混合动力公交车制动性能测试与分析

Posted 2021-04-28 汽车制动之家

摘 要：由于城市环境污染和能源短缺问题，绿色、环保的新能源汽车成为全社会关注的热点。在诸多新能源汽车中，发展最迅速和最成熟的是混合动力汽车。混合动力汽车能够在各方面能够满足当前苛刻要求，尤其在节能减排方面发挥出了重要作用。混合动力公交车由于在制动过程中存在制动能量再回收的情况，与传统燃料公交车存在差异，通过文章研究，可以提高乘客和驾驶员对公交车制动性能的认识，同时对于城市公交车的安全运营有一定的意义。

1 前言

1.1 混合动力汽车的研究背景及意义

随着资源的日趋紧张，环境恶化。针对传统燃油汽车产生的诸多问题，新能源汽车因其低排放甚至零排放、能耗低等优点迅速发展，但由于纯电动汽车存在能量密度低、价格高以及寿命较短，燃料电池技术不成熟等缺陷，两者都无法在短期内大规模推广普及。在这种情况下，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车异军突起，成为解决排放污染和能源问题最具现实意义的途径之一[1]，近几年我国混合动力汽车发展势头十分迅猛。混合动力汽车具备以下优势：

（1）配备发动机和电动机两套动力装置，可以相互转换，电动机无污染、噪音小同时发动机保证动力性和续航性能。

（2）在正常行驶中，将多余的能量的回收到蓄电池中储存，以及制动能量回收技术的应用，大大提高其燃料利用率[2]。

（3）它可利用现有的加油站加气站，不必再重复投资建设[3]。

在城市道路中，由于车流量和人流量比较密集、十字路口比较多，所以车辆需要经常刹车、停车和启动,尤其是城市公交车。城市公交经常的制动带来了巨大的能量损失，针对这种情况，采用再生制动来回收制动能量的混合动力公交车不仅减少了燃油消耗和空气污染，而且还有效增加了其续驶里程。与传统公交车相比，混合动力公交车在制动性能上也有所不同。本文主要对城市混合动力公交车的制动性能进行研究，以此提高驾驶员和乘客对混合动力公交车制动性能的了解，确保行驶安全。

1.2 城市公交行驶特点

分析城市中公交车的行驶特点，首先要考虑城市的道路、交通环境等因素，城市道路有坡道、道路交叉口以及公交专用道，与公路行驶不同；而且交通拥堵、交通信号配时、交通事故、临时交通管制等等都影响着城市公交车的行驶特性。

（1）公交客车需求量大。公交车是市民出行的最主要的出行选择之一，城市规模的不断扩张，出行半径不断增大，市民们对于公交车的需求持续增长。如西安市现有公交线路326条，现有公交车共8000余辆，其中混合动力车1400多辆，以苏州金龙KLQ6129GAHEVC5为主。

（2）行驶平稳、易坡道起步。城市基础设施建设相对完善，交通网络发达，公路道路条件好，城市路面质量较好，公交客车行驶也就很平稳；此外，大中城市的拥堵问题日益严重，城区中车辆常处于低速行驶，车辆经常需要紧急停车、坡道起步，部分城市的特定路段还需要车辆具备良好的爬坡能力。

（3）车辆行驶速度不高。公交车停靠站点较多，站间距短，再加上交通拥挤，路口红灯等情况，车辆的起停频繁等导致车辆速度小。

（4）车辆的运营具有潮汐特性。早晚高峰时间段客流量大，乘车拥挤，车辆荷载大，交通拥堵，行驶速度低。非高峰时间段，运力过剩。

2 城市混合动力公交车试验场测试与分析

2.1 试验设计

混合动力公交车制动性能道路试验是通过道路检测制动距离和制动减速度对于混合动力公交车进行评价。试验中通过车辆制动距离和制动减速度试验来对混合动力公交车的制动性能进行测试与分析。

