徐瑩，左付山，曾婷婷

（南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

基于雷達(dá)測速技術(shù)的混動(dòng)汽車道路制動(dòng)性能分析

徐瑩，左付山，曾婷婷

（南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

一汽豐田開發(fā)的普銳斯混動(dòng)汽車，可以將制動(dòng)能量回收來充電，提高了能源利用率。而汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車使用安全性，是汽車安全行車的重要因素之一，是汽車檢測診斷的重點(diǎn)。基于雷達(dá)測速技術(shù)及裝備，在LabVlEW軟件平臺(tái)的支持下，測試混動(dòng)汽車制動(dòng)過程中的速度、距離、加速度、時(shí)間等參數(shù)的變化，對混動(dòng)汽車道路制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

雷達(dá)測速；混動(dòng)汽車；制動(dòng)性能

CLC NO.:U463. 526Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)03-40-04

引言

汽車制動(dòng)性能是汽車的主要性能之一，直接關(guān)系到交通安全。在我國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件GB7258-2012》和最新國家強(qiáng)制性法規(guī)中對汽車制動(dòng)性能作了嚴(yán)格的規(guī)定[1]。

對汽車進(jìn)行制動(dòng)性能檢測，一方面是確定運(yùn)行車輛的工作能力和技術(shù)狀況，查明故障和隱患的部位及原因；另一方面對維修車輛實(shí)行質(zhì)量監(jiān)督，建立質(zhì)量監(jiān)控體系，確保車輛維修質(zhì)量。便攜式測試系統(tǒng)可以在不解體情況下判斷汽車的運(yùn)行狀況，為汽車?yán)^續(xù)運(yùn)行和進(jìn)廠維修提供了可靠的依據(jù)。

在道路上對汽車制動(dòng)性能進(jìn)行檢測，其測試儀器主要是車速傳感器，通過對汽車在道路上制動(dòng)時(shí)的車速變化對汽車整車制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于該傳感器進(jìn)口價(jià)格昂貴，且儀器體積大，操作復(fù)雜，目前只有專業(yè)汽車制造廠使用，未能在汽車綜合性能檢測站使用。因此，研究開發(fā)低價(jià)格、易使用、用于汽車道路制動(dòng)性能檢測的設(shè)備具有一定的實(shí)際

意義[2]。

運(yùn)用自制的雷達(dá)測試裝置，對普銳斯混合動(dòng)力制動(dòng)能量回收系統(tǒng)這款車的制動(dòng)性能進(jìn)行了分析和研究。

1、普銳斯混動(dòng)汽車技術(shù)特點(diǎn)

豐田汽車公司開發(fā)的混合動(dòng)力系統(tǒng)(THS)由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、蓄電池及變流器等部分構(gòu)成。它兼具并動(dòng)和串接混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。在該系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都可以獨(dú)自驅(qū)動(dòng)車輪。該系統(tǒng)利用動(dòng)力分配裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給傳動(dòng)軸和發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，一部分用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，剩余部分借助變流器轉(zhuǎn)換成直流電存儲(chǔ)在蓄電池中。

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)

THS的特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力不足可用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來彌補(bǔ)，所以THS的發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)1.5L型汽油機(jī),該發(fā)動(dòng)機(jī)追求高熱效率而不是高功率，因此使燃油經(jīng)濟(jì)性得到明顯改善。這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn):具有高膨脹比的工作循環(huán)；摩擦損失減少；結(jié)構(gòu)先進(jìn)。此外，緊湊型傾斜式擠氣型燃燒室可進(jìn)一步提高熱效率。采用鋁合金氣缸體和結(jié)構(gòu)緊湊的進(jìn)氣管等有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓尺寸和質(zhì)量，進(jìn)一步改善了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性[3]。

