徐莹，左付山，曾婷婷

（南京林业大学汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037）

基于雷达测速技术的混动汽车道路制动性能分析

徐莹，左付山，曾婷婷

（南京林业大学汽车与交通工程学院，江苏 南京 210037）

一汽丰田开发的普锐斯混动汽车，可以将制动能量回收来充电，提高了能源利用率。而汽车的制动性能直接影响汽车使用安全性，是汽车安全行车的重要因素之一，是汽车检测诊断的重点。基于雷达测速技术及装备，在LabVlEW软件平台的支持下，测试混动汽车制动过程中的速度、距离、加速度、时间等参数的变化，对混动汽车道路制动性能进行评价分析。

雷达测速；混动汽车；制动性能

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

引言

汽车制动性能是汽车的主要性能之一，直接关系到交通安全。在我国汽车行业标准《机动车运行安全技术条件GB7258-2012》和最新国家强制性法规中对汽车制动性能作了严格的规定[1]。

对汽车进行制动性能检测，一方面是确定运行车辆的工作能力和技术状况，查明故障和隐患的部位及原因；另一方面对维修车辆实行质量监督，建立质量监控体系，确保车辆维修质量。便携式测试系统可以在不解体情况下判断汽车的运行状况，为汽车继续运行和进厂维修提供了可靠的依据。

在道路上对汽车制动性能进行检测，其测试仪器主要是车速传感器，通过对汽车在道路上制动时的车速变化对汽车整车制动性能进行评价。由于该传感器进口价格昂贵，且仪器体积大，操作复杂，目前只有专业汽车制造厂使用，未能在汽车综合性能检测站使用。因此，研究开发低价格、易使用、用于汽车道路制动性能检测的设备具有一定的实际

意义[2]。

运用自制的雷达测试装置，对普锐斯混合动力制动能量回收系统这款车的制动性能进行了分析和研究。

1、普锐斯混动汽车技术特点

丰田汽车公司开发的混合动力系统(THS)由发动机、传动系统、蓄电池及变流器等部分构成。它兼具并动和串接混合动力系统的优点。在该系统中，发动机和电动机都可以独自驱动车轮。该系统利用动力分配装置将发动机的动力传递给传动轴和发电机。发电机产生的电能，一部分用于驱动电动机，剩余部分借助变流器转换成直流电存储在蓄电池中。

1.1 发动机

THS的特点是发动机的动力不足可用电动机的动力来弥补，所以THS的发动机是一个1.5L型汽油机,该发动机追求高热效率而不是高功率，因此使燃油经济性得到明显改善。这个发动机具有以下特点:具有高膨胀比的工作循环；摩擦损失减少；结构先进。此外，紧凑型倾斜式挤气型燃烧室可进一步提高热效率。采用铝合金气缸体和结构紧凑的进气管等有助于减少发动机的外廓尺寸和质量，进一步改善了整车的燃油经济性[3]。

1.2 THS传动系统

THS传动系统由动力分配装置、发电机、电动机和减速器等组成。在加速和减速时，THS传动系统通过协调发动机、发电机和电动机的转速起到一种类似于电控无级自动变速器的作用。该系统可以通过控制发电机转速来改变发动机转速，而且发动机的部分动力可以经由发电机传递给电动机以作为加速时的辅助动力。这就意味着，混合动力系统不需传统的变速器。

1.3 蓄电池

THS的蓄电池采用进一步开发的密封镍氢蓄电池技术，它具有普通电动汽车用电池3倍的功率，并且具有质量小、寿命长和密封性能好等优点。THS能够精确地控制发电机和电动机，确保蓄电池维持恒定电量。

1.4 变流器

变流器能够将来自于蓄电池的直流电转换成供驱动电动机的交流电，也能够将来自于发电机和电动机的交流电转换成直流电存储到蓄电池中。

变流器的线路采用了一个智能模块，具有良好的耐久性。

1.5 制动能量回收

当使用发动机制动或使用制动器制动时，电动机起发电机功能，将车辆动能转换成电能，这样回收的电能被存储到蓄电池中，车辆在市区运行，常常进行频繁加速和减速，这种再生制动能量回收系统能有效地回收能量。当驾驶员进行制动时，液压制动和再生制动能量回收系统协同作用，再生制动能量回收系统优先起作用，以便保证尽可能多的能量得以回收。

2、基于雷达技术的测试设备组成

对车辆制动性能的检测主要分台试和路试两种，这两种方法各有优缺点。

台试法工作起来简捷、方便。测试条件稳定，易于实现，但只能检测出ABS不工作状态下的制动力，可评定ABS装置以外的刹车系统的工作性能。由于台架试验是在室内进行，而实际汽车是在道路上行驶，两者在空气动力学特性上有很大的差别。另外，汽车行驶工况中的惯量影响无法模拟[4]。

路试法则更具有综合性，更接近于实际，但工作起来较麻烦，易受到气候、道路、驾驶员等多种因素限制，且检测设备安装调试困难，结构复杂。

自制设备运用雷达测速技术，利用雷达测速传感器测速精度高、准确度好、不受天气环境条件的影响、在使用的过程当中稳定性非常好等优点，结合数据采集技术，在如LabVlEW软件编程的支持下，开发一套汽车制动性能检测设备，测试汽车在制动性能检测试验过程中速度、距离、加速度、时间等参数的变化，能够实时反映汽车的制动性能。实验时将车速和距离信号进行处理后直接由计算机通过采集卡采集信号，经过LabVIEW软件技术处理后进行数据分析处理，显示处理结果，同时储存数据供后续分析使用。开发后实验精度和速度都会明

