某車型制動踏板感覺設計優(yōu)化

韓厚祿

觀致汽車有限公司 上海 215537

制動踏板感覺是整車技術規(guī)范VTS（Vehicle Technical Specification）制動性能的關鍵指標之一，反映了駕駛人在車輛行駛及動態(tài)制動時與車輛之間的人車交互，影響到駕駛員對車輛動態(tài)行駛品質的直觀評價。

這就要求在新車型新項目開發(fā)的前期，結合競品車制動性能的對標結果及企業(yè)標準，制定好新車型新項目的開發(fā)目標，包括制動踏板感覺等。基于設定的開發(fā)目標進行初步的制動系統(tǒng)的匹配選型，制作騾子車，進行性能目標的初步摸底確認。結合騾子車的實車摸底驗證結果，對制動系統(tǒng)的零部件參數進行修正、調整，通過對騾子車及后續(xù)多輪性能開發(fā)樣車的反復優(yōu)化及驗證，最終確保開發(fā)車型的性能達到開發(fā)目標。

制動踏板感覺及影響因素

1.制動踏板感覺簡介

制動踏板感覺是駕駛人在車輛的制動工況下，身體感官接收到的主觀綜合感受。其中，駕駛員在制動時踩踏制動踏板，接收到的踏板力及踏板位移的回饋感受比較重要。該特性由制動系統(tǒng)及零部件的匹配選型所決定。

通常情況下，通過研究踏板力F與制動減速度G的特性關系曲線（以下簡稱F-G曲線）、踏板行程S與制動減速度G的特性關系曲線（以下簡稱S-G曲線）來表達和評價制動踏板感覺的優(yōu)劣。基于理論選型計算，結合各個零部件的參數，調整F-G曲線和S-G曲線的變化，從而對制動踏板感覺進行改善和優(yōu)化。

具體的F-G、S-G特性關系曲線如圖1所示。考慮到制動踏板感覺的理論計算誤差、整車試驗測量誤差、零部件加工誤差以及駕乘的主觀性等諸多因素，對制動踏板感覺曲線定義一個上下限值范圍。

2.影響因素

一般情況下，基于整車質量、前后軸荷及質心高度等參數，按照制動系統(tǒng)匹配選型計算的理論公式，結合國內外法規(guī)要求及各大主機廠內部企業(yè)標準，以及競品車型的實車對標結果，來進行初步的制動系統(tǒng)的計算校核及選型匹配。通過后期多輪的調整，改變各選型參數，進行結果的對比，制定出期望的制動踏板感覺的技術方案。根據制動系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及零部件，分析其影響因素。

制動踏板力與制動減速度F-G特性，主要與制動踏板的杠桿比、踏板回位彈簧剛性、制動主缸的缸徑、真空助力器的助力比、跳增特性、前后制動卡鉗的輪缸缸徑、前后制動盤的有效半徑、前后摩擦片的名義摩擦系數及各零部件的效率系數等強相關。

其中，真空助力器是影響制動踏板感覺F-G性能曲線的關鍵零部件外形及其性能特性曲線如圖2所示。

圖2 真空助力器總成及特性曲線

通常情況下，變更真空助力器的助力比（Booster ratio），可以調整在助力器拐點（Knee point）之前區(qū)間段內相同制動減速度下的踏板力，優(yōu)化踏板感覺。但助力比變更時，帶來的影響是助力器的拐點會隨之變更，將影響拐點后段區(qū)間的踏板力，因此在優(yōu)化踏板感覺時需要綜合考慮。另外，變更真空助力器的始動力（Cut in），提高跳增值（Jump in），可以提高系統(tǒng)的響應速度，可以優(yōu)化并調整制動初期的踏板力，從而優(yōu)化制動踏板感覺。

制動踏板行程S與制動減速度G特性中，踏板行程S主要包括前段的空行程及后段的減速度起作用時的行程兩部分組成，這兩部分的表現都影響駕駛人對踏板行程的主觀感受。

制動踏板前段空行程主要與制動踏板與助力器推桿之間的尺寸間隙、助力器內部的空行程、制動主缸的活塞空行程、前后制動卡鉗的制動盤與摩擦片之間的盤片間隙、制動卡鉗的活塞空行程等有關。制動踏板后段行程主要與制動踏板的杠桿比、前圍板的變形量、制動主缸的活塞行程、ABS執(zhí)行器的需液量特性、前后制動軟管的油壓P-需液量V特性、前后制動卡鉗的需液量特性、前后卡鉗的鉗體及支架剛性、摩擦片的壓縮率及消聲片的變形量等強相關。其中關鍵的制動卡鉗需液量及其P-V特性曲線如圖3所示。

圖3 制動卡鉗及油壓P-需液量V特性曲線

綜合前文所述，對于影響制動踏板感覺的參數，整理匯總見表1。

表1 制動踏板感覺影響參數

VTS制動踏板感覺目標設定

以公司當前底盤V字形正向開發(fā)流程為例，在新車型開發(fā)時，一般通過對大量的競品車進行制動踏板感覺的對標分析，同時結合開發(fā)車型的市場定位、目標成本等諸多因素，從而制定出開發(fā)車型的整車VTS制動踏板感覺的目標范圍。

