某48V微混车辆钥匙起动策略优化与起动冲击控制

1 前言

基于48V技术的微混技术，是当前主流的低成本实现混动、降低油耗和排放的前瞻技术

，可以在对原有动力总成改造较小的情况下实现微混，达到降低油耗与排放的效果

。48V微混系统在车辆原有12V供电系统的基础上，增加了48V电机、48V电池及DC/DC模块，如图1所示。微混系统的核心部件48V电机，除具备传统12V电机发电功能外，还具有自动启停(Auto Start)、加速助力(boost)与制动能量回收(regen)的功能，既可以在自动起动(autostart)与加速工况下对发动机曲轴提供驱动力，辅助发动机动力输出更加平顺，提高车辆动力性与燃油经济性

，又可以作为曲轴负载提供车内用电并在车辆滑行过程中实现制动能量回收(regen)，进一步达到降低油耗的目的

。

48V微混车辆的起动策略分为key on start钥匙起动与auto start自动起动两部分。Key on start策略为：钥匙起动过程中12V电池为起动机供电，起动机拖动发动机曲轴转动至一定转速(crank转速)，发动机喷油点火，完成起动。Autostart策略为：自动起动过程中48V电池为48V电机供电，48V电机驱动发动机曲轴转动至更高的怠速转速后，发动机喷油点火完成起动

。带有启停功能的48V电机功率大(一般为10kW左右)，较之传统起动机(功率一般为1.5kW左右)起动能力更强，起动过程更加平顺、起动顿挫感小。某48V微混车辆出现了key on start(起动机起动)与auto start(48V电机起动)起动平顺性差异较大问题，key on start过程的起动冲击与座椅抖动较为严重。

按透平启动按钮。透平将按照预设的冷态升速暖机曲线升速，升速至800 r/min后程序自动停止升速，进行150 min的低速暖机。

本文针对某48V微混车辆key on start(起动机起动)起动冲击较大的问题进行研究，详细对比了起动机keyon start与48V电机auto start的起动过程与起动平顺性，在此基础上开发了全新的key on start起动策略，通过48V电机的介入辅助，改善起动平顺性。

2 Key on start与Auto start起动平顺性对比

某48V微混车辆key on start过程(起动机起动)起动平顺性较差，驾驶员可以明显感受到座椅抖动与冲击。而由48V电机完成的auto start过程起动平顺性好，驾驶员几乎感受不到座椅抖动。针对key on start与auto start的显著差异，进行起动抖动的理论分析与实车起动平顺性试验。

2.1 起动抖动的动力学传递

本文研究的48V微混车辆动力总成为前置，采用三点悬置系统，动力总成通过三点式悬置与车身相连。起动过程对车身响应来说属于瞬态冲击下的强迫振动。建立12自由度动力总成-车身动力学模型

，将动力总成与车身简化为刚体，各具有6个自由度，即3个延轴平动自由度与3个绕轴转动自由度

；动力总成与车身之间通过悬置连接

，3个悬置简化为3个相互垂直的线性弹簧阻尼原件

；悬架支撑在车身上，悬架简化为3个相互垂直的线性弹簧阻尼原件，假设车身通过4个悬架弹簧阻尼原件连接在刚性的质量无限的基础上。动力总成与车身原点取各自平衡位置质心，x轴指向汽车前进方向反方向，y轴平行于曲轴指向发动机前端，z轴垂直于xy平面并指向正上方。12自由度动力总成-车身动力学模型

如图2所示。

建立系统的运动微分方程为

：

(1)

2018年以来，中国家电市场整体面临的压力较大，从下图中的数据我们可以看出，2017年全年，中国家电市场零售额增速为11.8%，而2018年截至11月份，增速只有1.6%，大约只有去年全年增速的七分之一，今年的中国家电零售业可能将迎来整体“失速”的危机。

(1)试验对象：试验对象为某48V微混车辆，发动机为1.3T 48V Micro BAS 三缸发动机。

=diag(

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

)

