基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的汽車制動(dòng)策略研究

龔春忠 胡建國 張永 何浩

摘? 要：汽車制動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速，可能量回收式制動(dòng)方式已在眾多混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車上得到應(yīng)用。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘，可以進(jìn)一步優(yōu)化制動(dòng)能量回收技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)出行過程更節(jié)能、更安全、更舒適的目的。將本文所提的制動(dòng)方法應(yīng)用到NEDC工況續(xù)駛里程測試中，續(xù)駛里程提高了3.26%。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);汽車制動(dòng)策略;能量回收

中圖分類號：U461.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：J? ? 文章編號：1005-2550（2019）04-0006-04

Abstract： Vehicle braking technology is developing rapidly， and energy recovery braking mode has been applied in many hybrid electric vehicles and electric vehicles. With the development of Intelligent Network vehicle technology， combined with large data mining， braking energy recovery technology can be further optimized to achieve more energy-saving， safer and more comfortable travel process. The braking method proposed in this paper is applied to the NEDC driving range test， and the driving range is increased by 3.26%.

汽車制動(dòng)技術(shù)是汽車關(guān)鍵技術(shù)之一。圍繞著安全主題，出現(xiàn)了提高輪胎性能、制動(dòng)盤性能、發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)、點(diǎn)剎制動(dòng)策略等技術(shù)手段。出現(xiàn)電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車之后，開始圍繞著節(jié)能主題，提出了能量回收技術(shù)，依次出現(xiàn)以電機(jī)效率為主要依據(jù)的最優(yōu)能量回收效率策略[1]，以汽車疊加式或協(xié)調(diào)式制動(dòng)策略為研究主題的能量回收技術(shù)[2]。圍繞著能量回收技術(shù)也產(chǎn)生了很多能量回收的測試方法[3]。汽車制動(dòng)策略的研究已成為節(jié)能技術(shù)的重要突破方向。

本文的研究對象是純電動(dòng)汽車的制動(dòng)策略，引入了駕駛員駕駛習(xí)慣因素，結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，研究新的制動(dòng)策略不僅考慮安全和節(jié)能指標(biāo)，還考慮提高駕駛舒適性的指標(biāo)。

1? ? 汽車制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展

傳統(tǒng)燃油車上的制動(dòng)系統(tǒng)通常是機(jī)械制動(dòng)，在下長坡或非緊急制動(dòng)時(shí)，可通過降檔令發(fā)動(dòng)機(jī)參與制動(dòng)作用。根據(jù)制動(dòng)器不同，可分為鼓式、碟式和盤式制動(dòng)器。為了進(jìn)一步提高制動(dòng)性能，電控系統(tǒng)引入了點(diǎn)剎模式，即防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。但傳統(tǒng)的制動(dòng)方式都是將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為剎車片的熱能，為了減少制動(dòng)片因過熱而失效，引入了發(fā)動(dòng)機(jī)輔助制動(dòng)。尤其是下長坡時(shí)，不建議駕駛員掛空擋踩制動(dòng)，而是通過降檔方式令發(fā)動(dòng)機(jī)提供一定的制動(dòng)力[4]。

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車或純電動(dòng)汽車，車上有了蓄電池或超級電容等儲(chǔ)能單元，為了降低汽車的能量消耗率，出現(xiàn)了可能量回收的制動(dòng)技術(shù)。但最初的制動(dòng)方式是在制動(dòng)過程中，電機(jī)和機(jī)械制動(dòng)盤同時(shí)參與制動(dòng)過程，該方法相當(dāng)于在制動(dòng)軸上增加了一個(gè)發(fā)電機(jī)，兩者不能聯(lián)動(dòng)，因此稱為疊加式制動(dòng)方式。為進(jìn)一步提高能量回收的效率，就要減少能量在機(jī)械制動(dòng)器上的能量損耗，通過制動(dòng)踏板的解析，提出了發(fā)電回收優(yōu)先，機(jī)械制動(dòng)力補(bǔ)足的方式進(jìn)行能量回收，此時(shí)可以聯(lián)動(dòng)控制電機(jī)和制動(dòng)器的制動(dòng)工作，因此被稱為協(xié)調(diào)式制動(dòng)方式。

目前，協(xié)調(diào)式制動(dòng)方式是能量消耗率相對較優(yōu)的制動(dòng)方式。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，挖掘駕駛員的駕駛習(xí)慣數(shù)據(jù)，為駕駛員提供可自定義或量身定制的最優(yōu)制動(dòng)方案，將可以進(jìn)一步發(fā)揮協(xié)調(diào)式制動(dòng)方式的節(jié)能性能。

2? ? 基于大數(shù)據(jù)的制動(dòng)工況采集

目前，汽車網(wǎng)聯(lián)化已列入強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，《GB/T 32960電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[5～7]中規(guī)定了車輛需要上傳到云端的數(shù)據(jù)。因此，汽車的大數(shù)據(jù)資源已經(jīng)存在，如何將其利用，是當(dāng)前需要研究的重要課題。

提取汽車的車速數(shù)據(jù)，對駕駛員的制動(dòng)習(xí)慣進(jìn)行分析，從而定制化設(shè)定制動(dòng)策略，對提高駕駛舒適性、安全性、節(jié)能環(huán)保性均有積極的意義。

