制動踏板感覺試驗淺析

吳延鵬，徐赟

制動踏板感覺試驗淺析

吳延鵬，徐赟

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要通過對市場用戶制動工況的分析，結(jié)合整車道路制動性能試驗手段，搭建了整車制動踏板感覺試驗評估體系。本體系通過制動踏板力、踏板行程、減速度等參數(shù)，將制動主觀感覺進(jìn)行了客觀的量化，為產(chǎn)品開發(fā)和品質(zhì)的提升提供了一種新的方法。

制動系統(tǒng)；制動踏板；試驗

引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國的汽車保有量和普及度迅速提高，用戶對汽車的要求也越來越多樣化，制動系統(tǒng)的踏板操縱作為用戶日常最重要的交互界面之一，向來都備受關(guān)注。根據(jù)市場反饋，用戶對制動系統(tǒng)反映最多的主要有剎車不夠靈敏、制動踏板低、制動疲軟等問題，但目前汽車制動性能主要以制動距離、車輛減速度等硬性指標(biāo)為評判標(biāo)準(zhǔn)，不能反饋出市場用戶所反應(yīng)的主觀問題，因此本文提出了制動踏板感覺試驗方法，結(jié)合車輛開展實車試驗，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，為車輛制動系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)和評價提供一種有效的方法。

1 制動感覺評價體系介紹

1.1 制動主觀評價系統(tǒng)

整車制動主觀評價是整車生產(chǎn)定型前除法規(guī)強制試驗外最重要的評價手段之一，其一般評價體系構(gòu)成如圖1所示。在制動主觀評價體系中，制動踏板感覺是重點考察的項目之一，是駕駛者最直接的感受。關(guān)于制動踏板感覺的測試評價，目前各主機廠及相關(guān)汽車檢測機構(gòu)通常以固定項目的主觀評價為主，評價項目、內(nèi)容見表1所示。

此種評價體系可以類比出相關(guān)競爭車型之間的差異，但這種評價方法需要專業(yè)人員來進(jìn)行大量的評估，結(jié)論才具有可參考性，且各種外界因素會干涉主觀評估結(jié)果，因此制動主觀評價的可靠性及應(yīng)用便捷性不高，且無法對制動系統(tǒng)的匹配給出更進(jìn)一步的指導(dǎo)。

圖1 制動主觀評價體系

表1 制動踏板感覺評價項目

評價項目評價結(jié)果 制動踏板自由行程踏板自由行程（小/大）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動踏板力踏板力（過重、過輕/合適），ABS作用時感覺?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動踏板行程踏板行程（過長、過短/合適），ABS作用時感覺?3 ?2 ?1 0 1 2 3 踏板漸進(jìn)性制動減速度與踏板力合適的線性關(guān)系（無/有）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動響應(yīng)制動響應(yīng)（急劇/平滑/緩慢）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動遲滯作用助力變化（快/慢）?3 ?2 ?1 0 1 2 3

1.2 踏板感覺的定義及影響因素

以液壓制動系統(tǒng)為例，制動踏板通過杠桿機構(gòu)與真空助力器，進(jìn)而與制動主缸相連。在踩下制動踏板后，一方面制動踏板克服機構(gòu)間隙，在真空助力器的助力作用下，推動主缸活塞運動，使管路油壓升高推動輪缸并使摩擦片和制動盤間產(chǎn)生制動力矩，進(jìn)而在輪胎、路面的相互作用下形成對車輛的制動力并最終使車輛減速；另一方面，駕駛員獲得踩制動踏板得到的反饋信號踏板位移和踏板力，再加上車輛制動身體和視覺上所感受到的減速度，聽覺上的制動噪聲等諸多因素，共同構(gòu)成了完整的制動感覺[1]。

車輛制動情況下駕駛員身體感官上的綜合感覺稱之為制動感覺，由制動系統(tǒng)零部件、制動系統(tǒng)與整車的匹配決定。而制動踏板感覺則側(cè)重于制動踏板機構(gòu)給駕駛員腳的反饋作用，通過踏板行程-踏板力曲線即踏板特性曲線來描述。因此可以認(rèn)為制動感覺的包含制動踏板感覺，好的制動踏板感覺不一定會有好的制動感覺（比如制動抖動、制動噪聲等），但是好的制動感覺必須要有好的制動踏板感覺。

踏板特性即踏板行程與踏板力的關(guān)系，制動減速度與踏板的關(guān)系，以及駕駛員感覺到的制動減速度，共同構(gòu)成了車輛的制動踏板感覺。影響制動踏板感覺因素即現(xiàn)階段我們能測量的參數(shù)有：

