基于道路試驗(yàn)的某車(chē)型制動(dòng)踏板感覺(jué)性能優(yōu)化分析

白澤文 陳海 楊永健 曹廣新

（1.中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司 研發(fā)總院，長(zhǎng)春130013; 2.汽車(chē)振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長(zhǎng)春130013）

主題詞：制動(dòng)踏板感覺(jué) 道路試驗(yàn) 制動(dòng)力分配 摩擦片

1 前言

隨著乘用車(chē)保有量的快速增加，用戶(hù)對(duì)汽車(chē)的安全性、舒適性提出了更高的要求，更多關(guān)注制動(dòng)踏板感受。用戶(hù)通常抱怨的問(wèn)題有剎車(chē)偏軟、空行程過(guò)長(zhǎng)、踏力過(guò)沉、線(xiàn)性感差等。因此要求汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商應(yīng)更加重視制動(dòng)踏板感覺(jué)性能的開(kāi)發(fā)。

2 制動(dòng)踏板感覺(jué)道路試驗(yàn)簡(jiǎn)述

汽車(chē)廠(chǎng)商及研發(fā)機(jī)構(gòu)有嚴(yán)格的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)規(guī)范客觀(guān)試驗(yàn)的試驗(yàn)條件、儀器設(shè)備、試驗(yàn)方法以及數(shù)據(jù)處理。試驗(yàn)條件規(guī)范的主要方面有:試驗(yàn)載荷、試驗(yàn)路面、制動(dòng)磨合。本文所采用的制動(dòng)踏板感覺(jué)道路試驗(yàn)方法是，首先車(chē)輛以規(guī)范的預(yù)熱方法行駛，使制動(dòng)器的平均溫度達(dá)到規(guī)范要求。然后將車(chē)輛加速至105 km/h 滑行，車(chē)速下降至100 km/h 時(shí)，以一定的踩踏速率進(jìn)行緩制動(dòng)。

試驗(yàn)中使用傳感器采集緩制動(dòng)過(guò)程中車(chē)速、車(chē)輛減速度、制動(dòng)踏板行程、制動(dòng)踏板力、前后制動(dòng)輪缸壓力參數(shù)的時(shí)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(guò)道路試驗(yàn)獲得踏板力—車(chē)輛減速度、踏板行程—車(chē)輛減速度、踏板力—踏板行程、制動(dòng)主缸壓力—車(chē)輛減速度的關(guān)系曲線(xiàn)，構(gòu)成制動(dòng)踏板特性的客觀(guān)測(cè)量結(jié)果[1]。

圖1 踏板力、踏板行程傳感器的安裝

3 某車(chē)型制動(dòng)踏板感覺(jué)試驗(yàn)及問(wèn)題分析

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

通過(guò)道路試驗(yàn)得到制動(dòng)踏板感覺(jué)的特性曲線(xiàn)，踏板力與車(chē)輛減速度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2，可見(jiàn)在減速度大于7 m/s2后，踏板力線(xiàn)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(shí)，踏板力為232 N 偏沉，之后ABS 起作用。前制動(dòng)器壓力與后制動(dòng)器壓力、減速度的關(guān)系曲線(xiàn)如圖3，可見(jiàn)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(chē)輛效能減弱，與主觀(guān)感受一致。

表1 車(chē)輛及制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)

圖2 制動(dòng)踏板力—減速度曲線(xiàn)

圖3 前制動(dòng)器壓力—后制動(dòng)器壓力、減速度曲線(xiàn)

為獲得前、后輪制動(dòng)器壓力與制動(dòng)力矩的數(shù)據(jù)，車(chē)輛安裝扭矩輪并取消EBD 后進(jìn)行道路試驗(yàn)，如圖4所示。試驗(yàn)時(shí)車(chē)輪及制動(dòng)系統(tǒng)零件受力情況如圖5所示[2]，單個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器產(chǎn)生的摩擦力矩為[3]見(jiàn)式（1）。

式中：Tμ為制動(dòng)器摩擦力矩；P 為制動(dòng)器輪缸壓力；d 為制動(dòng)器等效缸徑；Re為制動(dòng)器等效制動(dòng)半徑。由表1中制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)、扭矩輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到前、后制動(dòng)器摩擦片的摩擦系數(shù)μf1、μr1，如表2 所示?？梢?jiàn)摩擦片的摩擦系數(shù)沒(méi)有高壓衰退的現(xiàn)象，不會(huì)影響整車(chē)的制動(dòng)效能。前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力分配系數(shù)β=0.60，根據(jù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)值0.60≤β≤0.75，確定制動(dòng)力分配系數(shù)偏小，導(dǎo)致EBD 限壓后整車(chē)效能有一定程度降低。

表2 前、后制動(dòng)器摩擦片的摩擦系數(shù)

圖4 車(chē)輛扭矩輪道路試驗(yàn)

圖5 試驗(yàn)中車(chē)輪、制動(dòng)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(dòng)效能，然后增強(qiáng)前軸的制動(dòng)效能，以提高制動(dòng)力分配系數(shù)，減弱EBD 限壓對(duì)整車(chē)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(cè)量值計(jì)算可知，在減速度為10 m/s2時(shí)，制動(dòng)踏板力Q 由243 N降低至229 N，減小14 N，可見(jiàn)提高EBD 限壓對(duì)踏板力的改善效果不明顯。

