乘用車制動踏板感覺評價體系構建與分析

洪慶良 崔新利 劉守明 扈國威

摘要：通過對乘用車制動踏板感覺的現狀分析，運用主客觀相結合的分析方法，提出制動踏板感覺的主客觀評價指標項及指標值，進而構建乘用車制動踏板感覺的主客觀評價體系，進一步對影響制動踏板感覺設計和評價的關鍵因素進行分析，作為制動踏板感覺設計和評價的補充，指出因主觀評價存在的局限性，造成主客觀評價結果不一致的不可避免性。之后，通過制動踏板人機布置對駕駛主觀感覺的影響分析，引出制動踏板人機布置的重要性。

關鍵詞：制動踏板感覺；主觀評價；客觀評價；體系構建

制動踏板作為車輛駕駛最重要的人機交互接口之一，其操縱舒適性感知項——制動踏板感覺，受到了用戶的高度關注。例如用戶通常反映的“制動軟硬、制動輕重、制動行程長、制動力不足、制動距離長”等現象，就是有關制動踏板感覺方面的通俗表述。據J.D.POWER近幾年的汽車市場調研數據分析，涉及制動踏板感覺方面的問題在TOP10市場問題中位列前五位。

事實上，汽車用戶常常無法準確說明制動到底有多軟、制動踏板行程到底有多長等問題，但他們總是能夠感覺出某些制動行為不是他們所期望的。因此，建立一套科學合理的制動踏板感覺評價體系指導產品設計，滿足大部分用戶的舒適性需求，將可能產生的市場抱怨問題進行事前預防意義重大。

制動踏板感覺概述

1.制動踏板感覺定義

制動踏板感覺通常是指在正常或良好附著條件的路面上，對汽車實施制動過程中，駕駛人對制動踏板的操縱感知性與車輛制動響應間的主觀對應性，屬于主觀評價范疇。用工程語言可簡單表述為制動踏板力、制動踏板行程、制動減速度間的對應關系在主觀上的預期表現，駕駛人主觀感知的優劣性表征著制動踏板感覺的良好程度。

2.制動踏板感覺研究現狀

目前行業法規沒有對制動踏板感覺的優劣性進行定義和要求，只是從安全性上規定了車輛達到規定性能時的單一踏板力和行程最大值[1-3]，而不對制動的過程進行約束。

國外對制動踏板感覺的研究較為全面，建立了一套完整的標準體系。比如某國外車企建立的制動踏板感覺指數法[4-5]是一種融合了主觀評價理念的客觀設計規范，總體上能指導制動踏板感覺的開發及評價，因其重復性較好而具一定的應用價值，但不足之處是減速度的指標及范圍不合理，與用戶感受存在較大差異。

國內的研究基本上都是應用基礎理論進行建模分析，以指明某些特性參數對制動踏板感的可能影響，但沒有對制動踏板感覺的接受標準或范圍進行要求和實用性分析，造成主客觀割裂，因此其實際意義并不大。后來，同濟大學的林志軒[6]等提出制動踏板感覺的定義并對其評價做了較為全面的分析，為后來者研究提供了基礎。

還有一些專門從事底盤調校的機構，都是通過主觀進行評價。如MIRA公司對汽車制動踏板感覺的評價分為13個小項目，包括輕度、中度及重度制動踏板行程及制動力、踏板的位置及操縱舒適感等。每個小項按10分制評分，5分為最小接受值。評價項目齊全且細，顯得主次不分，且結果都通過專業試車員評價給出，與實際用戶的評價結果差異較大，同時這也是事中評價，因此只能作為問題改進參考。

3.常用研究方法

制動踏板感覺是一種主觀感知評價，研究制動踏板感覺的目的就是將這種主觀感覺轉化為車輛的客觀要求或指標，讓用戶的感知與工程設計數據相對應。常用的方法或工具有QFD（質量功能展開）、主客觀評價法以及相關的制動理論等。其中QFD是一種面向產品用戶質量需求的設計方法，充分運用其基本工具“質量屋”，可將用戶需求傳遞、轉化并對應到產品的特性設計當中，合理確定各種技術要求[7]。

主客觀評價法是一種綜合評價法，即利用主觀和客觀的自然關系來進行評價統一，其客觀評價因素由人們長期實踐和專門設置的主觀評價試驗來檢驗和確定[8]。主客觀結合評價法從20世紀80年代開始在日本車企廣泛應用，并取得了非常好的效果，國內2003年上海某車企率先采用[9]，現在已經成為汽車工程設計和開發的基本方法[10]。