1.2 THS傳動(dòng)系統(tǒng)

THS傳動(dòng)系統(tǒng)由動(dòng)力分配裝置、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和減速器等組成。在加速和減速時(shí)，THS傳動(dòng)系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速起到一種類似于電控?zé)o級(jí)自動(dòng)變速器的作用。該系統(tǒng)可以通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，而且發(fā)動(dòng)機(jī)的部分動(dòng)力可以經(jīng)由發(fā)電機(jī)傳遞給電動(dòng)機(jī)以作為加速時(shí)的輔助動(dòng)力。這就意味著，混合動(dòng)力系統(tǒng)不需傳統(tǒng)的變速器。

1.3 蓄電池

THS的蓄電池采用進(jìn)一步開發(fā)的密封鎳氫蓄電池技術(shù)，它具有普通電動(dòng)汽車用電池3倍的功率，并且具有質(zhì)量小、壽命長和密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。THS能夠精確地控制發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，確保蓄電池維持恒定電量。

1.4 變流器

變流器能夠?qū)碜杂谛铍姵氐闹绷麟娹D(zhuǎn)換成供驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的交流電，也能夠?qū)碜杂诎l(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的交流電轉(zhuǎn)換成直流電存儲(chǔ)到蓄電池中。

變流器的線路采用了一個(gè)智能模塊，具有良好的耐久性。

1.5 制動(dòng)能量回收

當(dāng)使用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)或使用制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)起發(fā)電機(jī)功能，將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，這樣回收的電能被存儲(chǔ)到蓄電池中，車輛在市區(qū)運(yùn)行，常常進(jìn)行頻繁加速和減速，這種再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)能有效地回收能量。當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，液壓制動(dòng)和再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)協(xié)同作用，再生制動(dòng)能量回收系統(tǒng)優(yōu)先起作用，以便保證盡可能多的能量得以回收。

2、基于雷達(dá)技術(shù)的測試設(shè)備組成

對車輛制動(dòng)性能的檢測主要分臺(tái)試和路試兩種，這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

臺(tái)試法工作起來簡捷、方便。測試條件穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)，但只能檢測出ABS不工作狀態(tài)下的制動(dòng)力，可評(píng)定ABS裝置以外的剎車系統(tǒng)的工作性能。由于臺(tái)架試驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行，而實(shí)際汽車是在道路上行駛，兩者在空氣動(dòng)力學(xué)特性上有很大的差別。另外，汽車行駛工況中的慣量影響無法模擬[4]。

路試法則更具有綜合性，更接近于實(shí)際，但工作起來較麻煩，易受到氣候、道路、駕駛員等多種因素限制，且檢測設(shè)備安裝調(diào)試?yán)щy，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

自制設(shè)備運(yùn)用雷達(dá)測速技術(shù)，利用雷達(dá)測速傳感器測速精度高、準(zhǔn)確度好、不受天氣環(huán)境條件的影響、在使用的過程當(dāng)中穩(wěn)定性非常好等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)采集技術(shù)，在如LabVlEW軟件編程的支持下，開發(fā)一套汽車制動(dòng)性能檢測設(shè)備，測試汽車在制動(dòng)性能檢測試驗(yàn)過程中速度、距離、加速度、時(shí)間等參數(shù)的變化，能夠?qū)崟r(shí)反映汽車的制動(dòng)性能。實(shí)驗(yàn)時(shí)將車速和距離信號(hào)進(jìn)行處理后直接由計(jì)算機(jī)通過采集卡采集信號(hào)，經(jīng)過LabVIEW軟件技術(shù)處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，顯示處理結(jié)果，同時(shí)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)供后續(xù)分析使用。開發(fā)后實(shí)驗(yàn)精度和速度都會(huì)明

顯提高，數(shù)據(jù)結(jié)果更加有效，同時(shí)摒棄了笨重的原有檢測儀，檢測系統(tǒng)更加簡潔高效，工作更穩(wěn)定。目前沒有類似國產(chǎn)設(shè)備。

圖1是自制檢測設(shè)備的組成簡圖。汽車制動(dòng)性能試驗(yàn)系統(tǒng)硬件由傳感器組、信號(hào)處理模塊、信號(hào)采集箱、上位PC機(jī)、車載電源等組成。傳感器組包括雷達(dá)測速傳感器、踏板力傳感器等。信號(hào)處理模塊包括電壓比較器整形模塊、F/V頻率/電壓變換模塊。信號(hào)采集箱由USB-6216采集卡、電源模塊組成。

