基于踏板開度的油門踏板舒適性研究

華猛， 霍燦堅，錢方，曹勇

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

油門踏板直接決定汽車的動力輸出，目前主機廠對動力參數(shù)的匹配多基于設計經(jīng)驗，并未將踏板的行程和力一一對應，導致在常用開度時油門行程、踏板力不合適，引起駕駛疲勞[1-6]。文中選取了10款車，涵蓋合資和自主品牌，通過分析其踏板力、踏板行程和油門開度的關系，提取影響舒適性的參數(shù)，并對參數(shù)的取值范圍進行分析定義。

1 研究對象

1.1 研究對象

目前市場上的車油門踏板主要有兩類：落地式踏板(如圖1所示)和懸掛式踏板(如圖2所示)。文中選取市面上較普遍的懸掛式踏板為研究對象，分析常規(guī)動力車型的油門開度與踏板行程和踏板力的關系。

1.2 車型選擇

為提高研究樣本的可信度，選取10款車(如表1所示)：自主品牌：5款；合資品牌：5款。

表1 車型清單

備注：如無特殊說明，文中所描述車型均為表中車型。

2 客觀測量

踏板測試采用目前各主機廠通用的測試系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)及測試原理如下：

踏板力-行程測試系統(tǒng)由踏板力測量模塊、踏板行程測量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)后處理模塊組成(如圖3所示)。

圖3 踏板測試系統(tǒng)

踏板力傳感器采用電阻應變式傳感器，踏板行程軌跡測量原理為參數(shù)解算位移法，即系統(tǒng)采用相對量計算方法(測量前，系統(tǒng)自動清零)，故測試結(jié)果與傳感器安裝位置無關，僅需保證傳感器布置平面與踏板軌跡平面一致即可。用該方法測得的踏板軌跡比拉線測量準確，能夠真實地反映踏板軌跡。

如圖4所示，踏板行程測量模塊由一個角度傳感器與一個直線位移傳感器組成，可實時測量空間向量曲線數(shù)據(jù)。試驗時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時獲得角度與位移變化量，并發(fā)送至后處理模塊進行數(shù)據(jù)解算。

圖4 踏板軌跡測量模塊示意圖

安裝好踏板測試設備后，采集油門踏板的行程與力曲線，同時利用INCA實時讀取油門開度信號。記錄對應油門開度下的踏板力及行程。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 參數(shù)選擇

圖5、圖6分別為踏板行程、踏板力與踏板開度的測試曲線，可以看出：曲線均有明顯的分段點，分別為前段空行程(O-A)，中間有效行程(A-B)以及后段空行程(B-C)，由大數(shù)據(jù)分析可知駕駛員常用開度在20%～40%之間，因此選擇分析參數(shù)如下：

(1)前段空行程；

(2)20%～40%開度對應的行程和踏板力；

(3)有效行程占比；

(4)后段空行程。

圖5 踏板行程與開度曲線

圖6 踏板力與開度曲線

3.2 數(shù)據(jù)分析

10款車的踏板行程與開度的測試結(jié)果如圖7所示，可以發(fā)現(xiàn)：踏板的總行程基本在35～60 mm內(nèi)，前段空行程在0～8 mm內(nèi)。

圖7 踏板行程與開度曲線

踏板力與油門開度的測試結(jié)果如圖8所示。可以看出，除了榮威I6和凌派，其余車型的踏板力均在15～40 N內(nèi)。

圖8 踏板行程與開度曲線

接下來針對所選參數(shù)進行分析：

(1)前段空行程

由圖9可以看出，除了榮威I6和RX5外，前段空行程占總行程的比例基本在5%附近，由圖10可以看出前段空行程基本小于3 mm。因此，建議前段空行程目標設定為不大于3 mm。

圖9 前段空行程占比

圖10 前段空行程匯總結(jié)果

(2)20%～40%開度對應的行程和踏板力

圖11為20%～40%油門開度對應的各車型的踏板行程匯總結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：20%開度下，行程基本在9～13 mm內(nèi)；30%開度時，行程在13～17 mm內(nèi)；40%開度下，行程基本在17～23 mm內(nèi)。綜上，定義常用開度對應的踏板行程為10～20 mm。

圖11 常用開度對應的踏板行程

圖12為20%～40%油門開度對應的各車型的踏板力匯總結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，20%開度下，踏板力基本在13～20 N內(nèi)；30%開度時，踏板力在15～21 N內(nèi)；40%開度下，踏板力基本在15～25 N內(nèi)。綜上，定義常用開度對應的踏板力為15～25 N。

圖12 常用開度對應的踏板力

(3)有效行程占比

有效行程對應整車的實際動力輸出，因此，有效行程越長，動力持續(xù)輸出的駕駛感受越明顯。由圖13可以發(fā)現(xiàn)：10款車的有效行程占比基本在70%～90%之間。為了提升駕駛感，建議有效行程占比85%～90%。

圖13 各車型有效行程占比

(4)后段空行程

后段空行程為無效行程，即此行程不對應動力輸出。由圖14可以看出，除了Highland、VV5、榮威I6和RX5的后段空行程占比較大外，其余幾款車均在7%左右。建議將后段空行程占比設定為5%～10%。結(jié)合圖15中后段空行程匯總，可知后段空行程建議值為不大于5 mm。

圖14 后段空行程占比

圖15 后段空行程

4 結(jié)論

為提升油門踏板的舒適性，同時提升駕駛感，選取了美系、日系、德系和自主品牌共計10款車，通過分析其油門開度與踏板的行程和踏板力的對應關系，提取了影響舒適性的特性參數(shù)，并給出了相應的建議設計范圍：

(1)前段空行程

前段空行程占比：2%～5%；

前段空行程：0～3 mm。

(2)20%～40%開度對應的行程和踏板力

行程：10～20 mm；

踏板力：15～20 N。

(3)有效行程占比：85%～90%。

(4)后段空行程

后段空行程占比：5%～10%；

后段空行程：0～5 mm。

此特性參數(shù)范圍對于油門踏板的舒適性設計有一定的指導意義。