（1）制動踏板位置參數(shù)；

（2）制動踏板行程；

（3）制動踏板力；

（4）制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度；

（5）車輛的減速度；

（6）車輛減速度的可調(diào)節(jié)性，主要指駕駛員在踩下制動踏板時，達(dá)到預(yù)期的減速度后，能夠通過繼續(xù)促動或者部分釋放制動踏板獲得更大或者更小的減速度的能力。

開展實車試驗，對以上參數(shù)進(jìn)行采集、處理與分析，得到客觀量化的制動踏板感覺，從而形成制動踏板感覺評估體系。

2 制動踏板感覺試驗評估體系

2.1 制動踏板位置參數(shù)

有關(guān)研究表明，制動反應(yīng)時間與汽車制動踏板位置的設(shè)計存在明顯關(guān)系，油門踏板的位置稍高于制動踏板，制動踏板板面比油門踏板板面寬，這樣遇到緊急情況需要緊急制動時，腳可以順利快速地從油門上滑落下來，踏在制動踏板上，從而迅速采取制動措施，這種設(shè)計減少或消除了完成制動時需抬腿去踩踏板的努力，人可以借助重力迅速有效地完成制動，且不會誤踩到油門上，減少了操作時間，也在一定程度上防止了誤操作[2]。

制動踏板與油門踏板的間距也對制動反應(yīng)時間有一定的影響。一般說來，兩踏板相距過遠(yuǎn)，腳需移動距離長，制動反應(yīng)時間也長，而兩者相距太近，盡管反應(yīng)時間減少了，但極易踏錯踏板而釀成慘禍或單腳同時路下兩只踏板，從而損壞了車輛制動系統(tǒng)的功能，因此設(shè)計時，應(yīng)找出最佳的設(shè)計間距，兩踏板的間距取10～15 cm為佳。

2.2 制動初始階段的踏板力和踏板行程

車輛在空擋滑行時，由于空氣阻力、滾動阻力等的影響，會產(chǎn)生一個減速度即滑行減速度[3]，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)滑行減速度在0.03～0.1范圍內(nèi)。制動初始階段是指制動器剛剛開始作用的時刻，反映在測量數(shù)據(jù)上即為減速度剛超過0.1時刻，此時的踏板力、踏板行程即為制動初始階段的踏板力和行程，如圖2所示。

圖2 制動過程圖

2.3 制動感覺點的踏板力和踏板行程

制動感覺點是在制動過程中駕駛員主觀感覺到車輛有制動的時刻，此時的制動踏板力及行程即為制動感覺點的踏板力、踏板行程。

我們曾通過5種不同類型的車輛在不同載荷狀態(tài)下，以不同的制動初速度（10 km/h～120 km/h），進(jìn)行不同工況的制動（輕制動、中制動、緊急制動等），當(dāng)駕駛員有制動感覺時觸動觸發(fā)開關(guān)，同時全程記錄車輛的減速度、踏板力及行程、管路壓力等，最后通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出，當(dāng)車輛瞬時減速度達(dá)到0.23～0.35時，人體就明顯感覺到車輛進(jìn)行了制動。因此定義制動過程中車輛瞬時減速度達(dá)0.3時刻為制動感覺點，如圖2所示。

2.4 制動正常作用點的踏板力和踏板行程

如圖2所示，減速度在0.55之前，車輛的減速度、制動力、踏板力、踏板行程通常呈線性關(guān)系，在減速度超過0.55之后，車制動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置將開始起作用，對制動系統(tǒng)的管路壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后的線性度將會失真。因此定義減速度0.55處為制動正常作用點，此時的踏板力、行程即為制動正常作用點的踏板力、踏板行程。

2.5 制動踏板線性度指數(shù)

主要是評價車輛減速的可調(diào)性，駕駛員制動時．為達(dá)到預(yù)想的減速度而繼續(xù)踩下或者部分抬起踏板時，車輛制動減速度的響應(yīng)程度?；谔ぐ辶Γ瓬p速度曲線通過最小二乘法進(jìn)行相關(guān)冪函數(shù)擬合（擬合的區(qū)域為制動初始點到制動正常作用點）得到線性度指數(shù)，即Dec=Const×Force×exp，其中exp即為線性度指數(shù)，一般情況exp在0.85～1.05之間為宜。

2.6 制動踏板特性圖

為了能更清晰地表達(dá)制動踏板與車輛減速度的關(guān)系，分別繪踏板力與減速度、踏板行程與減速度的曲線圖即制動踏板的特性圖，同時根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)的積累，我們初步確定出轎車制動踏板特性圖的經(jīng)驗區(qū)域，如圖3所示。

2.7 制動踏板感覺評分標(biāo)準(zhǔn)

