基于道路試驗的某車型制動踏板感覺性能優(yōu)化分析

白澤文 陳海 楊永健 曹廣新

（1.中國第一汽車股份有限公司 研發(fā)總院，長春130013; 2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室, 長春130013）

主題詞：制動踏板感覺 道路試驗 制動力分配 摩擦片

1 前言

隨著乘用車保有量的快速增加，用戶對汽車的安全性、舒適性提出了更高的要求，更多關(guān)注制動踏板感受。用戶通常抱怨的問題有剎車偏軟、空行程過長、踏力過沉、線性感差等。因此要求汽車整車生產(chǎn)廠商應(yīng)更加重視制動踏板感覺性能的開發(fā)。

2 制動踏板感覺道路試驗簡述

汽車廠商及研發(fā)機構(gòu)有嚴(yán)格的試驗標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范客觀試驗的試驗條件、儀器設(shè)備、試驗方法以及數(shù)據(jù)處理。試驗條件規(guī)范的主要方面有:試驗載荷、試驗路面、制動磨合。本文所采用的制動踏板感覺道路試驗方法是，首先車輛以規(guī)范的預(yù)熱方法行駛，使制動器的平均溫度達(dá)到規(guī)范要求。然后將車輛加速至105 km/h 滑行，車速下降至100 km/h 時，以一定的踩踏速率進(jìn)行緩制動。

試驗中使用傳感器采集緩制動過程中車速、車輛減速度、制動踏板行程、制動踏板力、前后制動輪缸壓力參數(shù)的時間歷程，其中踏板力、踏板行程傳感器的安裝如圖1所示。通過道路試驗獲得踏板力—車輛減速度、踏板行程—車輛減速度、踏板力—踏板行程、制動主缸壓力—車輛減速度的關(guān)系曲線，構(gòu)成制動踏板特性的客觀測量結(jié)果[1]。

圖1 踏板力、踏板行程傳感器的安裝

3 某車型制動踏板感覺試驗及問題分析

某C 級乘用車，表1 為車輛及制動系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。駕駛員反饋制動踏板踏力的線性度差、后期偏沉，主觀感受制動效能較差，特別在需要較大減速度時，制動信心不足。

通過道路試驗得到制動踏板感覺的特性曲線，踏板力與車輛減速度的關(guān)系曲線如圖2，可見在減速度大于7 m/s2后，踏板力線性感變化，踏板力梯度明顯變大，踏板力表現(xiàn)逐漸偏沉。在減速度為10 m/s2時，踏板力為232 N 偏沉，之后ABS 起作用。前制動器壓力與后制動器壓力、減速度的關(guān)系曲線如圖3，可見在減速度大于7 m/s2后，EBD 介入限制后輪壓力為6.3 MPa，之后車輛效能減弱，與主觀感受一致。

表1 車輛及制動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

圖2 制動踏板力—減速度曲線

圖3 前制動器壓力—后制動器壓力、減速度曲線

為獲得前、后輪制動器壓力與制動力矩的數(shù)據(jù)，車輛安裝扭矩輪并取消EBD 后進(jìn)行道路試驗，如圖4所示。試驗時車輪及制動系統(tǒng)零件受力情況如圖5所示[2]，單個車輪制動器產(chǎn)生的摩擦力矩為[3]見式（1）。

式中：Tμ為制動器摩擦力矩；P 為制動器輪缸壓力；d 為制動器等效缸徑；Re為制動器等效制動半徑。由表1中制動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)、扭矩輪試驗數(shù)據(jù)，計算得到前、后制動器摩擦片的摩擦系數(shù)μf1、μr1，如表2 所示?？梢娔Σ疗哪Σ料禂?shù)沒有高壓衰退的現(xiàn)象，不會影響整車的制動效能。前、后制動器的制動力分配系數(shù)β=0.60，根據(jù)開發(fā)經(jīng)驗值0.60≤β≤0.75，確定制動力分配系數(shù)偏小，導(dǎo)致EBD 限壓后整車效能有一定程度降低。

表2 前、后制動器摩擦片的摩擦系數(shù)

圖4 車輛扭矩輪道路試驗

圖5 試驗中車輪、制動系統(tǒng)受力情況

因此首先需要盡可能的提高EBD 限壓，釋放后軸的制動效能，然后增強前軸的制動效能，以提高制動力分配系數(shù)，減弱EBD 限壓對整車效能的影響。由于EBD 標(biāo)定為供應(yīng)商完成，其調(diào)整范圍較小，在EBD 限壓提高1 MPa 后，即后軸壓力由6.3 MPa 增加至7.3 MPa，由表1 中參數(shù)及摩擦片系數(shù)測量值計算可知，在減速度為10 m/s2時，制動踏板力Q 由243 N降低至229 N，減小14 N，可見提高EBD 限壓對踏板力的改善效果不明顯。

