某乘用車制動踏板感覺分析與調(diào)校研究

任國新

(一汽-大眾汽車有限公司，吉林長春 131300)

0 引言

隨著汽車越來越普及，用戶在關(guān)注車輛安全性的同時(shí)對于車輛的舒適性要求也越來越高。制動性能是車輛的主要性能之一[1]。在車輛所有系統(tǒng)當(dāng)中，制動有著最高的優(yōu)先級。根據(jù)JD-Power的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，制動感覺的抱怨越來越成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，如剎車軟、剎車硬、剎不住、剎車不靈等。駕駛員與車輛作為一個(gè)有機(jī)整體，如何做到車輛的表現(xiàn)符合駕駛?cè)藛T的預(yù)期？制動踏板作為對車輛制動的輸入機(jī)構(gòu)，是連接駕駛員與車輛的橋梁，制動踏板感覺則是人們評價(jià)車輛制動性能以及感覺如何的主要信息來源[2]。

需要對制動踏板感覺如何評價(jià)以及如何應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)中進(jìn)行研究。這就要求在開發(fā)新車型的前期，充分考慮不同用戶的駕駛習(xí)慣，設(shè)定好相應(yīng)的開發(fā)目標(biāo)，這些目標(biāo)包括踏板力與減速度關(guān)系、踏板行程與減速度關(guān)系、踏板力與行程的關(guān)系等，并結(jié)合企業(yè)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀測試以及相應(yīng)的主觀評價(jià)。

1 制動感覺、制動踏板感覺定義以及評價(jià)方法

1.1 制動感覺以及制動踏板感覺的定義

傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)，駕駛員踩下制動踏板，在真空助力器的助力下，推動制動主缸活塞運(yùn)動，管路油壓通過制動管路傳遞到制動輪缸，產(chǎn)生制動力矩，并通過輪胎與路面的摩擦形成制動力，使得車輛減速到最終停止[3-4]。在制動過程中，通過制動踏板的反饋，駕駛員的腳會得到相應(yīng)感受，主要是踏板力和位移的感受，綜合身體感知到的減速度，以及駕駛員的心里預(yù)期等諸多因素，形成了完整的制動感覺。制動感覺是一個(gè)復(fù)雜的由制動系統(tǒng)的性能以及駕駛員的感受綜合決定的，是一個(gè)綜合的主觀上的感覺。而制動踏板感覺則是制動踏板機(jī)構(gòu)給駕駛員的反饋，可以通過減速度-踏板力曲線和減速度-踏板行程曲線、踏板力與踏板行程、踏板行程與管路壓力、踏板力與管路壓力等進(jìn)行客觀的測試，也可以通過一定的主觀感受來評價(jià)。

1.2 制動踏板感覺的評價(jià)方法

制動感覺主要由制動踏板感覺加之駕駛員的心理綜合預(yù)期等因素決定，而制動踏板感覺可以通過一定的客觀測試來進(jìn)行分析及評價(jià)。文中通過具體的案例，通過調(diào)整制動系統(tǒng)零部件的參數(shù)達(dá)到優(yōu)化制動系統(tǒng)的性能，解決相應(yīng)的制動感覺抱怨。制動踏板感覺的評價(jià)指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：(1)制動效果：在一定車速下以一定的踏板速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動。評價(jià)踏板力與制動減速度、踏板行程與制動減速度能否達(dá)到預(yù)期，制動效果是否可以提供駕駛員足夠的信心；(2)制動響應(yīng)：在一定車速下以一定的踏板行進(jìn)速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動。評價(jià)制動響應(yīng)包括制動系統(tǒng)空行程、制動系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間等是否符合要求，以及制動表現(xiàn)是否可以提供駕駛員足夠的信心；(3)制動線性：在一定車速下以一定的踏板速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動。評價(jià)踏板力、踏板行程及制動減速度三者之間的線性度是否符合要求；(4)壓力序列：在規(guī)定的車速下以一定的恒定的制動壓力進(jìn)行直線制動，評價(jià)制動減速度的變化。文中推薦的測試車速為100 km/h，踏板的行進(jìn)速度為20 mm/s。壓力序列測試的推薦車速為60 km/h，制動壓力從1 MPa開始，每1 MPa向上遞加直至ABS觸發(fā)前。

