乘用車制動(dòng)踏板感客觀測(cè)量方法研究

石瑞嶺，潘佳煒，袁世海，李杰成

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

乘用車制動(dòng)踏板感客觀測(cè)量方法研究

石瑞嶺，潘佳煒，袁世海，李杰成

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

通過車輛制動(dòng)踏板感客觀試驗(yàn)，分析主流測(cè)試方法的差異。通過踏板感相關(guān)指數(shù)的客觀試驗(yàn)，以量化的方法來測(cè)量，為踏板感試驗(yàn)建立數(shù)據(jù)庫，能有效指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和制動(dòng)系統(tǒng)的目標(biāo)設(shè)定，并為用戶主觀感受提供依據(jù)。

制動(dòng)踏板感；客觀測(cè)量方法；量化

0 引言

制動(dòng)性能作為主動(dòng)安全性能之一，一直被關(guān)注。目前關(guān)于制動(dòng)性能的國標(biāo)主要關(guān)注制動(dòng)距離等方面的指標(biāo)，很少有針對(duì)客戶的制動(dòng)感覺方面的客觀試驗(yàn)，比如制動(dòng)不夠力、制動(dòng)偏軟、制動(dòng)不夠線性和制動(dòng)不夠靈敏等。文中提出了針對(duì)制動(dòng)感覺的客觀試驗(yàn)方法，結(jié)合合適的數(shù)據(jù)處理方式，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，為車輛制動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)和目標(biāo)設(shè)定提供一種有效的方法。

1 兩種主流制動(dòng)踏板感測(cè)量方法差異

方法一：對(duì)制動(dòng)踏板感進(jìn)行離散測(cè)量能真實(shí)地反映制動(dòng)踏板力、位移與制動(dòng)減速度的關(guān)系，且能反映出制動(dòng)過程中不同減速度因車速、熱量造成的制動(dòng)減速度蠕變,但與客戶實(shí)際實(shí)用情況有一定出入，用于制動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)定更為合理。

方法二：對(duì)制動(dòng)踏板感進(jìn)行制動(dòng)力連續(xù)遞增測(cè)量，能真實(shí)地反映動(dòng)態(tài)過程中，制動(dòng)踏板力、位移與制動(dòng)減速度的連續(xù)變化關(guān)系，與客戶實(shí)際感知效果更為接近(一般客戶制動(dòng)力梯度建立相對(duì)緩慢)，且能通過分析踏板感關(guān)系曲線，獲得結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)所能反映出來的信息，如線性度等。如圖1所示。作者主要介紹方法二。

2 主要指標(biāo)的定義和數(shù)據(jù)處理

制動(dòng)踏板感指數(shù)(BFI)是對(duì)用戶組實(shí)施制動(dòng)的過程中腳踩踏板感覺以及對(duì)車輛減速度感知程度的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。目前使用最多的8項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

表1 BFI主要指數(shù)表

2.1 踏板預(yù)載力

2.1.1 定義

當(dāng)對(duì)制動(dòng)踏板加力進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，必須克服制動(dòng)系統(tǒng)本身回位彈簧的彈力及系統(tǒng)內(nèi)部摩擦力(在靜態(tài)測(cè)踏板-位移關(guān)系時(shí)因踩踏速度較低，系統(tǒng)阻尼力可忽略不計(jì))，使踏板開始有一個(gè)明顯移動(dòng)時(shí)的踏板力工程上定義為踏板預(yù)載力，并定義踏板力對(duì)踏板行程單二階微分大于等于6 mm/N2時(shí)對(duì)應(yīng)的踏板力。通俗上講，即目前所說的“自由行程”即將結(jié)束時(shí)的踏板力。如圖2所示的預(yù)置力，一般來說在20 N左右比較合適，通用標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)值為13 N。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理方法

因動(dòng)態(tài)制動(dòng)過程時(shí)間很短(一般制動(dòng)過程不超過5 s)，在數(shù)據(jù)采樣頻率偏低的情況下(國外標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)試驗(yàn)采樣頻率在200 Hz以上)，不宜在動(dòng)態(tài)制動(dòng)過程中測(cè)量踏板預(yù)載力，一般通過靜態(tài)制動(dòng)踏板感測(cè)量獲取。

對(duì)采集數(shù)據(jù)采用光滑樣條擬合法進(jìn)行擬合，平滑度指數(shù)必須達(dá)到0.95以上(平滑指數(shù)選太高部分車型容易因毛刺產(chǎn)生遠(yuǎn)超6 mm/N2的結(jié)果，大多情況下0.95足夠)，擬合后進(jìn)行數(shù)據(jù)重采樣時(shí)推薦小于0.1 N的間隔，然后再進(jìn)行二階微分，即可得到結(jié)果。

