制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)淺析

吳延鵬，徐赟

制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)淺析

吳延鵬，徐赟

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要通過對(duì)市場(chǎng)用戶制動(dòng)工況的分析，結(jié)合整車道路制動(dòng)性能試驗(yàn)手段，搭建了整車制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)評(píng)估體系。本體系通過制動(dòng)踏板力、踏板行程、減速度等參數(shù)，將制動(dòng)主觀感覺進(jìn)行了客觀的量化，為產(chǎn)品開發(fā)和品質(zhì)的提升提供了一種新的方法。

制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)踏板；試驗(yàn)

引言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國的汽車保有量和普及度迅速提高，用戶對(duì)汽車的要求也越來越多樣化，制動(dòng)系統(tǒng)的踏板操縱作為用戶日常最重要的交互界面之一，向來都備受關(guān)注。根據(jù)市場(chǎng)反饋，用戶對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)反映最多的主要有剎車不夠靈敏、制動(dòng)踏板低、制動(dòng)疲軟等問題，但目前汽車制動(dòng)性能主要以制動(dòng)距離、車輛減速度等硬性指標(biāo)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，不能反饋出市場(chǎng)用戶所反應(yīng)的主觀問題，因此本文提出了制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)方法，結(jié)合車輛開展實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，為車輛制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)和評(píng)價(jià)提供一種有效的方法。

1 制動(dòng)感覺評(píng)價(jià)體系介紹

1.1 制動(dòng)主觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)

整車制動(dòng)主觀評(píng)價(jià)是整車生產(chǎn)定型前除法規(guī)強(qiáng)制試驗(yàn)外最重要的評(píng)價(jià)手段之一，其一般評(píng)價(jià)體系構(gòu)成如圖1所示。在制動(dòng)主觀評(píng)價(jià)體系中，制動(dòng)踏板感覺是重點(diǎn)考察的項(xiàng)目之一，是駕駛者最直接的感受。關(guān)于制動(dòng)踏板感覺的測(cè)試評(píng)價(jià)，目前各主機(jī)廠及相關(guān)汽車檢測(cè)機(jī)構(gòu)通常以固定項(xiàng)目的主觀評(píng)價(jià)為主，評(píng)價(jià)項(xiàng)目、內(nèi)容見表1所示。

此種評(píng)價(jià)體系可以類比出相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)車型之間的差異，但這種評(píng)價(jià)方法需要專業(yè)人員來進(jìn)行大量的評(píng)估，結(jié)論才具有可參考性，且各種外界因素會(huì)干涉主觀評(píng)估結(jié)果，因此制動(dòng)主觀評(píng)價(jià)的可靠性及應(yīng)用便捷性不高，且無法對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的匹配給出更進(jìn)一步的指導(dǎo)。

圖1 制動(dòng)主觀評(píng)價(jià)體系

表1 制動(dòng)踏板感覺評(píng)價(jià)項(xiàng)目

評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)結(jié)果 制動(dòng)踏板自由行程踏板自由行程（小/大）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動(dòng)踏板力踏板力（過重、過輕/合適），ABS作用時(shí)感覺?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動(dòng)踏板行程踏板行程（過長、過短/合適），ABS作用時(shí)感覺?3 ?2 ?1 0 1 2 3 踏板漸進(jìn)性制動(dòng)減速度與踏板力合適的線性關(guān)系（無/有）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動(dòng)響應(yīng)制動(dòng)響應(yīng)（急劇/平滑/緩慢）?3 ?2 ?1 0 1 2 3 制動(dòng)遲滯作用助力變化（快/慢）?3 ?2 ?1 0 1 2 3