2 制動踏板感覺影響因素的理論分析

2.1 踏板力與減速度關(guān)系以及影響因素

制動踏板力與減速度關(guān)系主要影響因素：(1)制動踏板杠桿比。其大小決定了制動踏板力的大小，杠桿比大，產(chǎn)生相同的減速度所需要的踏板力??；(2)真空助力器助力比。其大小決定了真空助力器的助力大小，助力比越大，產(chǎn)生相同減速度所需要的踏板力?。?3)制動系統(tǒng)的始動力。始動力越小，產(chǎn)生相同減速度所需的踏板力越??；(4)助力器的增跳值。其值越大，在踩制動踏板的初始階段所產(chǎn)生的減速度越大；(5)制動主缸的缸徑。缸徑越大，產(chǎn)生相同減速度所需要的踏板力越大；(6)發(fā)動機(jī)抽真空能力。抽真空能力越好，說明助力器所能產(chǎn)生的真空度越高，所需要的踏板力就越??；(7)摩擦片摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)越高，產(chǎn)生相同制動減速度所需要的踏板力越小[5]。

2.2 踏板行程與減速度的關(guān)系以及影響因素

踏板行程主要由初始階段制動系統(tǒng)的空行程和制動系統(tǒng)有液壓輸出后的踏板行程兩部分組成，兩部分表現(xiàn)都影響制動踏板行程。制動踏板空行程的主要影響因素：(1)制動踏板安裝間隙[6]；(2)真空助力器總成的空行程；(3)制動器空行程[7]；(4)制動系統(tǒng)的排氣情況。

制動系統(tǒng)產(chǎn)生液壓后制動踏板行程的主要影響要素：(1)制動主缸缸徑。制動主缸缸徑越大，產(chǎn)生相同減速度，制動踏板行程越短；(2)輪邊制動器所需液量。所需液量越大，產(chǎn)生相同制動減速度，制動踏板行程越長；(3)制動管路(軟管、硬管)膨脹量；(4)零部件的變形量(包括制動踏板、前圍板，助力器、制動器變形量、摩擦片壓縮性等)；(5)摩擦片的摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)越高，產(chǎn)生相同制動減速所需要的制動踏板行程越短。

3 實(shí)際案例分析

3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

針對當(dāng)前市場上的某型轎車市場反映的制動踏板感覺抱怨，具體表現(xiàn)為剎不住車和剎車反應(yīng)不靈敏，可以總結(jié)歸納為制動效能差、制動遲滯，對此進(jìn)行了相應(yīng)的測試及分析。表1是該車制動系統(tǒng)主要零部件的相關(guān)信息。

表1 數(shù)值批量狀態(tài)制動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件信息

在進(jìn)行動態(tài)測試之前還需要確保試驗(yàn)車輛狀態(tài)檢查，具體包含以下幾個(gè)方面：(1)整車狀態(tài)包括測試設(shè)備的檢查。確認(rèn)整車發(fā)動機(jī)軟件為最新狀態(tài)，轉(zhuǎn)向、制動系統(tǒng)零部件狀態(tài)合格，傳感器標(biāo)定等。測試設(shè)備安裝如圖1所示；(2)制動系統(tǒng)排氣。在車輛準(zhǔn)備完成后還需要評估車輛的排氣情況是否合格；(3)在測試之前需要進(jìn)行充分有效的制動磨合，保證制動盤和摩擦片可以充分接觸，產(chǎn)生最大的制動效能，制動磨合流程可以參考表2。

圖1 測試設(shè)備安裝

表2 制動磨合推薦流程

在測試過程中還應(yīng)注意以下幾個(gè)事項(xiàng)：(1)在測試過程中要時(shí)刻檢測制動盤的溫度變化，要求小于100 ℃，防止熱衰退，影響制動效能。(2)為了測試制動系統(tǒng)本身的制動效果，建議測試時(shí)掛空擋進(jìn)行。(3)為了保證最大的制動效能，測試時(shí)建議不開任何消耗真空度的負(fù)載，如收音機(jī)、空調(diào)等。

