧，这些没有燃烧的混合气体会从排气管排出造成污染。这是这些简单系统的缺点。

在驾驶人要求起步时，有些系统靠驾驶人踩离合器、挂到空档后才能自动起动发动机。发动机起动后，再踩离合器、手动挂到需要的档位、接合离合器再开始起步，这虽实现了怠速下自动停发动机，但是起步的整个过程要求驾驶人的动作比较多，尤其是时间比较长，这很难满足驾驶人的舒适性要求。

出于安全考虑，一般高级自动起停系统要求只要发动机点火开关钥匙打开，那么在发动机舱盖一打开时就立即自动起动发动机，这样在维修时就不会遇到发动机意外起动的危险情况，这也要求维修人员必须拔出钥匙后才能停掉发动机和修理发动机部分。当然这种方法不能避免维修人员从车底下伸手进入发动机舱时发动机自动起动可能造成的伤害。而且这个方法增加了发动机怠速运转的机会，增加了油耗和排放，这与自动起停的目的有点相悖。

一些自动起停系统还对驾驶人是否在驾驶位上进行检测，以避免当驾驶人不在驾驶位时自动起动发动机，但这必须要有一个驾驶人在位传感器才能实现。

有些系统加用电动空调机以备在怠速停发动机时使用。在这个情况下，空调全由电池供电，但原有车载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发电机效率、充电效率、放电效率、电动机效率4级转换，使其整个效率大为下降。在怠速下，由发动机直接驱动空调机效率是低，但也不逊于电池驱动，而且还可以长时间使用空调。

在配置有AMT的车辆上实现怠速起停是十分容易的事。其理由是AMT可以轻松地代替驾驶人自动熄火、自动换档、和自动启动发动机。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）的通信来实现，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。即使在不能和ECU通信的情况下，也可能通过一些非常手段来实现，比如切断喷油器控制电源，但不切断火花控制电源。这样避免了未燃烧的汽油排出造成污染。

自动熄火后，在交通灯变绿或交通堵塞改善的情况下，驾驶人一踩加速踏板，汽车应起步前进。怠速停车后汽车重新起步时可以用三种方式之一进行：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来驱动车辆。这三种方案都通常应用于混合动力系统，可根据车子的配置和起步转矩的大小和系统状况来决定，比如说混合动力系统里驱动电动机出了故障或电池电力不够，只能由发动机控制起步。相应当发动机有问题时，只能由电动机控制起步。再有如混合动力公交车上大坡起步，可能需要两个动力源一起出力起步。第一种方式可用于普通车辆的简易怠速停车系统，因为普通车辆的发动机起动电动机功率很小，不够力量驱动车辆。

针对传统燃油车辆来实现简易怠速停车功能，并不需要加很大的驱动电动机，可以使用车上已经配置的发动机起动机，但要求起动机耐久性要高于没有自动起停的车辆，因为起动次数比传统无自动起停的车多几倍。自动起停系统也不是一定要加很大的发电机，而是仍旧使用原有的发电机对电池充电。也可使用原有的蓄电池，这样对汽车不需要进行什么改造就可以实现自动起停，成本也就很低。需要增加的是一个控制器，以控制发动机熄火和起动。为了保证发动机和电池的使用寿命不受到影响，有必要对充电和发动机熄火进行特殊控制。

当然，能加大发动机的起动机、加大发电机或用一个专用电动机取代发电机和起动机和加大电池容量，效果会更好，只是成本比较高，对汽车的改动比较大。

AMT有自动控制换档的优越性，它在TCU的控制下进行自动换档。带AMT的SG系统将会大大减少驾驶人的动作要求，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先断油，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1档或倒档但不接合离合器。当驾驶人一踩加速踏板企图起步时，立即用混合动力的驱动电动机低速驱动车辆起步。对没有大电动机的简易起停系统，则直接起动发动机，当发动机转速高于一定值后就开始自动接合离合器，这样离合器传递动力带动汽车自动起步。