显提高，数据结果更加有效，同时摒弃了笨重的原有检测仪，检测系统更加简洁高效，工作更稳定。目前没有类似国产设备。

图1是自制检测设备的组成简图。汽车制动性能试验系统硬件由传感器组、信号处理模块、信号采集箱、上位PC机、车载电源等组成。传感器组包括雷达测速传感器、踏板力传感器等。信号处理模块包括电压比较器整形模块、F/V频率/电压变换模块。信号采集箱由USB-6216采集卡、电源模块组成。

3、道路试验结果分析

用道路试验法评价制动性能时，关键是测得制动减速度和制动距离，并将制动时间作为辅助参数，能够清晰直观的反映出混动汽车在实际行驶过程中的制动性能。进行汽车道路制动性能试验时选择天气良好、道路无阻、平顺的道路上进行的。选取车辆在30km/h，40km/h，45km/h，50km/h的四个速度进行了道路试验，这些速度是车辆在市区经常使用的速度区间，具有一定的典型意义。

试验开始前，将自制雷达设备调到初始状态，以制动初速度为30km/h，40km/h，45km/h，50km/h进行试验。并记录每一个制动速度下的制动减速度、MFDD、制动距离的数值。每做完一个制动初速度的试验，数据统计结束后，进行下一个制动初速度的试验之前都需要将自制雷达设备调到初始状态。

3.1 制动减速度

制动减速度与地面制动力Fx及车辆总质量有关，表示为：

式中：G：汽车总重力

g：重力加速度

δ：汽车旋转质量换算系数

对不同制动初速度下的瞬时制动减速度进行整理，也就是从驾驶员从开始接触制动踏板开始到车辆完全停止的每个时刻的车辆的制动减速度，发现试验测得的汽车的最大制动减速度位于制动全过程的中后部。这是由于驾驶员完全踩下踏板需要时间，而最大制动力也产生于制动踏板完全踩下时，所以车辆产生的最大制动减速度位于制动全过程的中后部。在不同速度下的制动减速度如图2所示。

3.2 MFDD

MFDD（Mean Full Developed Deceleration，即充分发出的平均减速度）是在汽车制动试验中用速度计测得了制动距离和速度的情况下，根据汽车制动距离与制动车速曲线，用速度间隔汽车驶过的距离并根据下列公式计算的平均减速度[5]。通常，车辆检测室用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在《机动车运行安全技术条件》中则采取充分发出的平均减速度来评价。

式中：V0——制动初速度（km∕h）；

Vb——汽车制动速度为0.8V0（km∕h）；

Ve——汽车制动速度为0.1V0（km∕h）；

Se——汽车制动速度V0到Ve的行驶距离（m）；

Sb——汽车制动速度V0到Vb的行驶距离（m）。

《机动车运行安全技术条件》规定，对于初速度为50km/h的满载乘用车，MFDD值必须要≥5.9；初速度为50km/h的空载乘用车，MFDD值必须要≥6.2。通过试验很容易得出数据，当丰田普锐斯汽车满载，并且以初速度为50km/h制动时，MFDD的数值为6.4。丰田普锐斯汽车充分发出的减速度很明显已经达到国标。另外，丰田普锐斯汽车在其他速度下的MFDD值如表1所示。

表1 不同速度下的MFDD数值

3.3 制动距离

汽车制动距离是指汽车速度为VO时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。各国对制动距离的定义不一样，在《机动车运行安全技术条件》中，是指在制定的道路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板（或收出动制动手柄）时起至车辆停止时车辆行驶过的距离。

式中：S 为制动距离(m)；

v 为制动初速度(km/h) ；

t 为协调时间(s)；

a 为制动减速度(m/s2)

我国对汽车（空载时）制动距离的要求是：当乘用汽车（空载）制动初速度为50km/h时，制动距离≤19m。当乘用汽车（满载）制动初速度为50km/h时，制动距离≤20m。

通过试验统计的数据结果看出，丰田普锐斯汽车（满载）在制动初速度为50km/h时，制动距离为20m。制动距离是符合国标要求的。其他速度下的试验数据如图3所示。

4、结论

通过采用基于雷达测速技术的自制开发设备对普锐斯混合动力制动能量回收系统这款车制动性能的各个参数进行统计，分析各个参数是否符合国标的要求，以此来判定丰田普锐斯制动性能的优劣。将试验统计的数据采集整理并进行分析，得出以下结论：

（1）采用基于雷达测速的自制设备对丰田普锐斯汽车进行制动试验，能够准确并有效地反映制动性能的各个参数。

（2）丰田普锐斯混合动力制动能量回收系统这款车利用制动能量回收技术，在汽车制动时把这部分制动时产生的制动能量集中回收，并且将这部分能量用于汽车的起步或者加速。在很大程度上减少了燃油的消耗和尾气的排放。而且通过对其进行制动试验，并且和国家标准进行比对，发现它的制动性能的各项参数都是优于国标的。综上所述，普锐斯混动汽车的制动性能不仅优于国标，并且在其他性能上也优于其他非能量回收汽车。

[1] 刁立福.汽车性能与使用技术[M]，中国水利水电出版社.2010年.

[2] 秦文虎. 一种便携式汽车制动性能检测仪[J]. 测控技术.2010（4）.

[3] 许洪国.汽车运用工程.人民交通出版社.2009年.

[4] 王昉.车辆制动性能检测方法研究及其便携式检测仪设计[D].浙江：浙江大学.2006.

[5] 田晓明.浅析汽车制动性能的检测[J] .《农业装备与车辆工程》.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

徐莹，本科在读，就读于南京林业大学，专业方向：汽车运用工程。