3.2 動態(tài)測試結(jié)果分析

動態(tài)測試結(jié)果如圖2所示。從圖2第一象限踏板力與制動減速度關(guān)系曲線可以看出：(1)踏板力與減速度的關(guān)系曲線斜率較低，即產(chǎn)生一定的制動減速度所需要的踏板力大。可能存助力器助力比小、摩擦片摩擦因數(shù)低、制動主缸缸徑大以及踏板杠桿比小的影響?？紤]到優(yōu)化的可操作性以及經(jīng)濟(jì)性，比較可行的辦法是增大助力器助力比以及更換摩擦片配方，提高摩擦因數(shù)。(2)減速度在初始階段的增跳值不明顯。查詢此車所使用的助力器參數(shù)，可以得出一個(gè)結(jié)論，選用的助力器的增跳值偏小，并對制動踏板感覺產(chǎn)生了影響。從第四象限中可以看出：對應(yīng)曲線斜率較低，即產(chǎn)生相同制動減速度所需要的制動管路壓力較大，制動器制動效能較差，可能存在摩擦半徑較小、摩擦片摩擦因數(shù)低、制動器小的因素?？紤]到優(yōu)化的可操作性以及經(jīng)濟(jì)性，比較可行的方案是更換摩擦片的配方，提高擦片摩擦因數(shù)。

圖2 動態(tài)測試曲線

4 解決方案的提出及驗(yàn)證

綜上分析，提出了優(yōu)化真空助力器及制動器的措施。(1)增大助力器的助力比和增跳值。(2)更換摩擦片的配方，提高摩擦因數(shù)。組合多種參數(shù)的方案并進(jìn)行測試，方案定義如表3所描述，具體測試結(jié)果如圖3所示。

表3 多種優(yōu)化方案系統(tǒng)參數(shù)

圖3 多種制動系統(tǒng)參數(shù)測試結(jié)果

圖3為第一象限踏板力與減速度關(guān)系曲線,由圖可知，提高真空助力器的增跳值對于駕駛員制動踏板的初始階段的制動減速度有明顯提升，但是1.9 MPa有些過高，制動時(shí)會給駕駛員產(chǎn)生頓挫的制動感覺，選取1.5 MPa是比較合理的；提高真空助力器的助力比會導(dǎo)致真空助力器的最大助力點(diǎn)下降，由于此車裝配的助力器助力拐點(diǎn)不高，繼續(xù)降低拐點(diǎn)對于整車的制動安全有一定影響[9]；通過提高摩擦因數(shù)可以很好地解決第一象限中減速度偏低的問題，同時(shí)解決第四象限制動壓力與減速度關(guān)系曲線中減速度過低的問題。

通過多種方案的對比，最終確定了采用優(yōu)化方案一(圖3中黑色實(shí)線曲線)，與原方案對比踏板感覺有明顯改善。優(yōu)化后的方案很好地解決了制動遲滯以及制動不靈敏的抱怨。壓力序列對比試驗(yàn)如圖4所示。從壓力序列的對比測試結(jié)果可以很明顯地看到制動效能有較大改善，即在相同的制動壓力情況下，減速度有了明顯的提升。

圖4 壓力序列測試對比

制動踏板感覺的動態(tài)測試以后，按照主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對優(yōu)化前后的車輛進(jìn)行了主觀的評價(jià)[10]，主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)見表4。表中沒有加粗的字體表示優(yōu)化前打分結(jié)果，加粗字體表示優(yōu)化后方案的打分結(jié)果。主觀評價(jià)認(rèn)為優(yōu)化措施有效，與客觀測試結(jié)果相符，可以有效地解決售后市場抱怨。

表4 主觀評價(jià)表

5 結(jié)束語

文中簡要說明了制動踏板感覺的定義、評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)方法。并結(jié)合具體的實(shí)例，分析了被抱怨車輛改進(jìn)以及優(yōu)化的方向，并通過對比測試確定最佳的優(yōu)化方案，對于后續(xù)工作的開展以及分析解決市場上類似的相關(guān)制動感覺方面的抱怨有一定的指導(dǎo)作用。