1.2 踏板感覺的定義及影響因素

以液壓制動(dòng)系統(tǒng)為例，制動(dòng)踏板通過杠桿機(jī)構(gòu)與真空助力器，進(jìn)而與制動(dòng)主缸相連。在踩下制動(dòng)踏板后，一方面制動(dòng)踏板克服機(jī)構(gòu)間隙，在真空助力器的助力作用下，推動(dòng)主缸活塞運(yùn)動(dòng)，使管路油壓升高推動(dòng)輪缸并使摩擦片和制動(dòng)盤間產(chǎn)生制動(dòng)力矩，進(jìn)而在輪胎、路面的相互作用下形成對(duì)車輛的制動(dòng)力并最終使車輛減速；另一方面，駕駛員獲得踩制動(dòng)踏板得到的反饋信號(hào)踏板位移和踏板力，再加上車輛制動(dòng)身體和視覺上所感受到的減速度，聽覺上的制動(dòng)噪聲等諸多因素，共同構(gòu)成了完整的制動(dòng)感覺[1]。

車輛制動(dòng)情況下駕駛員身體感官上的綜合感覺稱之為制動(dòng)感覺，由制動(dòng)系統(tǒng)零部件、制動(dòng)系統(tǒng)與整車的匹配決定。而制動(dòng)踏板感覺則側(cè)重于制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)給駕駛員腳的反饋?zhàn)饔?，通過踏板行程-踏板力曲線即踏板特性曲線來描述。因此可以認(rèn)為制動(dòng)感覺的包含制動(dòng)踏板感覺，好的制動(dòng)踏板感覺不一定會(huì)有好的制動(dòng)感覺（比如制動(dòng)抖動(dòng)、制動(dòng)噪聲等），但是好的制動(dòng)感覺必須要有好的制動(dòng)踏板感覺。

踏板特性即踏板行程與踏板力的關(guān)系，制動(dòng)減速度與踏板的關(guān)系，以及駕駛員感覺到的制動(dòng)減速度，共同構(gòu)成了車輛的制動(dòng)踏板感覺。影響制動(dòng)踏板感覺因素即現(xiàn)階段我們能測(cè)量的參數(shù)有：

（1）制動(dòng)踏板位置參數(shù)；

（2）制動(dòng)踏板行程；

（3）制動(dòng)踏板力；

（4）制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；

（5）車輛的減速度；

（6）車輛減速度的可調(diào)節(jié)性，主要指駕駛員在踩下制動(dòng)踏板時(shí)，達(dá)到預(yù)期的減速度后，能夠通過繼續(xù)促動(dòng)或者部分釋放制動(dòng)踏板獲得更大或者更小的減速度的能力。

開展實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行采集、處理與分析，得到客觀量化的制動(dòng)踏板感覺，從而形成制動(dòng)踏板感覺評(píng)估體系。

2 制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)評(píng)估體系

2.1 制動(dòng)踏板位置參數(shù)

有關(guān)研究表明，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與汽車制動(dòng)踏板位置的設(shè)計(jì)存在明顯關(guān)系，油門踏板的位置稍高于制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板板面比油門踏板板面寬，這樣遇到緊急情況需要緊急制動(dòng)時(shí)，腳可以順利快速地從油門上滑落下來，踏在制動(dòng)踏板上，從而迅速采取制動(dòng)措施，這種設(shè)計(jì)減少或消除了完成制動(dòng)時(shí)需抬腿去踩踏板的努力，人可以借助重力迅速有效地完成制動(dòng)，且不會(huì)誤踩到油門上，減少了操作時(shí)間，也在一定程度上防止了誤操作[2]。

制動(dòng)踏板與油門踏板的間距也對(duì)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間有一定的影響。一般說來，兩踏板相距過遠(yuǎn)，腳需移動(dòng)距離長，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間也長，而兩者相距太近，盡管反應(yīng)時(shí)間減少了，但極易踏錯(cuò)踏板而釀成慘禍或單腳同時(shí)路下兩只踏板，從而損壞了車輛制動(dòng)系統(tǒng)的功能，因此設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)找出最佳的設(shè)計(jì)間距，兩踏板的間距取10～15 cm為佳。

2.2 制動(dòng)初始階段的踏板力和踏板行程

車輛在空擋滑行時(shí)，由于空氣阻力、滾動(dòng)阻力等的影響，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)減速度即滑行減速度[3]，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)滑行減速度在0.03～0.1范圍內(nèi)。制動(dòng)初始階段是指制動(dòng)器剛剛開始作用的時(shí)刻，反映在測(cè)量數(shù)據(jù)上即為減速度剛超過0.1時(shí)刻，此時(shí)的踏板力、踏板行程即為制動(dòng)初始階段的踏板力和行程，如圖2所示。