制動踏板感覺主觀評價體系構建

1.評價指標項構建

QFD的首要目的，就是把用戶的聲音（VOC）準確地轉化為工程特性，見表1。

制動減速度的初始、中度及重度共計793分，平均264分；制動踏板力的初始、中度及重度共計761分，平均253分；制動踏板行程的初始、中度及重度共計623分，平均207分。可以看出，制動踏板感覺主要體現在制動踏板力、踏板行程和制動減速度三個特性，以初始和中度特性更為重要。另外，制動反應時間207分，分值也較高，表明其重要性，但因與初始的踏板力、踏板行程及制動減速度強相關，且實際客觀評價較為困難，故不列入評價項目。綜合專業駕評人員和普通客戶的評價結果，形成評價子項目指標項（見表2）。

其中，初始制動踏板力及行程最易感知，專業評價時也將重點關注，因此權重相對較高。0.3g減速度覆蓋了約70%的低速制動工況，0.6g減速度覆蓋了約25%的中速制動工況，這兩種工況約占總制動工況的95%，因此將作為重點進行控制。0.9g減速度是汽車的緊急制動工況，主要在高速跟車和壞路工況使用，其實際使用頻率不超過2%，但作為車輛制動系統的能力和制動信心的表現，也需要提出。

制動踏板力的線性度實際上是制動踏板感覺的綜合表現，是制動踏板力、踏板行程和制動減速度三者間線性關系的綜合表征，也是用戶反饋較多的問題。需要說明的是，這種主觀感覺與客觀測試并不能完全對應，其原因在于主觀感覺存在個人喜好的局限性。

2.評價指標值構建

對于制動踏板感覺的指標值設定，首先需通過主觀駕評對預選制動踏板感覺表現較好的車輛，按設定的主觀評分表對確定子項目進行打分，而后按照評分結果確定指標值的可接受狀態，再進行客觀測量對應確認。

主觀評價打分按照表3進行，評分等級規定了5級，對應的分值為5～9分，同時為了識別出更小的感知差異，評價分差可細分至0.25分。對于1～4分和10分，通常不易出現，故不納入。

3.評價人員構建

由于制動踏板感覺的個性差異較大，評價人員設為3類，各3名。第一類為專業評價人員，代表對汽車有足夠了解的客戶群體；第二類為駕齡在3年及以上的駕駛人，代表對主觀感知有一定經驗的客戶群體；第三類為駕齡在1～2年的普通用戶，代表新手群體。根據實際需要可增加評價人數，但需保證三類人員的比例不變。

4.評價結果構建

對于評分結果，要求專業駕評類人員評價結果基本一致，分差不得大于0.25分，對于分差超出0.5分（含）的項目需重新評價確認。三類人員最后結果得分權重分別為50%、30%和20%，總分加權取平均值。

制動踏板感覺客觀評價體系構建

如圖1和圖2所示，通過對50款主流車型踏板感客觀數據測試，按照制動踏板力、踏板行程和制動減速度繪制成關系曲線，并根據專業評價分值接近8分繪制出標準曲線，如圖中曲線a和b所示，作為工程設計依據。同時，結合主觀評價梯度，制定的客觀評分規范見表4。

1）制動踏板的預載力表征為駕駛員在踩制動踏板時，制動力矩尚未施加于輪端前的踏板力，即消除制動系統空行程所對應的制動踏板力，經驗值不大于20N為宜。

2）制動初始點為排除滑行減速度及其他干擾因素，將助力裝置產生輸出液壓時的始點定義為正常制動的實際起始點位置。

3）踏板力線性度為減速度和踏板力曲線的表征，在減速度0.2g～0.8g區域內，用最小二乘法擬合出一個冪函數，如g=CFn（g減速度，C常數，F踏板力，n指數），指數n即為踏板力線性度指數。若該值接近1，則表明踏板的輸入輸出是完全線性關系，是理想的制動踏板感覺關系狀態。事實上，用冪函數常常不容易擬合出符合要求的曲線，故一般可采取線性擬合即可。

綜上分析，構建出的主客觀評價對應關系見表5，用于綜合評價。

制動踏板感覺評價體系的應用分析

1.主觀評價自然局限性分析

隨著人機工程技術的發展及人們感知需求的提升，主觀評價的結果在不同時期的接受程度往往存在差異。即使同一個評價人員，也會在不同評價階段或不同評價環境下得出有差異的評價結果，這將直接影響到對應項目的客觀評價。另外，由于主觀評價具有較大的個性化，這就要求對主觀評價人員的素質及能力與主觀評價的項目有很好的對應性，同時還應隨時間的變化進行實時更新。