4 改進(jìn)方案與驗(yàn)證

4.1 方案選擇與分析

地面對(duì)單個(gè)前輪產(chǎn)生的制動(dòng)力Fxb1見(jiàn)式（2）。

由式（2）可知，提高前軸制動(dòng)力的方法有：增大等效制動(dòng)半徑、減小車(chē)輪半徑、增大輪缸缸徑、增大輪缸壓力（不能提高制動(dòng)力分配系數(shù)）、增大摩擦片摩擦系數(shù)。因?yàn)樵诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，制動(dòng)器、制動(dòng)盤(pán)等零件是延用其他成熟車(chē)型，車(chē)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(dòng)踏板力Q 經(jīng)制動(dòng)踏板和真空助力器放大，由制動(dòng)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(jiàn)式（3）。

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

由于EBD 對(duì)后輪的限壓與車(chē)輪的滑移率相關(guān)，忽略在多次試驗(yàn)中限壓值的變化，及制動(dòng)減速度為10 m/s2時(shí)助力器助力比的變化量。設(shè)定改進(jìn)目標(biāo)為制動(dòng)減速度10 m/s2時(shí)，踏板力170 N≤Q≤200 N，由式（3）計(jì)算主缸壓力（前軸壓力）7.80 MPa≤Pm2≤9.18 MPa，此時(shí)后軸壓力被EBD 限制為6.3 MPa。由式（2）計(jì)算得到單個(gè)后輪的制動(dòng)力Fxb2=3 317 N。則單個(gè)前輪的制動(dòng)力Fxb1=8 858 N。由式（2）代入前軸壓力范圍，計(jì)算得到前制動(dòng)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(guò)大，在制動(dòng)過(guò)程中主缸壓力與初始狀態(tài)相比降低過(guò)多，導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程與減速度的關(guān)系變化過(guò)多，影響踏板感覺(jué)的主觀(guān)感受。結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)中備選的摩擦片零件型號(hào)，確定前制動(dòng)器摩擦片零件的摩擦系數(shù)為μf2=0.38。

4.2 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

車(chē)輛前制動(dòng)器換裝摩擦系數(shù)μf2=0.38 的摩擦片后，經(jīng)過(guò)道路試驗(yàn)采集踏板感覺(jué)數(shù)據(jù)。由圖6可知，與初始狀態(tài)（前制動(dòng)器摩擦片摩擦系數(shù)μf1=0.33）相比較，踏力線(xiàn)性度變好，整體踏力減輕，尤其制動(dòng)后期踏力明顯改善。

圖6 前制動(dòng)器不同摩擦系數(shù)踏板力—減速度曲線(xiàn)

減速度為10 m/s2時(shí)，試驗(yàn)采集到的制動(dòng)踏板力Q 由232 N 降低至177 N，減小55 N，目標(biāo)踏力達(dá)成?？梢?jiàn)提高前制動(dòng)器摩擦片系數(shù)對(duì)踏板力的改善效果明顯。由圖7 可知，EBD 作用時(shí)限壓約5.7 MPa，較初始狀態(tài)（EBD 限壓約6.3 MPa）更低一點(diǎn)，原因是前制動(dòng)器能力提升后，同等前輪壓力水平下，整車(chē)的制動(dòng)強(qiáng)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(huì)更早。但制動(dòng)力分配系數(shù)提高后，整車(chē)制動(dòng)效能下降較少。再次進(jìn)行扭矩輪試驗(yàn)，得到制動(dòng)力分配系數(shù)β=0.63。可見(jiàn)提高制動(dòng)力分配系數(shù)后，能夠有效改善EBD 限壓對(duì)制動(dòng)效能的影響。

圖7 改進(jìn)后前制動(dòng)器壓力—后制動(dòng)器壓力、減速度曲線(xiàn)

5 總結(jié)

本文基于制動(dòng)踏板感覺(jué)道路試驗(yàn)方法，對(duì)某車(chē)型的制動(dòng)踏板感覺(jué)進(jìn)行客觀(guān)試驗(yàn)，分析存在的問(wèn)題。通過(guò)扭矩輪試驗(yàn)，得到前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配系數(shù)β=0.60，結(jié)合制動(dòng)踏板特性的客觀(guān)測(cè)量結(jié)果、扭矩輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，確定制動(dòng)力分配系數(shù)偏小是導(dǎo)致EBD作用后制動(dòng)效能、踏板感覺(jué)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(dòng)效能，然后由踏板力的目標(biāo)范圍值，結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)，前制動(dòng)器采用摩擦系數(shù)為μf2=0.38 的摩擦片。增強(qiáng)前軸的制動(dòng)效能后，制動(dòng)力的分配系數(shù)提高為β=0.63。最后通過(guò)道路試驗(yàn)驗(yàn)證有效減弱了EBD 限壓對(duì)整車(chē)效能的影響，改善了制動(dòng)踏板線(xiàn)性度差、制動(dòng)后期踏力偏沉的問(wèn)題。