另外在车子点火开关第一次接通时，不一定就要起动发动机让其怠速运转，因为这样既浪费能源又增加排放。应根据发动机温度决定是否允许开始起动发动机让其怠速运转升温。当发动机温度（发动机冷却液温度）比较低时，允许发动机起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保护发动机及改善燃烧和降低排放，并保证发动机有足够动力而不至于在起步时熄火。但当发动机温度比较高而驾驶人还没有踩加速踏板起步时，也可自动熄火省油。如点火开关打开时发动机温度比较高，控制器不允许起动发动机而只有在驾驶人踩加速踏板时才起动发动机，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。由于是自动换档，从踩加速踏板到车子开始移动的时间滞后会很小，因此舒适性较好。

为了安全起见，须通过对制动踏板的控制来判断驾驶人的存在和分析驾驶人的意图从而决定是否自动起动发动机。只有当制动踏板由原先踩下到完全放松的条件下才有可能考虑自动起动发动机。制动踏板在运动说明驾驶人的存在，这既降低了加装驾驶人传感器的需求还减少了油耗。

对于无CAN通信和非ETC的发动机控制系统，喷油器电源由一个电子开关或继电器控制。所以除了由车钥匙直接控制发动机的起动电动机外，还由起停控制器控制。起停控制器可以是单独的电子控制器，也可以由TCU组合到一起结合控制，这可大大降低成本和提高可靠性。

为了保证发动机的起动电动机、发电机、电池的使用寿命不会因为加上自动起停而受不良影响，可使用热能预测、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。(www.xing528.com)

采用起动机温度观测器对其温度进行预测而不是直接测量。当计算出的温度高于某一标定值时，不考虑使用自动起停而等待其冷却以保证起动电动机的寿命。

可用电池电能和效率来预测电池的状态，看它是否还有足以进行一次安全起动的电量。这样就可以确定是否进行自动起停以保证停发动机后完全可以再起动和可靠运行。如果电池容量充足就可以考虑自动停发动机。如果电池容量不足显然就不可以自动停发动机，一旦停了就不能再起动发动机了。按这样管理，就不要求更换更大容量的电池。其实没有很好的智能控制，电池再大，不断重复起动，也会损坏起动机和耗光电池。智能自适应控制是关键。

TCU还可兼顾不加装电动空调机但又需要空调的情况，可在空调工作时，不停止发动机，由发动机直接驱动空调，即不实施自动启停。只有不用空调时，才允许关发动机。

图15-5是实测的某自动起停系统怠速自动熄火后，驾驶人踩加速踏板起步的数据曲线。其中长方形的实线为制动信号，高位为踩住了制动踏板，低位为松开了制动踏板。

图15-5 熄火和起动过程

从图15-5可看出，从松开制动踏板快速去踩加速踏板的时间约为100ms。从踩加速踏板到发动机开始增速几乎是同时，而车辆开始起步则为踩下加速踏板700ms之后。

图15-6为另外一辆车测试得到的数据。从图15-6可以看出，当时间为128.2s时，车速为零，系统等待约1s，在129.2s时发动机关油熄火。由于发动机缸内已喷有燃油，加上发动机的惯性，发动机到130.3s时才真正停止。即在车速为零后2.1s内，发动机转速降为零，实际上发动机燃油在车速为零的1s之后就已被切断，发动机已开始省油和停止排放废气。

在136s时，驾驶人松开制动踏板，在270ms之后，发动机开始自动起动。经过185ms，发动机的转速已超过怠速转速，此时驾驶人还没有踩加速踏板。驾驶人踩加速踏板后，汽车开始移动。真正由于自动起停引起的滞后只是发动机起动到怠速的时间，在这次测试中起步滞后时间是270+185= 455ms，实际上这个滞后时间还可以缩短，因此它对驾驶感觉的影响是很小的。

图15-6 自动起停实车测试数据

在自动起停中，要考虑到驾驶人临时改变主意的情况。如刚刚熄火，驾驶人又要起步了。为了加快起步，控制器必须根据具体情况终止自动起停。

如发动机转速尚未降到不稳定区，则马上恢复供油就可以了。如果发动机转速已经降到不稳定区，即使恢复供油也不能使发动机重新运转起来，则只好等发动机转速降到零后重新起动发动机，以免起动时飞轮打齿。