(2)

式(2)中

为质量，

为转动惯量，下标

代表动力总成(

)，

代表车身(

)。

由式(4)可知，起动过程中发动机燃烧做功转换为发动机的旋转动能，起动瞬间由于发动机点火能量

较大，导致转速

在短时间内迅速上升，造成起动冲击，进而导致车内座椅冲击抖动，影响起动平顺性。故本文以起动瞬间发动机的转速上冲波动与驾驶员座椅振动加速度peakto peak值为评价指标，全面分析起动平顺性。并在实车上开展起动平顺性试验，试验介绍如下：

=[

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

]

(3)

式(3)中

，

，

代表延

轴，

轴，

轴的位移，

代表动力总成绕轴转角，

代表车身绕轴转角。

由动力学模型可知，起动瞬间发动机大爆发压力燃烧点火，会形成较大的冲击，冲击载荷

会通过悬置传递至车身，从而导致车内座椅抖动。Keyon start与auto start过程中，系统的质量矩阵

、刚度矩阵

与阻尼矩阵

不变，导致车身响应

变化的原因为两种起动模式下发动机的冲击载荷

不同。故在实车上开展起动平顺性试验，对比key on start与auto start的发动机起动过程与车内座椅抖动。

As the electrons velocity was v(E), for high electric fields, the validity of the drain current was[13]:

2.2 起动冲击动力学分析与起动平顺性试验介绍

起动过程中发动机点火燃烧，瞬间形成较大的起动爆发能量，克服发动机本身阻力等造成的能量损耗后，转化为动能推动曲轴旋转做功，带动发动机起动。根据能量法

建立动力学方程为：

(4)

由于实训项目的开展贴近行业实践，校企合作刚好为学生提供了参与企业实际项目的机会，并受到来自企业技术人员的专业指导，增强了课程内容的专业化水平。另一方面，企业也可以从学生参与项目的过程中，考量和挖掘人才。在实践教学的有力助推下，生命科学学院获批教育部“产教融合、协同育人”项目1项，填补了学院在该类项目上的空白，也为校企合作的纵深发展奠定了良好基础。

式(1)中

为动力总成与车身的质量矩阵，

为系统刚度矩阵，

为系统阻尼矩阵，

为位移向量，

为发动机激励向量。

注射日期或缴费日期通知错误对患者和/或患者家长心理造成不利影响：本研究中5个选项及总量表的分值与Cronbach’s a系数见表2。各项的首次问卷结果与第二次问卷结果均无显著差异；Cronbach’s a系数采用第二次问卷结果进行计算，均在0.7以上，提示量表具有较好的内部一致性，即能够稳定地测量到管理失误对患者和/或患者家长心理造成不利影响的表现；增加的“由患者自己记住治疗日及缴费日”项提示：患者为之可能造成的失误感到很担心。

(2)测点布置：

a. 振动加速度：驾驶员座椅左导轨外侧振动加速度

b. 发动机转速：为精确测量起动过程的转速冲击，测量发动机曲轴位置信号，转换为发动机转速信号，测试精度为曲轴每旋转6°。

(3)试验工况：key on start与auto start

应对场景：I）研究人员对其研究领域最新最重要的研究成果的需求，以帮助其更好的开展研究工作；II）研究人员、高校教师、学生发表论文的需求（含写论文、投稿等）；

因为时代在不断变化，所以“互联网+”模式下的人力资源管理相比较传统的组织结构会发生较大的改变，整体的组织结构会更加扁平化，还可能会有一些新的组织形式不断出现。所以人力资源管理者要不断跟随时代的变化，并且及时进行调整。