2.2 制動(dòng)初始點(diǎn)(點(diǎn)A)踏板力與位移

如圖4所示，減速度等于制動(dòng)前車輛滑行減速度加0.05g的數(shù)據(jù)點(diǎn)。車輛實(shí)施制動(dòng)前，車輛本身處于滑行狀態(tài)，此時(shí)有一個(gè)減速度，稱為滑行減速度，其大小跟車輛滾阻、風(fēng)阻等參數(shù)有關(guān)，目前大部分車型在車速100 km/h時(shí)的滑行減速度在0.02g～0.05g之間。一般顧客在減速度超過滑行減速度0.05g后才感覺車輛“開始”減速。因此點(diǎn)A制動(dòng)力和位移表達(dá)了車輛即將開始減速度控制感受，一般踏板力推薦小于27 N，行程推薦小于23 mm。

2.3 0.6g時(shí)(點(diǎn)B)的踏板力與位移

一般客戶使用最為頻繁的制動(dòng)減速度在0.2g～0.6g之間，0.6g以后ABS即將生效，且此時(shí)客戶一般處于緊急制動(dòng)狀態(tài)，對(duì)制動(dòng)踏板感的品質(zhì)感受明顯不如對(duì)危險(xiǎn)的感知強(qiáng)烈，故一般企業(yè)把提高制動(dòng)感關(guān)注區(qū)域放在0.6g以內(nèi)。如圖4所示，設(shè)立0.6g(點(diǎn)B)這一特征點(diǎn)，對(duì)制動(dòng)感的研究有特別意義，制動(dòng)俯仰等一系列制動(dòng)試驗(yàn)也把點(diǎn)B作為特征工況考慮。一般推薦值小于80 N以內(nèi)，踏板位移小于30 mm，也有企業(yè)在基礎(chǔ)制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)里面給出了對(duì)兩者與減速度的比值推薦值。

2.4 踏板力線性指數(shù)

2.4.1 定義

指制動(dòng)初始點(diǎn)(點(diǎn)A)到0.6g(點(diǎn)B)的制動(dòng)區(qū)域內(nèi)，制動(dòng)踏板力相當(dāng)于制動(dòng)減速度的線性度指數(shù)。為滿足客戶在這一關(guān)注區(qū)域內(nèi)的制動(dòng)品質(zhì)需求，該區(qū)間內(nèi)的制動(dòng)踏板力、踏板位移與減速度通常呈一定的線性關(guān)系。如圖3所示，對(duì)點(diǎn)A與點(diǎn)B之間數(shù)據(jù)使用最小二乘法進(jìn)行擬合，可得擬合后減速度a：

a=c×Fx

其中：c為常數(shù)；F為擬合后踏板力；x為踏板力線性度指數(shù)。

2.4.2 數(shù)據(jù)處理方法

截取圖3中的線性區(qū)數(shù)據(jù)，用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合，如圖4所示。因MATLAB無法處理非正數(shù)的冪函數(shù)擬合，所以處理時(shí)可以把數(shù)據(jù)段起點(diǎn)平移至(0，0)附近，如(0.001，0.001)。

2.5 最大制動(dòng)減速度及最大制動(dòng)減速度時(shí)制動(dòng)力

這里的最大減速度是指ABS尚未介入或車輪出現(xiàn)抱死前所能獲得的最大制動(dòng)減速度。此時(shí)的制動(dòng)效率應(yīng)最高，該減速度下的踏板力大小直接影響著人們對(duì)制動(dòng)性能表現(xiàn)之安全感多少。推薦值是(245×amax+7/3)N，其中amax為最大減速度。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較和分析

如圖5—7所示：使用滿載脫擋制動(dòng)踏板感客觀測(cè)量方法對(duì)1號(hào)車輛、2號(hào)車輛、3號(hào)車輛、4號(hào)車輛、5號(hào)車輛、6號(hào)車輛進(jìn)行分析，其BFI結(jié)果如表2所示。

序號(hào)踏板感指數(shù)項(xiàng)單位通用推薦值試驗(yàn)車型1號(hào)車輛2號(hào)車輛3號(hào)車輛4號(hào)車輛5號(hào)車輛6號(hào)車輛1踏板預(yù)載力N1327．017．024．528．321．220．42制動(dòng)初始點(diǎn)踏板力N2729．917．228．630．324．124．83制動(dòng)初始點(diǎn)踏板位移mm2343．939．228．113．3218．717．940．6g時(shí)踏板力N8073．1744．371．457．869．971．050．6g時(shí)踏板位移mm3071．064．759．137．742．455．86踏板力線性指數(shù)——0．790．530．820．640．930．707最大制動(dòng)減速度m·s-2—0．921．050．970．870．921．088最大制動(dòng)減速度時(shí)制動(dòng)力N—114．2120．0112．887．5130．4144．6參考通用評(píng)分(僅統(tǒng)計(jì)失分)-4．59-4．61-1．67-1．20-0．34-1．20

結(jié)果分析：

(1)從踏板預(yù)載力看，2號(hào)車輛最輕，4號(hào)車輛最重，其他車型相差不是很大；

(2)從制動(dòng)初始點(diǎn)(點(diǎn)A)踏板力看，2號(hào)車輛最輕，5號(hào)車輛與6號(hào)車輛相當(dāng)且符合推薦值，3號(hào)車輛、4號(hào)車輛、1號(hào)車輛全部超過目標(biāo)值；

