基于雷達測速技術的混動汽車道路制動性能分析

徐瑩，左付山，曾婷婷

（南京林業大學汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037）

基于雷達測速技術的混動汽車道路制動性能分析

徐瑩，左付山，曾婷婷

（南京林業大學汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037）

一汽豐田開發的普銳斯混動汽車，可以將制動能量回收來充電，提高了能源利用率。而汽車的制動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?；诶走_測速技術及裝備，在LabVlEW軟件平臺的支持下，測試混動汽車制動過程中的速度、距離、加速度、時間等參數的變化，對混動汽車道路制動性能進行評價分析。

雷達測速；混動汽車；制動性能

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

引言

汽車制動性能是汽車的主要性能之一，直接關系到交通安全。在我國汽車行業標準《機動車運行安全技術條件GB7258-2012》和最新國家強制性法規中對汽車制動性能作了嚴格的規定[1]。

對汽車進行制動性能檢測，一方面是確定運行車輛的工作能力和技術狀況，查明故障和隱患的部位及原因；另一方面對維修車輛實行質量監督，建立質量監控體系，確保車輛維修質量。便攜式測試系統可以在不解體情況下判斷汽車的運行狀況，為汽車繼續運行和進廠維修提供了可靠的依據。

在道路上對汽車制動性能進行檢測，其測試儀器主要是車速傳感器，通過對汽車在道路上制動時的車速變化對汽車整車制動性能進行評價。由于該傳感器進口價格昂貴，且儀器體積大，操作復雜，目前只有專業汽車制造廠使用，未能在汽車綜合性能檢測站使用。因此，研究開發低價格、易使用、用于汽車道路制動性能檢測的設備具有一定的實際

意義[2]。

運用自制的雷達測試裝置，對普銳斯混合動力制動能量回收系統這款車的制動性能進行了分析和研究。

1、普銳斯混動汽車技術特點

豐田汽車公司開發的混合動力系統(THS)由發動機、傳動系統、蓄電池及變流器等部分構成。它兼具并動和串接混合動力系統的優點。在該系統中，發動機和電動機都可以獨自驅動車輪。該系統利用動力分配裝置將發動機的動力傳遞給傳動軸和發電機。發電機產生的電能，一部分用于驅動電動機，剩余部分借助變流器轉換成直流電存儲在蓄電池中。

1.1 發動機

THS的特點是發動機的動力不足可用電動機的動力來彌補，所以THS的發動機是一個1.5L型汽油機,該發動機追求高熱效率而不是高功率，因此使燃油經濟性得到明顯改善。這個發動機具有以下特點:具有高膨脹比的工作循環；摩擦損失減少；結構先進。此外，緊湊型傾斜式擠氣型燃燒室可進一步提高熱效率。采用鋁合金氣缸體和結構緊湊的進氣管等有助于減少發動機的外廓尺寸和質量，進一步改善了整車的燃油經濟性[3]。

1.2 THS傳動系統

THS傳動系統由動力分配裝置、發電機、電動機和減速器等組成。在加速和減速時，THS傳動系統通過協調發動機、發電機和電動機的轉速起到一種類似于電控無級自動變速器的作用。該系統可以通過控制發電機轉速來改變發動機轉速，而且發動機的部分動力可以經由發電機傳遞給電動機以作為加速時的輔助動力。這就意味著，混合動力系統不需傳統的變速器。

1.3 蓄電池

THS的蓄電池采用進一步開發的密封鎳氫蓄電池技術，它具有普通電動汽車用電池3倍的功率，并且具有質量小、壽命長和密封性能好等優點。THS能夠精確地控制發電機和電動機，確保蓄電池維持恒定電量。

1.4 變流器

變流器能夠將來自于蓄電池的直流電轉換成供驅動電動機的交流電，也能夠將來自于發電機和電動機的交流電轉換成直流電存儲到蓄電池中。

變流器的線路采用了一個智能模塊，具有良好的耐久性。

1.5 制動能量回收

當使用發動機制動或使用制動器制動時，電動機起發電機功能，將車輛動能轉換成電能，這樣回收的電能被存儲到蓄電池中，車輛在市區運行，常常進行頻繁加速和減速，這種再生制動能量回收系統能有效地回收能量。當駕駛員進行制動時，液壓制動和再生制動能量回收系統協同作用，再生制動能量回收系統優先起作用，以便保證盡可能多的能量得以回收。

2、基于雷達技術的測試設備組成

對車輛制動性能的檢測主要分臺試和路試兩種，這兩種方法各有優缺點。

臺試法工作起來簡捷、方便。測試條件穩定，易于實現，但只能檢測出ABS不工作狀態下的制動力，可評定ABS裝置以外的剎車系統的工作性能。由于臺架試驗是在室內進行，而實際汽車是在道路上行駛，兩者在空氣動力學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，且檢測設備安裝調試困難，結構復雜。