4 改進(jìn)方案與驗證

4.1 方案選擇與分析

地面對單個前輪產(chǎn)生的制動力Fxb1見式（2）。

由式（2）可知，提高前軸制動力的方法有：增大等效制動半徑、減小車輪半徑、增大輪缸缸徑、增大輪缸壓力（不能提高制動力分配系數(shù)）、增大摩擦片摩擦系數(shù)。因為在產(chǎn)品開發(fā)中，制動器、制動盤等零件是延用其他成熟車型，車輪參數(shù)在此階段已凍結(jié)，所以采用增大摩擦片摩擦系數(shù)的方案。

制動踏板力Q 經(jīng)制動踏板和真空助力器放大，由制動主缸產(chǎn)生液壓力，如圖5 所示。其中真空助力器助力比Rv見式（3）。

式中：Q 為制動踏板力。根據(jù)道路試驗采集到的數(shù)據(jù)，在制動減速度為10 m/s2時，踏板力Q=232 N，制動主缸壓力Pm1=10.59 MPa，代入表1 中參數(shù)計算得Rv=7.5。

由于EBD 對后輪的限壓與車輪的滑移率相關(guān)，忽略在多次試驗中限壓值的變化，及制動減速度為10 m/s2時助力器助力比的變化量。設(shè)定改進(jìn)目標(biāo)為制動減速度10 m/s2時，踏板力170 N≤Q≤200 N，由式（3）計算主缸壓力（前軸壓力）7.80 MPa≤Pm2≤9.18 MPa，此時后軸壓力被EBD 限制為6.3 MPa。由式（2）計算得到單個后輪的制動力Fxb2=3 317 N。則單個前輪的制動力Fxb1=8 858 N。由式（2）代入前軸壓力范圍，計算得到前制動器摩擦片的摩擦系數(shù)0.38≤μf2≤0.45。

為控制因前片系數(shù)提高過大，在制動過程中主缸壓力與初始狀態(tài)相比降低過多，導(dǎo)致制動踏板行程與減速度的關(guān)系變化過多，影響踏板感覺的主觀感受。結(jié)合實際開發(fā)中備選的摩擦片零件型號，確定前制動器摩擦片零件的摩擦系數(shù)為μf2=0.38。

4.2 實車驗證

車輛前制動器換裝摩擦系數(shù)μf2=0.38 的摩擦片后，經(jīng)過道路試驗采集踏板感覺數(shù)據(jù)。由圖6可知，與初始狀態(tài)（前制動器摩擦片摩擦系數(shù)μf1=0.33）相比較，踏力線性度變好，整體踏力減輕，尤其制動后期踏力明顯改善。

圖6 前制動器不同摩擦系數(shù)踏板力—減速度曲線

減速度為10 m/s2時，試驗采集到的制動踏板力Q 由232 N 降低至177 N，減小55 N，目標(biāo)踏力達(dá)成。可見提高前制動器摩擦片系數(shù)對踏板力的改善效果明顯。由圖7 可知，EBD 作用時限壓約5.7 MPa，較初始狀態(tài)（EBD 限壓約6.3 MPa）更低一點，原因是前制動器能力提升后，同等前輪壓力水平下，整車的制動強度增加，軸荷轉(zhuǎn)移增加，后輪滑移率增加的更為迅速，故EBD 限壓會更早。但制動力分配系數(shù)提高后，整車制動效能下降較少。再次進(jìn)行扭矩輪試驗，得到制動力分配系數(shù)β=0.63?？梢娞岣咧苿恿Ψ峙湎禂?shù)后，能夠有效改善EBD 限壓對制動效能的影響。

圖7 改進(jìn)后前制動器壓力—后制動器壓力、減速度曲線

5 總結(jié)

本文基于制動踏板感覺道路試驗方法，對某車型的制動踏板感覺進(jìn)行客觀試驗，分析存在的問題。通過扭矩輪試驗，得到前、后制動器制動力的分配系數(shù)β=0.60，結(jié)合制動踏板特性的客觀測量結(jié)果、扭矩輪試驗數(shù)據(jù)和開發(fā)經(jīng)驗，確定制動力分配系數(shù)偏小是導(dǎo)致EBD作用后制動效能、踏板感覺變差的主要原因。

本文提出的方案是首先提高EBD 的限壓，釋放后軸的制動效能，然后由踏板力的目標(biāo)范圍值，結(jié)合實際開發(fā)，前制動器采用摩擦系數(shù)為μf2=0.38 的摩擦片。增強前軸的制動效能后，制動力的分配系數(shù)提高為β=0.63。最后通過道路試驗驗證有效減弱了EBD 限壓對整車效能的影響，改善了制動踏板線性度差、制動后期踏力偏沉的問題。