圖2 制動(dòng)過程圖

2.3 制動(dòng)感覺點(diǎn)的踏板力和踏板行程

制動(dòng)感覺點(diǎn)是在制動(dòng)過程中駕駛員主觀感覺到車輛有制動(dòng)的時(shí)刻，此時(shí)的制動(dòng)踏板力及行程即為制動(dòng)感覺點(diǎn)的踏板力、踏板行程。

我們?cè)ㄟ^5種不同類型的車輛在不同載荷狀態(tài)下，以不同的制動(dòng)初速度（10 km/h～120 km/h），進(jìn)行不同工況的制動(dòng)（輕制動(dòng)、中制動(dòng)、緊急制動(dòng)等），當(dāng)駕駛員有制動(dòng)感覺時(shí)觸動(dòng)觸發(fā)開關(guān)，同時(shí)全程記錄車輛的減速度、踏板力及行程、管路壓力等，最后通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，當(dāng)車輛瞬時(shí)減速度達(dá)到0.23～0.35時(shí)，人體就明顯感覺到車輛進(jìn)行了制動(dòng)。因此定義制動(dòng)過程中車輛瞬時(shí)減速度達(dá)0.3時(shí)刻為制動(dòng)感覺點(diǎn)，如圖2所示。

2.4 制動(dòng)正常作用點(diǎn)的踏板力和踏板行程

如圖2所示，減速度在0.55之前，車輛的減速度、制動(dòng)力、踏板力、踏板行程通常呈線性關(guān)系，在減速度超過0.55之后，車制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)裝置將開始起作用，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的管路壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后的線性度將會(huì)失真。因此定義減速度0.55處為制動(dòng)正常作用點(diǎn)，此時(shí)的踏板力、行程即為制動(dòng)正常作用點(diǎn)的踏板力、踏板行程。

2.5 制動(dòng)踏板線性度指數(shù)

主要是評(píng)價(jià)車輛減速的可調(diào)性，駕駛員制動(dòng)時(shí)．為達(dá)到預(yù)想的減速度而繼續(xù)踩下或者部分抬起踏板時(shí)，車輛制動(dòng)減速度的響應(yīng)程度?；谔ぐ辶Γ瓬p速度曲線通過最小二乘法進(jìn)行相關(guān)冪函數(shù)擬合（擬合的區(qū)域?yàn)橹苿?dòng)初始點(diǎn)到制動(dòng)正常作用點(diǎn)）得到線性度指數(shù)，即Dec=Const×Force×exp，其中exp即為線性度指數(shù)，一般情況exp在0.85～1.05之間為宜。

2.6 制動(dòng)踏板特性圖

為了能更清晰地表達(dá)制動(dòng)踏板與車輛減速度的關(guān)系，分別繪踏板力與減速度、踏板行程與減速度的曲線圖即制動(dòng)踏板的特性圖，同時(shí)根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，我們初步確定出轎車制動(dòng)踏板特性圖的經(jīng)驗(yàn)區(qū)域，如圖3所示。

2.7 制動(dòng)踏板感覺評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

制動(dòng)踏板感覺評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下表2所示：

表2 制動(dòng)感覺指數(shù)試驗(yàn)評(píng)估體系

參數(shù)權(quán)重/%目標(biāo)值評(píng)分計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 踏板形狀及位置與油門踏板的高度差5標(biāo)桿車或經(jīng)驗(yàn)值與目標(biāo)值誤差每超10％減1％ 與油門踏板的間距 踏板特性曲線圖踏板力－減速度15是否在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域按照在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的比例評(píng)分 踏板行程－減速度 制動(dòng)初始點(diǎn)踏板力/N517～25超目標(biāo)值每5 N減20％ 踏板行程/mm2020～32超目標(biāo)值每5 mm減25％ 制動(dòng)感覺點(diǎn)踏板力/N1035～50超過或不足目標(biāo)值每5N減25％ 踏板行程/mm1037～47超過或不足目標(biāo)值每2.5 mm減25％ 制動(dòng)正常作用點(diǎn)踏板力/N1060～80超目標(biāo)值每10N減20％ 踏板行程/mm1040～55超過或不足目標(biāo)值每10 mm減20％ 踏板線性度踏板力150.85～1.05超出或不足目標(biāo)值每0.02減10％