2.制動卡鉗的需液量影響分析

制動卡鉗的需液量對制動踏板行程影響很大，尤其是在0～2MPa的需液量對制動初期的特性，如初始踏板力、初始空行程及初始制動響應的影響非常明顯，故初期制動踏板感覺在現代汽車制動特性評價中占比較大，近50%的問題都關乎初期制動踏板感覺。因此，如何準確合理定義制動卡鉗的需液量，已成為目前制動鉗總成設計的核心要素之一，隨著CAE技術的成熟應用，將在這方面發揮重要作用。

3.制動踏板面位置影響分析

制動踏板是車輛制動時駕駛員和車輛的交互裝置，制動踏板面在整車上的布置位置對駕駛人腳的感覺產生直接的影響，尤其是制動踏板面的傾斜角度以及制動踏板面中心點的布置高度是最為突出的兩個要素，如圖3所示。

如果踏板面傾角θ較大，則駕駛人腳掌會向后勾，腳掌因向前的預施力大而感到不適；如果踏板面傾角過小，則駕駛人腳掌會向前伸，腳掌因初始位置太前延而感覺不適，并在同樣空行程下，駕駛人會明顯地感覺到踏板傾角小的車輛制動初始行程偏大、初期制動減速度小，甚至會產生總行程偏大的感覺，導致制動信心不足。

如果踏板面中心點布置偏高，即踏板面中心點距離地毯高度H偏大，使得駕駛人腳掌的中心點偏下，相當于腳尖踩踏制動踏板面，這樣會造成腳使不上力而感覺初始制動踏板力偏大。如果踏板面中心點布置偏低，即踏板面中心點距離地毯的高度偏小，使得駕駛人腳掌的中心點偏上，相當于腳心踩踏制動踏板面，這樣會造成腳施力不穩而感到不適，甚至腳尖會觸及制動踏板臂等情形。

公開的論文[11]及資料關于踏板面傾角及高度的研究較多，認為比較合理的踏板傾角為45°～60°，踏板高度為155～170mm。

結語

汽車制動踏板感覺的好壞，已經成為整車使用的一項重要品質。優良的制動踏板感覺也已經成為汽車用戶滿意度的一項重要評價指標，而汽車制動踏板感覺設計及測評標準，為汽車制動系統工程設計提供了重要的技術支持，可節省開發資源，縮短開發周期，并達成用戶需求，實施效果明顯。

另外，主客觀評價其本質上雖然是一致的，但實際使用過程很難做到完全統一，這就是主客觀評價中一致性與不一致性存在的必然性[12]。因此制動踏板感覺的好壞最終將以主觀評價為準，而客觀評價只能作為輔助，同時主觀評價自然存在的局限性必然影響評價的結果，也使得制動踏板感覺評價體系需要不斷的更新迭代。

參考文獻：

[1] 全國汽車標準化技術委員會.GB 21670－2008 乘用車制動系統要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2] 公安部道路交通管理標準化委員會. GB 7258－2012 機動車安全運行技術條件[S].北京：中國標準出版社，2012.

[3] ECE. REGULATION No.13-H-2011 UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF PASSENGER[S].2011.

[4] Erich L.Leonard. Brake Feel Index Version2.GM Evaluation Report#P00916，2003.

[5] Ebert D G，Kaatz R A. Objective characterization of vehicle brake feel [C]. SAE Technical Paper Series. USA： SAE Publication Group：940311

[6] 林志軒，高曉杰. 制動踏板感覺研究現狀[J]. 農業裝備與車輛工程，2007，196（6）：4-7.

[7] Lai-Kow Chan，Ming-Lu Wu. A Systematic approach to quality function deployment with a full illustrative example[J]. Omega，2005.

[8] 余志生.汽車理論[M].5版. 北京：機械工業出版社，2009.

[9] 苑吉友，閔磊.主觀評價法在汽車開發中的應用現狀和發展[J]. 機電信息，2010（10）：164-165.

[10] 管欣，宗長富，王化吉.汽車底盤動力學性能主觀評價研究現狀與展望[J].汽車工程學報，2011（7）：159-168.

[11] 張煥平.淺談汽車制動踏板的型面設計[J]. 汽車實用技術，2019（17）：132-134.

[12] 陳陌，顧洪建，趙威. 基于不一致性的汽車主客觀評價方法[J].重慶理工大學學報（自然科學），2016（4）：1501-1506.