基于大数据技术的汽车制动策略研究

龚春忠 胡建国 张永 何浩

摘  要：汽车制动技术发展迅速，可能量回收式制动方式已在众多混合动力汽车和电动汽车上得到应用。随着智能网联汽车技术的发展，结合大数据挖掘，可以进一步优化制动能量回收技术，以实现出行过程更节能、更安全、更舒适的目的。将本文所提的制动方法应用到NEDC工况续驶里程测试中，续驶里程提高了3.26%。

关键词：大数据;汽车制动策略;能量回收

中图分类号：U461.3    文献标识码：J    文章编号：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%.

汽车制动技术是汽车关键技术之一。围绕着安全主题，出现了提高轮胎性能、制动盘性能、发动机辅助制动、点刹制动策略等技术手段。出现电动汽车和混合动力汽车之后，开始围绕着节能主题，提出了能量回收技术，依次出现以电机效率为主要依据的最优能量回收效率策略[1]，以汽车叠加式或协调式制动策略为研究主题的能量回收技术[2]。围绕着能量回收技术也产生了很多能量回收的测试方法[3]。汽车制动策略的研究已成为节能技术的重要突破方向。

本文的研究对象是纯电动汽车的制动策略，引入了驾驶员驾驶习惯因素，结合智能网联大数据系统，研究新的制动策略不仅考虑安全和节能指标，还考虑提高驾驶舒适性的指标。

1    汽车制动技术的发展

传统燃油车上的制动系统通常是机械制动，在下长坡或非紧急制动时，可通过降档令发动机参与制动作用。根据制动器不同，可分为鼓式、碟式和盘式制动器。为了进一步提高制动性能，电控系统引入了点刹模式，即防抱死制动系统。但传统的制动方式都是将车辆的动能转换为刹车片的热能，为了减少制动片因过热而失效，引入了发动机辅助制动。尤其是下长坡时，不建议驾驶员挂空挡踩制动，而是通过降档方式令发动机提供一定的制动力[4]。

随着汽车技术的发展，出现了混合动力汽车或纯电动汽车，车上有了蓄电池或超级电容等储能单元，为了降低汽车的能量消耗率，出现了可能量回收的制动技术。但最初的制动方式是在制动过程中，电机和机械制动盘同时参与制动过程，该方法相当于在制动轴上增加了一个发电机，两者不能联动，因此称为叠加式制动方式。为进一步提高能量回收的效率，就要减少能量在机械制动器上的能量损耗，通过制动踏板的解析，提出了发电回收优先，机械制动力补足的方式进行能量回收，此时可以联动控制电机和制动器的制动工作，因此被称为协调式制动方式。

目前，协调式制动方式是能量消耗率相对较优的制动方式。随着大数据技术的发展，挖掘驾驶员的驾驶习惯数据，为驾驶员提供可自定义或量身定制的最优制动方案，将可以进一步发挥协调式制动方式的节能性能。

2    基于大数据的制动工况采集

目前，汽车网联化已列入强制执行标准，《GB/T 32960电动汽车远程服务与管理系统技术规范》[5～7]中规定了车辆需要上传到云端的数据。因此，汽车的大数据资源已经存在，如何将其利用，是当前需要研究的重要课题。

提取汽车的车速数据，对驾驶员的制动习惯进行分析，从而定制化设定制动策略，对提高驾驶舒适性、安全性、节能环保性均有积极的意义。

2.1   制动工况t-v谱

驾驶员通过加速踏板和制动踏板控制车速。以某电动汽车在浙江省桐乡市二环路行驶数据为例，获得如图1所示的t-v工况图。将制动的工况单独提取，获得如红色点所示的制动工况。

2.2   制动工况v-a谱

将t-v曲线进行滤波后，速度对时间做微分，得到近似加速度。将制动的工况绘制成v-a轨迹图，则获得如图2所示的轨迹。

可以发现，不同车速下的汽车制动呈一定的规律分布。计算各车速的平均减速度，则得到如图2中红线所示结果。

3    制动规律的提取与拟合

车速与减速度的关系反映了驾驶员制动工况的习惯，与驾驶员的习惯以及当地的路况相关。但统计出来的平均减速度是不平滑的曲線。或者需要非常大量的统计数据作为分析的基础，与路况的时效性构成一对矛盾。因此，本文采用高次曲线拟合法将制动分布做平滑处理。