3、道路試驗(yàn)結(jié)果分析

用道路試驗(yàn)法評(píng)價(jià)制動(dòng)性能時(shí)，關(guān)鍵是測得制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離，并將制動(dòng)時(shí)間作為輔助參數(shù)，能夠清晰直觀的反映出混動(dòng)汽車在實(shí)際行駛過程中的制動(dòng)性能。進(jìn)行汽車道路制動(dòng)性能試驗(yàn)時(shí)選擇天氣良好、道路無阻、平順的道路上進(jìn)行的。選取車輛在30km/h，40km/h，45km/h，50km/h的四個(gè)速度進(jìn)行了道路試驗(yàn)，這些速度是車輛在市區(qū)經(jīng)常使用的速度區(qū)間，具有一定的典型意義。

試驗(yàn)開始前，將自制雷達(dá)設(shè)備調(diào)到初始狀態(tài)，以制動(dòng)初速度為30km/h，40km/h，45km/h，50km/h進(jìn)行試驗(yàn)。并記錄每一個(gè)制動(dòng)速度下的制動(dòng)減速度、MFDD、制動(dòng)距離的數(shù)值。每做完一個(gè)制動(dòng)初速度的試驗(yàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行下一個(gè)制動(dòng)初速度的試驗(yàn)之前都需要將自制雷達(dá)設(shè)備調(diào)到初始狀態(tài)。

3.1 制動(dòng)減速度

制動(dòng)減速度與地面制動(dòng)力Fx及車輛總質(zhì)量有關(guān)，表示為：

式中：G：汽車總重力

g：重力加速度

δ：汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)

對不同制動(dòng)初速度下的瞬時(shí)制動(dòng)減速度進(jìn)行整理，也就是從駕駛員從開始接觸制動(dòng)踏板開始到車輛完全停止的每個(gè)時(shí)刻的車輛的制動(dòng)減速度，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)測得的汽車的最大制動(dòng)減速度位于制動(dòng)全過程的中后部。這是由于駕駛員完全踩下踏板需要時(shí)間，而最大制動(dòng)力也產(chǎn)生于制動(dòng)踏板完全踩下時(shí)，所以車輛產(chǎn)生的最大制動(dòng)減速度位于制動(dòng)全過程的中后部。在不同速度下的制動(dòng)減速度如圖2所示。

3.2 MFDD

MFDD（Mean Full Developed Deceleration，即充分發(fā)出的平均減速度）是在汽車制動(dòng)試驗(yàn)中用速度計(jì)測得了制動(dòng)距離和速度的情況下，根據(jù)汽車制動(dòng)距離與制動(dòng)車速曲線，用速度間隔汽車駛過的距離并根據(jù)下列公式計(jì)算的平均減速度[5]。通常，車輛檢測室用平均減速度或最大減速度作為制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中則采取充分發(fā)出的平均減速度來評(píng)價(jià)。

式中：V0——制動(dòng)初速度（km∕h）；

Vb——汽車制動(dòng)速度為0.8V0（km∕h）；

Ve——汽車制動(dòng)速度為0.1V0（km∕h）；

Se——汽車制動(dòng)速度V0到Ve的行駛距離（m）；

Sb——汽車制動(dòng)速度V0到Vb的行駛距離（m）。

《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定，對于初速度為50km/h的滿載乘用車，MFDD值必須要≥5.9；初速度為50km/h的空載乘用車，MFDD值必須要≥6.2。通過試驗(yàn)很容易得出數(shù)據(jù)，當(dāng)豐田普銳斯汽車滿載，并且以初速度為50km/h制動(dòng)時(shí)，MFDD的數(shù)值為6.4。豐田普銳斯汽車充分發(fā)出的減速度很明顯已經(jīng)達(dá)到國標(biāo)。另外，豐田普銳斯汽車在其他速度下的MFDD值如表1所示。

