某車型制動踏板感覺優(yōu)化研究

韓厚祿

奇瑞捷豹路虎汽車有限公司上海分公司，上海 200335

0 引言

隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展及保有量的大幅提升，消費(fèi)者已經(jīng)不僅僅滿足于剎車距離方面的性能要求，同時也會關(guān)注制動時的踏板感覺。根據(jù)售后部門反饋及市場調(diào)查，消費(fèi)者對制動踏板感覺方面抱怨的問題主要包括制動力不足、剎車軟、剎車反應(yīng)不靈敏等。這就要求主機(jī)廠在新車型開發(fā)初期時，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)以及競品車的表現(xiàn)，設(shè)定好整車制動踏板感覺的開發(fā)目標(biāo)。隨后，基于開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)校核及匹配選型，制作工程樣車進(jìn)行性能目標(biāo)的開發(fā)驗(yàn)證工作。在開發(fā)過程中，一般需要開展多輪的匹配調(diào)試，對制動系統(tǒng)零部件參數(shù)進(jìn)行修改及驗(yàn)證，確保最終的開發(fā)車型的性能表現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文結(jié)合制動踏板問題案例進(jìn)行了深入分析，制定了優(yōu)化方案并通過實(shí)車驗(yàn)證。

1 制動踏板感覺分析

1.1 制動踏板感覺簡介

行業(yè)內(nèi)一般通過踏板力與制動減速度的特性關(guān)系曲線(下文簡稱-曲線)、踏板行程與制動減速度的特性關(guān)系曲線(下文簡稱-曲線)來表達(dá)和評價制動踏板感覺的優(yōu)劣。基于對開發(fā)車型項(xiàng)目的目標(biāo)設(shè)定、系統(tǒng)理論計(jì)算及零部件匹配選型，合理地選擇零部件的技術(shù)參數(shù)，制定出-曲線和-曲線目標(biāo)。待匹配調(diào)試出期望的制動踏板感覺性能曲線后，凍結(jié)系統(tǒng)方案及各零部件的技術(shù)參數(shù)。

具體的-、-特性關(guān)系曲線如圖1所示。一般對-、-曲線定義出限值范圍，并設(shè)定同一減速度時踏板力、踏板行程的上限和下限。同時，考慮到理論計(jì)算誤差、整車試驗(yàn)測量誤差、設(shè)備檢測精度等，也決定了制動踏板感需要定義在一個范圍內(nèi)。

圖1 競品車制動踏板感覺實(shí)測特性關(guān)系曲線

1.2 影響因素分析

制動踏板力主要與制動踏板的杠桿比、踏板回位彈簧的剛性，制動主缸缸徑，真空助力器的助力比、特性曲線，前后制動卡鉗的缸徑，前后制動盤的有效半徑，前后摩擦片的摩擦因數(shù)等相關(guān)。其中，真空助力器的助力比、始動力、跳增點(diǎn)、拐點(diǎn)等特性參數(shù)是影響-特性曲線的關(guān)鍵因素。例如，通過真空提高助力器的助力比，可以降低拐點(diǎn)前段在相同的整車制動減速度情況下的踏板力。降低助力器的始動力、提高跳增值，可以提高-特性曲線的初期的響應(yīng)速度，使助力器在初期較小的制動踏板力條件下提供更大的油壓，從而提高初期的制動減速度。真空助力器總成及特性曲線如圖2所示。

圖2 真空助力器總成及特性曲線

另外，影響制動踏板感覺-性能表現(xiàn)的還有踏板力的線性感。線性感主要和踏板力拐點(diǎn)有關(guān)，踏板力拐點(diǎn)由真空助力器的拐點(diǎn)液壓引起，若車輪抱死液壓小于助力器拐點(diǎn)液壓，則踏板力感覺比較線性，在制動過程的后期即車輛抱死到剎停前，則無需要施加更大的踏板力。助力器拐點(diǎn)液壓主要與助力器尺寸、真空度、制動主缸缸徑等參數(shù)有關(guān)。

制動踏板行程主要由初期的踏板空行程以及制動減速度升起時的行程組成，這兩部分的表現(xiàn)都影響駕駛員的主觀感受。由制動系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可知，初期踏板空行程主要與制動踏板與助力器推桿的安裝間隙、助力器內(nèi)部膜片盤空行程、制動主缸的活塞空行程、前后卡鉗的盤片間隙等有關(guān)。踏板的后段行程主要與踏板杠桿比、前圍板變形量、助力器殼體剛性、主缸活塞有效行程、ABS執(zhí)行器需液量特性、前后制動軟管油壓與需液量特性、前后制動卡鉗的油壓與需液量特性等強(qiáng)相關(guān)。

綜合前文所述，對于影響制動踏板感覺的參數(shù)，整理匯總見表1。

表1 影響參數(shù)匯總

2 VTS制動踏板感覺目標(biāo)設(shè)定

以公司當(dāng)前底盤V字型正向開發(fā)流程為例，在新車型開發(fā)時，通過對大量的競品車進(jìn)行制動踏板感覺的對標(biāo)分析，同時結(jié)合開發(fā)車型的市場定位、目標(biāo)成本等諸多因素，從而制定出開發(fā)車型的整車技術(shù)規(guī)范(vehicle technical specification，VTS)制動踏板感覺的目標(biāo)范圍。