制動踏板感覺評分標(biāo)準(zhǔn)如下表2所示：

表2 制動感覺指數(shù)試驗評估體系

參數(shù)權(quán)重/%目標(biāo)值評分計算標(biāo)準(zhǔn) 踏板形狀及位置與油門踏板的高度差5標(biāo)桿車或經(jīng)驗值與目標(biāo)值誤差每超10％減1％ 與油門踏板的間距 踏板特性曲線圖踏板力－減速度15是否在經(jīng)驗區(qū)域按照在經(jīng)驗區(qū)域內(nèi)的比例評分 踏板行程－減速度 制動初始點踏板力/N517～25超目標(biāo)值每5 N減20％ 踏板行程/mm2020～32超目標(biāo)值每5 mm減25％ 制動感覺點踏板力/N1035～50超過或不足目標(biāo)值每5N減25％ 踏板行程/mm1037～47超過或不足目標(biāo)值每2.5 mm減25％ 制動正常作用點踏板力/N1060～80超目標(biāo)值每10N減20％ 踏板行程/mm1040～55超過或不足目標(biāo)值每10 mm減20％ 踏板線性度踏板力150.85～1.05超出或不足目標(biāo)值每0.02減10％

3 實際應(yīng)用

根據(jù)市場反饋某型車輛制動點頭現(xiàn)象嚴(yán)重，將制動踏板感覺試驗引入到此類型車輛的制動系統(tǒng)整改當(dāng)中，先后對原狀態(tài)、優(yōu)化方案1、優(yōu)化方案2進(jìn)行了測試，結(jié)果如表3、圖4所示。

由表3、圖4可得出，原狀態(tài)的制動踏板感覺最差、優(yōu)化方案1的制動踏板感覺稍好，優(yōu)化方案2的制動踏板感覺最好。

原狀態(tài)車輛制動初始點的踏板力及踏板行程在經(jīng)驗區(qū)域內(nèi)，但是在踏板力為20 N、踏板行程為30 mm時，車輛制動減速度從0.1階躍到0.4，特別明顯的制動點頭現(xiàn)象，顯然此點頭現(xiàn)象是由于真空助力器階躍特性點參數(shù)有問題造成的；同時踏板力—減速度曲線圖幾乎沒有在經(jīng)驗區(qū)域內(nèi)，制動感覺點之后，制動踏板略顯沉重；且制動踏板線性度指數(shù)較差。

表3 制動踏板感覺實例

參數(shù)權(quán)重/%目標(biāo)值原狀態(tài)方案1方案2 踏板形狀及位置與油門踏板的高度差5標(biāo)桿車或經(jīng)驗值444 與油門踏板的間距 踏板特性曲線圖踏板力－減速度15是否在經(jīng)驗區(qū)域7715 踏板行程－減速度 制動初始點踏板力/N517～25555 踏板行程/mm2020～32202020 制動感覺點踏板力/N1035～502.51010 踏板行程/mm1037～4751010 制動正常作用點踏板力/N1060～808810 踏板行程/mm1040～55101010 踏板線性度踏板力150.85～1.05013.515 總得分61.587.599

優(yōu)化方案1：制動踏板初始點、感覺點的參數(shù)均能滿足要求，但是由制動踏板特性圖可以得出，還略有制動點頭現(xiàn)象；且制動過制動感覺點后，制動踏板沉重的問題還沒解決。

優(yōu)化方案2：制動踏板的特性曲線完全在經(jīng)驗區(qū)域內(nèi)，且制動踏板線性度指數(shù)與經(jīng)驗曲線幾乎接近，此狀態(tài)的制動踏板感覺良好。

同時在試驗測試過程中，我們也進(jìn)行了主觀評價，評價人員對優(yōu)化方案2車輛的狀態(tài)，感覺十分滿意。

4 結(jié)論

上述內(nèi)容主要通過在對制動踏板感覺試驗評估體系的建立以及對某型車輛制動點頭現(xiàn)象整改中，本文根據(jù)提出的制動踏板感覺試驗方法，找出了被評估車輛問題的原因，并通過優(yōu)化匹配的手段和再驗證提高了制動踏板感覺，最終取得了較為滿意的結(jié)果。制動踏板感覺試驗評估體系對設(shè)計優(yōu)化的指導(dǎo)意義得到了驗證。

[1] 林志軒,高曉杰.制動踏板感覺研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2007(06):4-7+54.

[2] 王望予.汽車設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

Analysis on the Test of Brake Pedal Feeling

WU Yanpeng, XU Yun

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Through the market users braking condition analysis, this paper combined with the tools of road vehicle braking performance test, to build a vehicle brake pedal feel test evaluation system. The system through the brake pedal force, pedal travel, deceleration and other parameters, make the subjective feel of the brake effectively to quantify, for product development and quality improvement provides a new method.

Brake system; Brake pedal; Test

B

1671-7988(2021)22-125-04

U467

B

1671-7988(2021)22-125-04

CLC NO.: U467

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.032