經過分析，定義車輛在半載狀態(tài)下，制動減速度為（0.3～0.6）g，客觀實測的F-G性能曲線、S-G性能曲線必須在規(guī)定的上下限值范圍內，作為新車型開發(fā)的整車VTS制動踏板感覺的目標。其余區(qū)域參考競品車進行主觀評價，競品車實測結果如圖1所示，制動踏板感覺的VTS要求范圍見表2。

表2 VTS制動踏板感覺目標范圍

優(yōu)化分析

以某新開發(fā)車型項目為例，該車型的整車質量、軸荷等整車參數的設計輸入見表3。

表3 整車參數

該車制動系統(tǒng)的布置方案如圖4所示。整車制動管路的布置形式為X形液壓系統(tǒng)回路，搭載浮動式單缸前制動卡鉗通風式前制動盤，后卡鉗采用浮動式單缸EPB電子卡鉗及實心式后制動盤。搭載匹配10inch真空助力器，同時搭載電子真空泵作為發(fā)動機的輔助真空源。節(jié)氣門制動踏板總成采用模塊化布置，其中制動踏板為固定式杠桿比結構形式。

圖4 某車型制動系統(tǒng)零部件布置

該車型基礎制動系統(tǒng)各個零部件的式樣及參數見表4。

表4 某車型制動系統(tǒng)零部件設計選型及優(yōu)化

（續(xù)）

該車型在開發(fā)過程中，試驗評價人員在對騾子車進行整車VTS的制動性能主觀及客觀評價時，反饋有制動踏板感覺項目中剎車偏軟的問題，主要表現為：制動踏板的行程偏長，制動初期踏板感覺較軟。實車測試的踏板感覺特性曲線如圖5所示，具體參數值見表5。

從圖5及表5可以看出，雖然原車的F-G、S-G性能曲線的測試結果在VTS制動踏板感覺的要求范圍內，但在0.3g制動減速度時，踏板行程為33.8mm，偏向下限。在0.6g制動減速度時，踏板行程為43.8mm，也偏向下限。該客觀數據與實車主觀評價時的踏板行程偏長的感受是一致的。

考慮到制動系統(tǒng)的零部件開發(fā)周期、成本及周邊環(huán)境件布置限制等諸多因素，優(yōu)化方案重點考慮從縮短踏板行程、伴隨著微調制動踏板力方面入手，進而優(yōu)化改善制動踏板感覺。

結合表1所述的各個零部件參數對踏板感覺F-G、S-G曲線的影響因素，在前后制動卡鉗及制動盤搭載、電子真空泵搭載、制動管路布置方案等不變的前提下，基于制動系統(tǒng)的理論計算校核，分別制定了兩項優(yōu)化方案（見表5）。

優(yōu)化方案1的重點為變更真空助力器參數，將制動主缸的缸徑從23.81mm加大到25.4mm，減小制動踏板行程；將真空助力器的助力比從5.5N加大到8N，提升F-G性能表現。同步調整跳增值從2.9MPa更改到3.5MPa，將始動力從80N提高到90N，改變初期制動踏板偏軟的表現。真空助力器的助力比變更后，拐點輸入力從570N變更為430N，則相應的助力器拐點后的踏板力輸入可以隨之降低。

優(yōu)化方案2為在方案1變更真空助力器參數的基礎上，進一步變更制動踏板，將制動踏板的杠桿比從3.4減小到3.1，進一步縮短制動踏板的行程。但制動踏板的杠桿比減小的同時，會導致踏板力F將增大，有超過F-G曲線下限而導致不能滿足VTS要求的風險。

優(yōu)化方案1和方案2以及騾子車現狀的理論計算結果對比如圖6所示。

圖6 Mule車現狀及優(yōu)化方案的理論計算結果

制定優(yōu)化方案后，隨后制作真空助力器及制動踏板的樣件，換裝到原車上進行主觀和客觀的對比評價。

結合客觀對比測試驗證以及主觀性能評價，得出的評價結論為：

1）采用優(yōu)化方案1時，整車的制動踏板感覺良好，其中踩踏踏板的力度比較舒適，相比初始的騾子車，在主觀感覺上也沒有顯著變重的感覺。制動踏板的踏板行程長短有改善，踩踏踏板時車輛的制動響應迅速，給人感覺信心較強。踏板力和踏板行程的整體表現比較均衡，效果相比騾子車有較大改善。

2）采用優(yōu)化方案2時，雖然踏板行程有大幅縮短，但是初期的踏板反饋和踏板力變差，同時由于變更踏板比時，踏板樣件的踏面位置略微做了一定的調整，踏板踩踏面的人機界面主觀感受的表現不佳。

通過綜合考慮，最終決定采用優(yōu)化方案1的參數作為該開發(fā)車型的基礎制動系統(tǒng)匹配選型的凍結方案。

結語

制動踏板感覺是整車VTS制動性能的重要組成部分，體現了車輛動態(tài)行駛時的駕駛品質及行車安全，直接影響駕駛員的主觀感受及制動信心。本文結合新車型項目開發(fā)的經驗，分析了影響制動踏板感覺的因素，提出了一些優(yōu)化、改善制動踏板感覺的方案，經過實車搭載驗證后，制動踏板感覺有明顯的提升。這些設計優(yōu)化方案建立在理論計算的基礎上，為制動踏板感優(yōu)化提供了一些參考，可以用于指導基礎制動系統(tǒng)的匹配設計，特別是新開發(fā)車型時的目標設定、現有車型的踏板感問題優(yōu)化等，具有一定的指導意義。