2.1? ?制動(dòng)工況t-v譜

駕駛員通過加速踏板和制動(dòng)踏板控制車速。以某電動(dòng)汽車在浙江省桐鄉(xiāng)市二環(huán)路行駛數(shù)據(jù)為例，獲得如圖1所示的t-v工況圖。將制動(dòng)的工況單獨(dú)提取，獲得如紅色點(diǎn)所示的制動(dòng)工況。

2.2? ?制動(dòng)工況v-a譜

將t-v曲線進(jìn)行濾波后，速度對時(shí)間做微分，得到近似加速度。將制動(dòng)的工況繪制成v-a軌跡圖，則獲得如圖2所示的軌跡。

可以發(fā)現(xiàn)，不同車速下的汽車制動(dòng)呈一定的規(guī)律分布。計(jì)算各車速的平均減速度，則得到如圖2中紅線所示結(jié)果。

3? ? 制動(dòng)規(guī)律的提取與擬合

車速與減速度的關(guān)系反映了駕駛員制動(dòng)工況的習(xí)慣，與駕駛員的習(xí)慣以及當(dāng)?shù)氐穆窙r相關(guān)。但統(tǒng)計(jì)出來的平均減速度是不平滑的曲線。或者需要非常大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為分析的基礎(chǔ)，與路況的時(shí)效性構(gòu)成一對矛盾。因此，本文采用高次曲線擬合法將制動(dòng)分布做平滑處理。

如圖3所示，將曲線擬合成如式（1）4次曲線：

式中，ρ 是比例系數(shù)。 ρ =1時(shí)滑行線代表著平均制動(dòng)強(qiáng)度下的曲線，ρ =2時(shí)滑行線代表著制動(dòng)力是平均制動(dòng)強(qiáng)度的2倍，ρ =0.5時(shí)滑行線代表著制動(dòng)力是平均制動(dòng)強(qiáng)度的0.5倍。 ρ 越大說明制動(dòng)強(qiáng)度越大。

解該積分方程，即可獲得汽車滑行線。本文采用積分方程的數(shù)值解法。將滑行線與各制動(dòng)工況相結(jié)合，結(jié)果繪制如圖4所示。

當(dāng)汽車使用疊加式制動(dòng)能量回收時(shí)，比例系數(shù) 越大越節(jié)能，代表著駕駛員松加速踏板后踩下制動(dòng)踏板前，能有更多的汽車動(dòng)能回收到儲(chǔ)能裝置中，在制動(dòng)力矩分配上，分配給電機(jī)發(fā)電的力矩更大。但是 越大，駕駛舒適性會(huì)越差，車輛有急減速的感覺，也不利于安全駕駛。

當(dāng)汽車使用協(xié)調(diào)式制動(dòng)能量回收時(shí)，比例系數(shù) ρ 越小越節(jié)能，代表著駕駛員松加速踏板后踩下制動(dòng)踏板前，能有更多的能量直接轉(zhuǎn)換為里程，即便踩下制動(dòng)踏板，若不是急減速，制動(dòng)盤也不會(huì)介入，這樣盡可能多地將汽車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)能裝置電能。但 ρ 太小會(huì)導(dǎo)致汽車相對于傳統(tǒng)燃油車而言，失去了發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的感覺，趨近于開燃油車直接掛空擋滑行，這也不利于安全駕駛。

因此，比例系數(shù) ρ 應(yīng)當(dāng)調(diào)整適中，在節(jié)能、安全、舒適之間找平衡點(diǎn)。該參數(shù)可開放給駕駛員，默認(rèn)設(shè)定一個(gè)值為0.5，駕駛員可綜合衡量節(jié)能性、舒適性和安全性做自定義調(diào)整。

4? ? 該方法在NEDC工況中的應(yīng)用

《GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車能量消耗率及續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》[8]中規(guī)定了工況法測試車輛的續(xù)駛里程與能量消耗率。引用歐洲的NEDC（New Europe Drive Cycle）工況。將制動(dòng)工況單獨(dú)提取并按照2.2節(jié)的方法求算出各車速下的平均減速度，結(jié)果如圖5所示。

該工況規(guī)定的制動(dòng)部分是重復(fù)固定的，因此其規(guī)律性很強(qiáng)，不需要做如第3節(jié)中所述的平滑處理。圖5中的平均減速度用 ρ=1 的制動(dòng)強(qiáng)度，解出如圖6所示的制動(dòng)滑行曲線。與NEDC工況的制動(dòng)曲線相比可知，該制動(dòng)曲線貼近大部分的制動(dòng)工況。

該車型實(shí)際測試時(shí)，使用疊加式制動(dòng)策略續(xù)駛里程為337km;使用本文所示方法制動(dòng)策略時(shí)，續(xù)駛里程為348km。續(xù)駛里程提升了3.26%。

5? ? 結(jié) 論

汽車的制動(dòng)能量回收的改進(jìn)，對提高駕駛安全性、舒適性、節(jié)能性均有重要的意義。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析做出的制動(dòng)策略，提供給駕駛員自定義的能量回收參數(shù)設(shè)置接口，有利于在駕駛員出行的安全性、舒適性、節(jié)能性中尋找平衡點(diǎn)。該課題作為電動(dòng)汽車能量回收技術(shù)的輔助方案，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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