图1 汽车发动机起动/停止功能条件控制流程图 Fig.1 The control flow diagram of start-stop function condition on automobile engine触发汽车怠速自动起步/停机是以汽车怠速启停系统功能已开启为前提,判别驾驶员下一步意图操作,根据图2、图3所示条件进行判别并对发动机怠速起步/停机实施控制。
图2 触发汽车怠速自动启动控制流程图 Fig.2 The control flow diagram of triggering automatic starting on vehicle idle
图3 触发汽车怠速自动停机控制流程图 Fig.3 The control flow diagram of triggering automatic stop on vehicle idle
图4 复合电源结构示意图 Fig.4 The Schematic diagram of composite power supply其中蓄电池直接对外输出功率,DC/DC转换器连接超级电容,通过追踪蓄电池端电压来调控超级电容电压协调工作[15]。这种方式可以将蓄电池电流控制在安全范围内,且由于超级电容与蓄电池端电压不需要保证一致,电压调节更具有灵活性,能量回收效率得到提高。
图5 制动能量回收控制策略 Fig.5 The control strategy of braking energy recovery发动机起步需求功率为正,且大于某一设定功率时,优先由超级电容提供功率;超级电容电量不足设定值时,则由蓄电池提供功率。若发动机需求功率不大于某设定值,则全部由蓄电池输出功率。发动机制动需求功率为负,且超级电容电量未饱和,则优先对超级电容充电;超级电容电量饱和后,则对蓄电池进行充电。
图7 行驶过程中电源SOC变化 Fig.7 The SOC value changes of power supply in the driving process单一蓄电池与复合电源中蓄电池充放电电流变化如图8所示。由图8可知,单一蓄电池电流变化比复合电源电流变化波动大,且回收制动能量时,超级电容吸收了大部分电流,说明通过与超级电容相组合,可避免大电流对蓄电池的冲击,蓄电池充放电电流更稳定,延长其使用寿命。对汽车在CYC-ECE循环工况工作时,制动损失功率进行仿真分析,结果如图9所示。由图9可知,采用复合电源的汽车制动能量比采用单一蓄电池汽车制动能量损失更低,说明复合电源的使用可以提高对制动能量回收率。
图8 单一电源与复合电源蓄电池充放电电流变化 Fig.8 The charge and discharge current changes of the single power supply and composite power
图9 车轮制动损失功率 Fig.9 The loss power of wheel in the braking
图10 试验台架结构 Fig.10 The structure diagram of experiment platform该试验台架启停系统控制原理为:发动机控制器ECU接收信号并进行判断,根据条件控制发动机停机熄火或者重启发动机。制动能量回收原理:启动发动机,使飞轮旋转,模拟汽车行驶的动能。系统接收信号并进行判断,当汽车制动滑行时,优先对超级电容充电,超级电容电量饱和后,由蓄电池会对制动能量进行回收;当汽车需要启动时,若超级电容电量充足,则由超级电容放电启动发动机,否则采用蓄电池启动。
4.2 试验结果分析
4.2.1 汽车启停系统试验分析通过实验对发动机怠速油耗及启动并怠速油耗进行分析,具体实验操作如下:启动发动机将水加热到85 ℃时,按下油耗检测仪同时开始计时 1 min,关闭油耗仪并记录期间发动机怠速消耗的燃油。然后打开启停开关,断开系列开关,使得满足停机条件,发动机关闭;接下来打开系列开关,使发动机重新启动,此时按下油耗检测仪同时计时1 min,关闭油耗仪并记录期间发动机怠速启动并保持运转所消耗燃油。重复试验9次,记录数据如表1所示。对表1中数据进行分析,按照6个CYC-ECE循环工况计算,折算为百公里油耗为6.39 L,理论仿真百公里油耗为6.7 L,误差为4.62%,证明仿真结果可靠;与传统汽车百公里油耗7.7 L相比,百公里油耗下降了17.01%,说明在城市交通状况下,汽车启停系统有着良好的燃油经济性。4.2.2 制动能量回收试验分析通过原起动机起动发动机,调节油门使飞轮转速达到2 000 r/min,关闭系列开关,使系统满足能量回收条件,开始能量回收试验,同时需要将发动机和变速器完全断开。表1 发动机油耗情况 Table 1 The fuel consumption date table of engine