表1 不同速度下的MFDD數(shù)值

3.3 制動(dòng)距離

汽車制動(dòng)距離是指汽車速度為VO時(shí)，從駕駛員開始操縱制動(dòng)控制裝置（制動(dòng)踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。各國對制動(dòng)距離的定義不一樣，在《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中，是指在制定的道路條件下，機(jī)動(dòng)車在規(guī)定的初速度下急踩制動(dòng)時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板（或收出動(dòng)制動(dòng)手柄）時(shí)起至車輛停止時(shí)車輛行駛過的距離。

式中：S 為制動(dòng)距離(m)；

v 為制動(dòng)初速度(km/h) ；

t 為協(xié)調(diào)時(shí)間(s)；

a 為制動(dòng)減速度(m/s2)

我國對汽車（空載時(shí)）制動(dòng)距離的要求是：當(dāng)乘用汽車（空載）制動(dòng)初速度為50km/h時(shí)，制動(dòng)距離≤19m。當(dāng)乘用汽車（滿載）制動(dòng)初速度為50km/h時(shí)，制動(dòng)距離≤20m。

通過試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)果看出，豐田普銳斯汽車（滿載）在制動(dòng)初速度為50km/h時(shí)，制動(dòng)距離為20m。制動(dòng)距離是符合國標(biāo)要求的。其他速度下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

4、結(jié)論

通過采用基于雷達(dá)測速技術(shù)的自制開發(fā)設(shè)備對普銳斯混合動(dòng)力制動(dòng)能量回收系統(tǒng)這款車制動(dòng)性能的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各個(gè)參數(shù)是否符合國標(biāo)的要求，以此來判定豐田普銳斯制動(dòng)性能的優(yōu)劣。將試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)采集整理并進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）采用基于雷達(dá)測速的自制設(shè)備對豐田普銳斯汽車進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確并有效地反映制動(dòng)性能的各個(gè)參數(shù)。

（2）豐田普銳斯混合動(dòng)力制動(dòng)能量回收系統(tǒng)這款車?yán)弥苿?dòng)能量回收技術(shù)，在汽車制動(dòng)時(shí)把這部分制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)能量集中回收，并且將這部分能量用于汽車的起步或者加速。在很大程度上減少了燃油的消耗和尾氣的排放。而且通過對其進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，并且和國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)它的制動(dòng)性能的各項(xiàng)參數(shù)都是優(yōu)于國標(biāo)的。綜上所述，普銳斯混動(dòng)汽車的制動(dòng)性能不僅優(yōu)于國標(biāo)，并且在其他性能上也優(yōu)于其他非能量回收汽車。

[1] 刁立福.汽車性能與使用技術(shù)[M]，中國水利水電出版社.2010年.

[2] 秦文虎. 一種便攜式汽車制動(dòng)性能檢測儀[J]. 測控技術(shù).2010（4）.

[3] 許洪國.汽車運(yùn)用工程.人民交通出版社.2009年.

[4] 王昉.車輛制動(dòng)性能檢測方法研究及其便攜式檢測儀設(shè)計(jì)[D].浙江：浙江大學(xué).2006.

[5] 田曉明.淺析汽車制動(dòng)性能的檢測[J] .《農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程》.2007年.12期.

Analyze Hybrid Vehicle braking performance on the road based
on radar technology

Xu Ying, Zuo Fushan, Zeng Tingting
(College of Automobile and Traffic Engineering, Nanjing Forestry University, Jiangsu Nanjing 210037)

Hybrid car prius of FAW Toyota make use of braking energy to charging,improving Energy efficiency.However car braking performance directly impact on the car driving, parking security.It is important factor to safety driving, detection and diagnosis. Homemade equipment in support of LabVlEW software programming test speed、distance、acceleration in braking performance testing process by radar technology, by analyze and process data to determine whether hybrid vehicle braking performance aim to objective.

radar technology; hybrid vehicle; braking performance.

U463.526

A

1671-7988(2014)03-40-04

徐瑩，本科在讀，就讀于南京林業(yè)大學(xué)，專業(yè)方向：汽車運(yùn)用工程。