2.3 Keyon start与auto start起动平顺性对比

Key on start与auto start的起动平顺性试验数据如图3所示。

图3(a)为key on start，(b)为auto start。图3中蓝色曲线为发动机转速，红色曲线为座椅振动加速度。由图3(a)可知，key on start过程中，起动机拖转发动机至crank转速(约400rpm)后发动机喷油点火，发动机第一次点火后转速迅速上升至约850rpm，形成较大的起动冲击，座椅振动加速度peak to peak值达到1.8m/s

，起动平顺性较差。对比图3(b)可知，由于48V电机功率大，auto start过程中48V电机可以平稳拖动发动机加速，转速上升至怠速转速(约1000rpm)后发动机喷油点火，其间无转速剧烈上冲冲击，座椅振动加速度peak to peak值为0.7m/s

，起动平顺性好。

对比分析key on start与auto start可知，key on start平顺性差的主要原因为起动机crank转速为约400rpm，发动机喷油点火后转速需由约400rpm的crank转速迅速上升至约1000rpm的发动机稳定转速，故第一次点火后转速上升剧烈，起动冲击较大。Auto start过程中，48V电机可以将发动机转速平稳的拖至怠速转速(约1000rpm)后喷油点火，起动冲击小。然而虽然48V电机起动能力强，起动过程平稳，但48V电机起动过程需由48V电池供电。而48V电池容量小，且低温性能衰退较大，在48V电池电量低或环境温度低的工况下(低于-10℃)，无法进行48V电机起动。故实车上48V电机不能取代起动机完成key on start，需要对key on start起动策略进行优化

。

3 面向起动冲击控制的“起动机与48V电机联合起动策略”开发

本文创新的开发了面向起动冲击控制的“起动机与48V电机联合起动”key on start策略，钥匙起动过程中引入48V电机辅助，降低第一次点火的冲击激励。

3.1 “起动机与48V电机联合起动策略”

“起动机与48V电机联合起动策略”控制逻辑如图4所示，key on start过程共分三个阶段：1)首先由起动机拖转发动机至crank转速(约400rpm)；2)48V电机介入辅助，将发动机由crank转速继续拖至稳定怠速转速(约1000rpm)；3)转速到达较高的稳定怠速转速后发动机喷油点火，降低第一次点火造成的转速上冲，改善起动冲击。

3.2 起动平顺性实车验证

实车上测试“起动机与48V电机联合起动策略”的起动平顺性，结果如图5所示。

图5(a)为原起动机起动策略，(b)为“起动机与48V电机联合起动策略”，图中蓝色曲线为发动机转速，红色曲线为座椅振动加速度。由图5(b)中蓝色曲线起动转速历程可知，采用“起动机与48V电机联合起动策略”后，在48V电机的辅助下，发动机转速由crank转速(7.8s，约400rpm)平稳上升至稳定怠速转速(8.5s，约1000rpm)，发动机在到达较高的稳定怠速转速后喷油点火，转速上冲冲击较小，座椅振动加速度peak to peak值由原起动机起动策略的1.8m/s

改善至0.9m/s

，显著提高了起动平顺性。该起动策略下48V电机工作区间为crank转速至发动机稳定怠速转速，无需克服发动机由静止至旋转过程中的阻力与惯量，较之完全48V电机起动，电机起动负荷低，经验证该策略可以满足低温条件下(-30℃至10℃)的起动要求。

4 结论

本文针对某48V微混车辆key on start过程中的起动冲击问题进行了深入研究。通过对比起动机key on start与48V电机auto start的差异，识别出key on start冲击大的根本原因为起动机crank转速低(约400rpm)，发动机在crank转速400rpm时喷油点火后转速剧烈上升导致起动冲击。在此基础上开发了“起动机与48V电机联合起动”的key on start策略：起动机拖转发动机至crank转速后48V电机介入辅助，将发动机继续由crank转速拖至稳定怠速转速(约1000rpm)后发动机喷油点火。实车起动试验结果表明：“起动机与48V电机联合起动策略”有效优化了key on start过程，起动转速上升平稳，车内座椅抖动与冲击降低，显著提高了起动平顺性。

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