3 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)市場(chǎng)反饋某型車輛制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象嚴(yán)重，將制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)引入到此類型車輛的制動(dòng)系統(tǒng)整改當(dāng)中，先后對(duì)原狀態(tài)、優(yōu)化方案1、優(yōu)化方案2進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3、圖4所示。

由表3、圖4可得出，原狀態(tài)的制動(dòng)踏板感覺最差、優(yōu)化方案1的制動(dòng)踏板感覺稍好，優(yōu)化方案2的制動(dòng)踏板感覺最好。

原狀態(tài)車輛制動(dòng)初始點(diǎn)的踏板力及踏板行程在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，但是在踏板力為20 N、踏板行程為30 mm時(shí)，車輛制動(dòng)減速度從0.1階躍到0.4，特別明顯的制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象，顯然此點(diǎn)頭現(xiàn)象是由于真空助力器階躍特性點(diǎn)參數(shù)有問題造成的；同時(shí)踏板力—減速度曲線圖幾乎沒有在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，制動(dòng)感覺點(diǎn)之后，制動(dòng)踏板略顯沉重；且制動(dòng)踏板線性度指數(shù)較差。

表3 制動(dòng)踏板感覺實(shí)例

參數(shù)權(quán)重/%目標(biāo)值原狀態(tài)方案1方案2 踏板形狀及位置與油門踏板的高度差5標(biāo)桿車或經(jīng)驗(yàn)值444 與油門踏板的間距 踏板特性曲線圖踏板力－減速度15是否在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域7715 踏板行程－減速度 制動(dòng)初始點(diǎn)踏板力/N517～25555 踏板行程/mm2020～32202020 制動(dòng)感覺點(diǎn)踏板力/N1035～502.51010 踏板行程/mm1037～4751010 制動(dòng)正常作用點(diǎn)踏板力/N1060～808810 踏板行程/mm1040～55101010 踏板線性度踏板力150.85～1.05013.515 總得分61.587.599

優(yōu)化方案1：制動(dòng)踏板初始點(diǎn)、感覺點(diǎn)的參數(shù)均能滿足要求，但是由制動(dòng)踏板特性圖可以得出，還略有制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象；且制動(dòng)過制動(dòng)感覺點(diǎn)后，制動(dòng)踏板沉重的問題還沒解決。

優(yōu)化方案2：制動(dòng)踏板的特性曲線完全在經(jīng)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，且制動(dòng)踏板線性度指數(shù)與經(jīng)驗(yàn)曲線幾乎接近，此狀態(tài)的制動(dòng)踏板感覺良好。

同時(shí)在試驗(yàn)測(cè)試過程中，我們也進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)人員對(duì)優(yōu)化方案2車輛的狀態(tài)，感覺十分滿意。

4 結(jié)論

上述內(nèi)容主要通過在對(duì)制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)評(píng)估體系的建立以及對(duì)某型車輛制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象整改中，本文根據(jù)提出的制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)方法，找出了被評(píng)估車輛問題的原因，并通過優(yōu)化匹配的手段和再驗(yàn)證提高了制動(dòng)踏板感覺，最終取得了較為滿意的結(jié)果。制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)評(píng)估體系對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化的指導(dǎo)意義得到了驗(yàn)證。

[1] 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(06):4-7+54.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

Analysis on the Test of Brake Pedal Feeling

WU Yanpeng, XU Yun

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Through the market users braking condition analysis, this paper combined with the tools of road vehicle braking performance test, to build a vehicle brake pedal feel test evaluation system. The system through the brake pedal force, pedal travel, deceleration and other parameters, make the subjective feel of the brake effectively to quantify, for product development and quality improvement provides a new method.

Brake system; Brake pedal; Test

B

1671-7988(2021)22-125-04

U467

B

1671-7988(2021)22-125-04

CLC NO.: U467

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.032