自制設備運用雷達測速技術，利用雷達測速傳感器測速精度高、準確度好、不受天氣環境條件的影響、在使用的過程當中穩定性非常好等優點，結合數據采集技術，在如LabVlEW軟件編程的支持下，開發一套汽車制動性能檢測設備，測試汽車在制動性能檢測試驗過程中速度、距離、加速度、時間等參數的變化，能夠實時反映汽車的制動性能。實驗時將車速和距離信號進行處理后直接由計算機通過采集卡采集信號，經過LabVIEW軟件技術處理后進行數據分析處理，顯示處理結果，同時儲存數據供后續分析使用。開發后實驗精度和速度都會明

顯提高，數據結果更加有效，同時摒棄了笨重的原有檢測儀，檢測系統更加簡潔高效，工作更穩定。目前沒有類似國產設備。

圖1是自制檢測設備的組成簡圖。汽車制動性能試驗系統硬件由傳感器組、信號處理模塊、信號采集箱、上位PC機、車載電源等組成。傳感器組包括雷達測速傳感器、踏板力傳感器等。信號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。信號采集箱由USB-6216采集卡、電源模塊組成。

3、道路試驗結果分析

用道路試驗法評價制動性能時，關鍵是測得制動減速度和制動距離，并將制動時間作為輔助參數，能夠清晰直觀的反映出混動汽車在實際行駛過程中的制動性能。進行汽車道路制動性能試驗時選擇天氣良好、道路無阻、平順的道路上進行的。選取車輛在30km/h，40km/h，45km/h，50km/h的四個速度進行了道路試驗，這些速度是車輛在市區經常使用的速度區間，具有一定的典型意義。

試驗開始前，將自制雷達設備調到初始狀態，以制動初速度為30km/h，40km/h，45km/h，50km/h進行試驗。并記錄每一個制動速度下的制動減速度、MFDD、制動距離的數值。每做完一個制動初速度的試驗，數據統計結束后，進行下一個制動初速度的試驗之前都需要將自制雷達設備調到初始狀態。

3.1 制動減速度

制動減速度與地面制動力Fx及車輛總質量有關，表示為：

式中：G：汽車總重力

g：重力加速度

δ：汽車旋轉質量換算系數

對不同制動初速度下的瞬時制動減速度進行整理，也就是從駕駛員從開始接觸制動踏板開始到車輛完全停止的每個時刻的車輛的制動減速度，發現試驗測得的汽車的最大制動減速度位于制動全過程的中后部。這是由于駕駛員完全踩下踏板需要時間，而最大制動力也產生于制動踏板完全踩下時，所以車輛產生的最大制動減速度位于制動全過程的中后部。在不同速度下的制動減速度如圖2所示。

3.2 MFDD

MFDD（Mean Full Developed Deceleration，即充分發出的平均減速度）是在汽車制動試驗中用速度計測得了制動距離和速度的情況下，根據汽車制動距離與制動車速曲線，用速度間隔汽車駛過的距離并根據下列公式計算的平均減速度[5]。通常，車輛檢測室用平均減速度或最大減速度作為制動效能的評價指標，在《機動車運行安全技術條件》中則采取充分發出的平均減速度來評價。

式中：V0——制動初速度（km∕h）；

Vb——汽車制動速度為0.8V0（km∕h）；

Ve——汽車制動速度為0.1V0（km∕h）；

Se——汽車制動速度V0到Ve的行駛距離（m）；

Sb——汽車制動速度V0到Vb的行駛距離（m）。

《機動車運行安全技術條件》規定，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。通過試驗很容易得出數據，當豐田普銳斯汽車滿載，并且以初速度為50km/h制動時，MFDD的數值為6.4。豐田普銳斯汽車充分發出的減速度很明顯已經達到國標。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數值

3.3 制動距離

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

式中：S 為制動距離(m)；

v 為制動初速度(km/h) ；

t 為協調時間(s)；

a 為制動減速度(m/s2)

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

通過試驗統計的數據結果看出，豐田普銳斯汽車（滿載）在制動初速度為50km/h時，制動距離為20m。制動距離是符合國標要求的。其他速度下的試驗數據如圖3所示。

4、結論

通過采用基于雷達測速技術的自制開發設備對普銳斯混合動力制動能量回收系統這款車制動性能的各個參數進行統計，分析各個參數是否符合國標的要求，以此來判定豐田普銳斯制動性能的優劣。將試驗統計的數據采集整理并進行分析，得出以下結論：

（1）采用基于雷達測速的自制設備對豐田普銳斯汽車進行制動試驗，能夠準確并有效地反映制動性能的各個參數。

（2）豐田普銳斯混合動力制動能量回收系統這款車利用制動能量回收技術，在汽車制動時把這部分制動時產生的制動能量集中回收，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。而且通過對其進行制動試驗，并且和國家標準進行比對，發現它的制動性能的各項參數都是優于國標的。綜上所述，普銳斯混動汽車的制動性能不僅優于國標，并且在其他性能上也優于其他非能量回收汽車。

[1] 刁立福.汽車性能與使用技術[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性能檢測儀[J]. 測控技術.2010（4）.

[3] 許洪國.汽車運用工程.人民交通出版社.2009年.

[4] 王昉.車輛制動性能檢測方法研究及其便攜式檢測儀設計[D].浙江：浙江大學.2006.

[5] 田曉明.淺析汽車制動性能的檢測[J] .《農業裝備與車輛工程》.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，就讀于南京林業大學，專業方向：汽車運用工程。