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普及型自启停的基本结构

上篇文章《一两年内普及的自启停,却正在走向两极分化》,我们写到自启停装置正在成星星燎原之势普及,但在侧重点上却呈现了两极分化,一方面是为了标配而存在的普及型自启停,虽然效率提升没有性能型那么明显,重要的是成本可以实现可控,另外一方面则是性能型专为提高燃效而存在的。

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今天,我们要聊的是,普及型自启停降低成本,各家都有何种方法?

普及型自启停的基本结构

虽然上篇文章中,我们大致介绍了自启停的几种类型,但那也仅仅是“大概”。我们在介绍普及型自启停结构的时候说这是一种额外加装一台小型启动马达的自启停结构。实际上,笼统概念上的确如此,但如果仔细深入自启停结构就会发现“别有洞天”。

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通常自启停系统在有了启动马达之后,还需要很多工作要做,比如至少要有一块电池为启动马达蓄能提供电量,还要有一个电动油压泵,减少启动时零部件以及能量传递造成的冲击,再就是需要一个感知发动机运转状态的传感器,在上止点和下止点结束的发动机需要不同的启动方式。

这还没完,考虑到在上坡路段发动机启动需要一个坡道起步功能的制动器辅助结构,还有就是一台变压器。如果用电池的常规电压驱动电机,扭矩是无法达到要求的,所以一台变压器是必须的,将低电压变成高电压。

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这是普及型自启停的基本结构,而对于它的结构优化以及成本控制都离不开这几个方面。我们总结一下,普及型自启停结构需要蓄电池、变压器、电动油压泵、发动机传感器以及坡道起步功能的制动辅助器。

铃木成本降低方法

铃木被称为小车专家,在成本控制方面出类拔萃,而且旗下车型众多,促使铃木在很多方面研发了很多技术以降低成本。铃木在普及型自启停方面成本深化程度较高的主要有电池、传感器和坡道起步。

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铃木认为自启停最大的成本支出在电池上,所以它首先不想增加电池的容量,但可以针对电池进行大幅强化,使其具备更强的能量,这样一来,电池尺寸和普通产品可以做到一致。在2011年3月,铃木在日本投产的MRWagon就是采用了这种自启停结构,百公里油耗提升了0.22L,这套自启停结构采用了电装生产的耐久性启动马达。CVT电动油压泵和两个变压器,强化电池性能,并通过两个变压器提高电压。

另一方面,铃木没有采用发动机传感器,所以自启停每次启动的时间都不固定。不过铃木按照最常见的情况采用了相关措施。活塞曲柄旋转一周360°,铃木在240°~360°,也就是曲柄位置在2/3周~1周之间时,自启停可以以最快速度启动,最快需要0.4秒,加上松开刹车的时间,一共需要0.5秒,而发动机停转状态不在此范围时,时间则要适当延长。

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至于坡道起步功能,铃木只是增加了一颗专用电磁阀,在深化程度上没有日产来的更加凶猛,所以我们略过不提。

与铃木齐名,在小车界同样负有盛名的大发汽车在自启停成本化方面也有独到之处,大发在2010年12月在日本上市了Move车型,搭载了最新的自启停结构,相比较上一代自启停的Mira,大发把更多的精力放在了减少部件数量上。

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Mira发布时,自启停技术刚刚起步,成本控制以及结构优化方面并不好,所以Mira采用了大容量电池、耐久性启动器还有专用的电动油压泵以及坡道起步的电磁阀,还有控制电压变化的双电层电容器。这样一来,这套自启停系统重量几乎达到了10公斤。

Move则优化了很多,Move首先省去了电动油压泵,具体原因是大发改进了油压室的密封圈,其次将电磁阀和ABS一起结合起来,将电磁阀嵌入到ABS里。不过这样只能实现坡道起步,但不能实现防侧滑功能。这样一来,集成化和结构优化让大发把自启停结构的重量降低了4公斤,体重达到了6公斤,成本则降低了7成。

极端化的代表——日产

日产成本化最具代表性的其实是March,在海外March可以说是日产各种成本化尖端技术的先行者,几乎所有的经济性技术都会在March上率先测试使用。March虽然使用了大容量电池和高耐久性的启动马达,同时还使用了电动油压泵,但它的成本控制依然优秀。

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它把重点放在了坡道起步功能和变压器上,这是日产优化自启停的两大基本点。

March在日本使用的是一台CVT带副变速箱,它为了使车辆在坡道上熄火后不出现溜车的情况,特意在CVT变速箱后端假装了一个行星齿轮机构。这个行星齿轮机构,可以连接1档、2档齿轮和倒挡齿轮,一旦三者连接,车辆就被锁止无法前进和后退,从而实现了坡道起步功能。不过这种功能仅适用于小型车,因为小型车的重量小,对行星齿轮的强度要求不高。

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尽管实现了坡道辅助功能、尽管没有使用电磁阀和专用装置,但这种结构设计支持的最大斜坡角度却是不如防侧滑装置的范围。

另外一点是,当自启停系统工作时,启动马达需要大量电流,而铅酸电池内部其实存在电阻,当电流增加时,因为总功率的限制,电压就会降低。电压大幅降低之后,就会导致空调、收音机等电子系统断电,于是它还是需要变压器提供高电压,但毕竟电池容量有限,所以需要使用多个变压器。

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增加变压器意味着增加成本,日产不想这么做,所以它提升了启动马达周边部件的内部电阻降低电流。当然,提升内部电阻也不是一件十分简单的事儿,因为内部电阻都是mmΩ量级的。日产最终采用的方法是改变启动马达的电极材料,使其电阻值大于铜或者增加布线长度。

其实,电压问题是自启停里最严重的问题,在启动瞬间一旦电压不稳大幅降低,会导致车内电子系统工作不正常。就比如,我们日常将一个灯泡和电动机串联时,启动电动机后,灯泡会变暗的现象一样。

雅斯顿小结

要了解自启停结构如何降低成本,首先必须首先了解自启停的结构组成和工作原理。这个原理理解起来比较简单,那就是有一个电池给启动马达供电,而且这个电压还不能太低,马达启动之后需要了解发动机的状态,才能更好结合,所谓知己知彼。

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随着普及型自启停成本的降低,所以规模化的自启停来临了。问题来了,性能型的自启停又将如何实现成本和性能的兼顾呢?这是下篇的问题了。

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