(3)從點(diǎn)A踏板位移看，1號(hào)車輛最長，1號(hào)車輛、2號(hào)車輛、3號(hào)車輛均超過推薦值，4號(hào)車輛、5號(hào)車輛、6號(hào)車輛均符合推薦值，且4號(hào)車輛最短。說明1號(hào)車輛、2號(hào)車輛的制動(dòng)效能生效形成較長；

(4)從0.6g(點(diǎn)B)踏板力看，所有車均符合推薦值，其中2號(hào)車輛最輕，4號(hào)車輛次之，其他車相差并不明顯；

(5)從點(diǎn)B位移看，1號(hào)車輛遠(yuǎn)超推薦值，2號(hào)車輛次之，兩車行程均偏長，在中高強(qiáng)度制動(dòng)時(shí)容易引起用戶制動(dòng)信心不足，相比之下，5號(hào)車輛更接近推薦值；

(6)從踏板線性指數(shù)看，5號(hào)車輛非常出色，超過了0.93，3號(hào)車輛次之，也超過0.8。2號(hào)車輛、4號(hào)車輛較差，均在0.6以下，表現(xiàn)出來是兩者在制動(dòng)線性區(qū)的前段制動(dòng)效能建立較快，后期制動(dòng)踏板力陡增但減速度增幅下降明顯，有制動(dòng)發(fā)硬趨勢(shì)， 1號(hào)車輛、6號(hào)車輛相當(dāng)；

(7)最大減速度因ABS介入不同不好作比較，但從圖6可以看出，2號(hào)車輛在最大減速度下制動(dòng)力較輕。

綜上所述：2號(hào)車輛總體制動(dòng)力偏輕，但行程又稍長，制動(dòng)力的梯度建立線性度差。1號(hào)車輛總體制動(dòng)力初段偏重，后段有所緩和，制動(dòng)行程偏長，制動(dòng)梯度建立線性度尚可。3號(hào)車輛因制動(dòng)前期位移偏長，制動(dòng)效能建立較慢，后期制動(dòng)效能建立行程變短，因此緊急制動(dòng)段區(qū)的制動(dòng)效能會(huì)表現(xiàn)更好，線性指數(shù)較好。4號(hào)車輛踏板預(yù)載力偏大，因此制動(dòng)效能建立初期腳感會(huì)偏重，但制動(dòng)效能建立很快，制動(dòng)踏板行程很短，中后期制動(dòng)感明顯有拐點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)明顯制動(dòng)發(fā)硬感，總體線性度較差。6號(hào)車輛總體平均，但制動(dòng)后期梯度略大導(dǎo)致線性度下降。5號(hào)車輛表現(xiàn)最為搶眼，線性度出色，使得駕駛者對(duì)制動(dòng)力的掌控比較有底，綜合評(píng)價(jià)5號(hào)車輛為最優(yōu)。綜合排名可得：(1)5號(hào)車輛；(2)6號(hào)車輛；(3)4號(hào)車輛；(4)3號(hào)車輛；(5)1號(hào)車輛；(6)2號(hào)車輛。

參考通用的客觀評(píng)分表，涉及踏板位移的項(xiàng)權(quán)重最大，因此制動(dòng)行程偏長，1號(hào)車輛、2號(hào)車輛在這些項(xiàng)上失分嚴(yán)重，后續(xù)建議改善1號(hào)車輛、2號(hào)車輛車型的制動(dòng)踏板位移。

4 總結(jié)

制動(dòng)踏板感指標(biāo)(BFI)把客戶一般感知到的評(píng)價(jià)項(xiàng)進(jìn)行量化，避免了諸多主觀因素的干擾，所得結(jié)果能客觀真實(shí)地反映被測(cè)車型的制動(dòng)系統(tǒng)性能，所得數(shù)據(jù)能既方便于橫向?qū)Ρ龋譃樵O(shè)計(jì)與完善提供了方向性與具象性的指標(biāo)，無論是正向開發(fā)或是逆向工程都有指導(dǎo)意義。

【1】方泳龍.制動(dòng)理論與設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

【2】EBLERT D G ,KAATZ R A.Objective Characterization of Vehicle Brake Feel[R],SAE940311.

【3】林志軒，高曉杰.制動(dòng)踏板感覺研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2007(6):4-8.

Study on the Objective Measurement Method for the Vehicle Brake Feel

SHI Ruiling, PAN Jiawei, YUAN Shihai, LI Jiecheng

(Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 511434,China)

Through the objective test of vehicle brake feel, the differences between the two main test methods were analyzed. Through the objective test of the correlation index of the pedal, quantitative method was used to test, and the database was built to guide engineering design and provides basis for the user subjective feeling.

Brake feel; Objective test method; Quantization

2015-07-20

石瑞嶺(1980—)，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)槠嚋y(cè)試。E-mail：shiruiling@gaei.cn。