經(jīng)過分析，定義車輛在半載狀態(tài)下，制動減速度為0.3～0.6區(qū)間范圍內(nèi)，客觀實(shí)測的-性能曲線、-性能曲線的限值范圍內(nèi)，作為新車型開發(fā)的整車VTS制動踏板感覺的目標(biāo)。其余區(qū)域參考競品車及內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主觀評價。競品車實(shí)測結(jié)果及制動踏板感覺VTS要求如圖1所示。

3 實(shí)例分析

以公司某項(xiàng)目新開發(fā)車型為例，該車型的整車質(zhì)量、軸荷等整車參數(shù)見表2。

表2 整車參數(shù)

新開發(fā)車型制動系統(tǒng)的管路為X型液壓系統(tǒng)回路，搭載浮動式前卡鉗通風(fēng)式前制動盤，后卡鉗采用浮動式EPB電子卡鉗及實(shí)心式制動盤。搭載25.4 cm真空助力器，真空助力系統(tǒng)的真空源為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管及輔助電子真空泵。油門制動踏板總成采用模塊化布置，制動踏板為固定式杠桿比。該車型制動系統(tǒng)布置如圖3所示，其零部件參數(shù)見表3。

圖3 某車型制動系統(tǒng)布置

表3 某車型制動系統(tǒng)零部件參數(shù)

該車型在開發(fā)過程中，試驗(yàn)人員在對Mule車進(jìn)行制動性能主觀及客觀評價時，指出剎車初段偏軟的問題，主要表現(xiàn)為：制動踏板的行程偏長，制動初期踏板感覺較軟。實(shí)車測試的踏板感覺特性曲線如圖4所示，踏板感理論計(jì)算及實(shí)測結(jié)果見表4。

圖4 實(shí)車測試的踏板感覺特性曲線

表4 踏板感理論計(jì)算及實(shí)測結(jié)果

由圖4及表4可以看出，雖然原車的-、-性能曲線的測試結(jié)果在VTS制動踏板感覺的要求范圍內(nèi)，但在0.3制動減速度時，踏板行程為33.8 mm，偏向下限;在0.6制動減速度時，踏板行程為43.8 mm，也偏向下限。該客觀數(shù)據(jù)與實(shí)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、周邊環(huán)境件布置限制等諸多因素，優(yōu)化方案重點(diǎn)考慮從縮短踏板行程方面入手，進(jìn)而改善制動踏板感覺。結(jié)合表1所述的各個零部件參數(shù)對踏板感-、-曲線的影響因素，在前后卡鉗制動盤、管路布置等不變的前提下，基于制動系統(tǒng)的理論計(jì)算校核分別制定了兩項(xiàng)優(yōu)化方案(表4)。

優(yōu)化方案1主要通過變更真空助力器參數(shù)對原有方案進(jìn)行優(yōu)化，將主缸半徑從23.81 mm加大到25.4 mm，減小踏板行程;將助力器的助力比從5.5加大到8，提升-性能表現(xiàn);調(diào)整跳增值從2.9 MPa更改到3.5 MPa，始動力從80 N提高到90 N，改變初期踏板軟的表現(xiàn);將助力器的拐點(diǎn)輸入力從570 N變更到430 N，改善拐點(diǎn)后的-踏板力輸入表現(xiàn)。優(yōu)化方案2是在方案1變更真空助力器參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步變更制動踏板，將制動踏板比從3.4減小到3.1，進(jìn)一步減小制動踏板的行程。但踏板比減小的同時會導(dǎo)致踏板力將增大，有超過-曲線下限導(dǎo)致不滿足VTS要求的風(fēng)險。

優(yōu)化方案1、方案2以及Mule車當(dāng)前方案的理論計(jì)算結(jié)果對比如圖5所示。根據(jù)兩項(xiàng)優(yōu)化方案制作真空助力器及制動踏板的樣件，換裝后的實(shí)車測試結(jié)果對比如圖4所示。

圖5 3個方案的理論計(jì)算結(jié)果對比

經(jīng)過實(shí)車評價，均反饋優(yōu)化方案1的制動踏板感覺較好，踩踏制動踏板的力度舒適，踏板行程長短適中，制動時的系統(tǒng)反應(yīng)迅速，整體表現(xiàn)比較均衡，效果相比原車有較大改善。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(diào)整，踏板踩踏面的人機(jī)界面主觀感受的表現(xiàn)不佳。綜合考慮，最終決定采用優(yōu)化方案1的各項(xiàng)參數(shù)作為該開發(fā)車型的設(shè)計(jì)凍結(jié)方案。

4 結(jié)束語

制動踏板感覺是整車制動VTS性能的重要開發(fā)項(xiàng)目之一。文中通過分析和驗(yàn)證，介紹了影響制動踏板感覺的因素，并結(jié)合開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際情況，提出了一些改善制動踏板感覺的方案。經(jīng)過實(shí)車搭載驗(yàn)證，制動踏板感覺有明顯的提升。這些優(yōu)化方案建立在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，可以作為基礎(chǔ)制動系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的參考，特別是對于新開發(fā)車型時的目標(biāo)設(shè)定、現(xiàn)有車型的踏板感問題優(yōu)化等，具有一定的借鑒意義。