如图3所示，将曲线拟合成如式（1）4次曲线：

式中，ρ 是比例系数。 ρ =1时滑行线代表着平均制动强度下的曲线，ρ =2时滑行线代表着制动力是平均制动强度的2倍，ρ =0.5时滑行线代表着制动力是平均制动强度的0.5倍。 ρ 越大说明制动强度越大。

解该积分方程，即可获得汽车滑行线。本文采用积分方程的数值解法。将滑行线与各制动工况相结合，结果绘制如图4所示。

当汽车使用叠加式制动能量回收时，比例系数 越大越节能，代表着驾驶员松加速踏板后踩下制动踏板前，能有更多的汽车动能回收到储能装置中，在制动力矩分配上，分配给电机发电的力矩更大。但是 越大，驾驶舒适性会越差，车辆有急减速的感觉，也不利于安全驾驶。

当汽车使用协调式制动能量回收时，比例系数 ρ 越小越节能，代表着驾驶员松加速踏板后踩下制动踏板前，能有更多的能量直接转换为里程，即便踩下制动踏板，若不是急减速，制动盘也不会介入，这样尽可能多地将汽车辆动能转换为储能装置电能。但 ρ 太小会导致汽车相对于传统燃油车而言，失去了发动机制动的感觉，趋近于开燃油车直接挂空挡滑行，这也不利于安全驾驶。

因此，比例系数 ρ 应当调整适中，在节能、安全、舒适之间找平衡点。该参数可开放给驾驶员，默认设定一个值为0.5，驾驶员可综合衡量节能性、舒适性和安全性做自定义调整。

4    该方法在NEDC工况中的应用

《GB/T 18386-2017 电动汽车能量消耗率及续驶里程试验方法》[8]中规定了工况法测试车辆的续驶里程与能量消耗率。引用欧洲的NEDC（New Europe Drive Cycle）工况。将制动工况单独提取并按照2.2节的方法求算出各车速下的平均减速度，结果如图5所示。

该工况规定的制动部分是重复固定的，因此其规律性很强，不需要做如第3节中所述的平滑处理。图5中的平均减速度用 ρ=1 的制动强度，解出如图6所示的制动滑行曲线。与NEDC工况的制动曲线相比可知，该制动曲线贴近大部分的制动工况。

该车型实际测试时，使用叠加式制动策略续驶里程为337km;使用本文所示方法制动策略时，续驶里程为348km。续驶里程提升了3.26%。

5    结 论

汽车的制动能量回收的改进，对提高驾驶安全性、舒适性、节能性均有重要的意义。结合大数据分析做出的制动策略，提供给驾驶员自定义的能量回收参数设置接口，有利于在驾驶员出行的安全性、舒适性、节能性中寻找平衡点。该课题作为电动汽车能量回收技术的辅助方案，具有较高的应用价值。

参考文献：

[1]卢东斌，欧阳明高，谷靖，李建秋. 电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制[J]. 中国电机工程学报，2013，33（03）：83-91+12.

[2]孙宏达. 純电动汽车再生制动控制系统的研究[D].哈尔滨理工大学，2016.

[3]初亮，蔡健伟，富子丞，王彦波. 纯电动汽车制动能量回收评价与试验方法研究[J]. 华中科技大学学报（自然科学版），2014，42（01）：18-22.

[4]龚金科，颜胜，黄张伟，贾国海. 发动机辅助制动性能仿真研究[J].中国机械工程，2014，25（09）：1268-1272.

[5]GB/T 32960.1-2016，电动汽车远程服务与管理系统技术规范 第1部分：总则[S].

[6]GB/T 32960.2-2016，电动汽车远程服务与管理系统技术规范 第2部分：车载终端[S].

[7]GB/T 32960.3-2016，电动汽车远程服务与管理系统技术规范 第3部分：通信协议及数据格式[S].

[8]GB/T 18386-2017，电动汽车能量消耗率及续驶里程试验方法[S].