图1

在车辆空载情况下，进行制动减速度试验时，车辆从A开始进行加速，至30km/h时，开始踩刹车直至车辆完全停止为止，用仪器记录刹车距离及刹车时间，照此方法再由A点至B点，在BC处转弯后，再从C点至D点，总共进行5次试验。

2.2 试验结果与分析

前五次试验如下图2所示，由左至右，第一个为紧急制动试验图形，第五个为客车转弯图形，其余四个为轻踩制动踏板试验图形。

图2 5次实验结果图

（1）制动减速度试验结果与分析：

表1 紧急制动试验结果

ECE R13和GB7258采用的是充分发出的平均减速度MFDD [4]（m/s2）：

 （1）

式中：MFDD——充分发出的平均减速度，单位为米每平方秒（m/s2）；

Vo——试验车制动初速度，单位为千米每小时（km/h）；

Vb——0.8Vo,试验车速，单位为千米每小时（km/h）；

Ve——0.1Vo,试验车速，单位为千米每小时（km/h）；

Sb——试验车速从Vo到Vb之间车辆行驶的距离，单位为米（m）；

Se——试验车速从Vo到Ve之间车辆行驶的距离，单位为米（m）。

由图1及表1可以得出，在客车时速为31.633km/h时，所用制动时间为4.656s，制动距离为10.145m。制动时充分发出的平均减速度：V0=31.63，Vb=0.8×31.63=25.30，Ve=0.1×31.63=3.16，Sb=4.56，Se=9.72。

可得该车型在本次试验中MFDD=4.71 m/s2符合国家GB-7258中规定客车在空载和满载的状态下时，应急制动充分发出的平均减速度要大于2.5 m/s2；

（2）轻踩制动踏板制动试验结果与分析：

以连续四次30 km/h的速度减速至零的轻踩刹车制动试验模拟城市道路的拥堵工况，四次制动距离分别为17.267m、27.062m、23.523m、20.458m；平均制动距离为22.078m。

3 总结

本文主要对混合动力公交车的制动性能进行力测试与分析，根据其制动时再回收能量的特点，由于与传统公交车相比，混合动力公交车在制动过程在制动时制动距离和制动减速度存在差异。通过实地调查西安市公交车在实际运营过程中的制动情况，以及汽车综合试验场对海格牌KLQ6129GAHEV C5型混合动力城市公交车的制动减速度测试，分析总结对混合动力公交车驾驶员提出以下建议：

（1）由于混合动力公交车附加气电混合的装备，整备质量大，惯性也大。在相同条件下混合动力公交车普遍比传统内燃机公交车的制动距离要长，所以要提高驾驶员对混合动力公交车的认识，改变以往的制动方式。

（2）混合动力公交车由于具有制动时再回收能量的特点，根据其回收能量的方式，采用点踩制动时车辆不回收能量，同时会增加制动距离。驾驶员在制动时应尽量采用轻踩刹车的方式。在回收能量节能的同时可以缩短制动距离，提高混合动力公交车的安全性。

（3）混合动力公交车制动时将部分制动能量转换为电能储存于蓄电池中。混和动力公交车采用前盘后鼓式制动器，盘式制动器制动时有个渐进的过程，制动比较柔和，所以制动效果要好于鼓式制动器，舒适性也更好。

（4）存在的问题：在一定坡度道路进行起动时，因电机驱动会导致上坡动力不足；由于蓄电池持续工作，很容易导致温度过高而停止工作，使车辆无法正常行驶；该车动力装置比较复杂，技术还不完全成熟，维修保养比较复杂，在运行过程中很容易发生故障，并且在市场上也不易买到配件，售后维修保养服务也是混合动力公交车运营中的一大难题。

长安大学汽车学院

点个在看，支持下《汽车制动之家》哦！

点阅读原文可加入：线控制动、EPB、制动NVH、真空泵、踏板感、卡钳、刹车片、盘、能量回收、ADAS等16个微信技术群