車(chē)輛動(dòng)態(tài)駕駛后制動(dòng)踏板感變化分析

陳 龍

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 汽車(chē)工程研究院，廣東 廣州 511434）

制動(dòng)踏板是駕駛員與車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)最重要的交互渠道，也是駕駛員控制和保障車(chē)輛行車(chē)制動(dòng)安全的重要依靠標(biāo)準(zhǔn)。裝備鉗盤(pán)式制動(dòng)器的車(chē)輛是通過(guò)卡鉗活塞作用摩擦片和制動(dòng)盤(pán)摩擦產(chǎn)生減速度從而制動(dòng)車(chē)輛，在完成制動(dòng)后，活塞和摩擦片分別依靠矩形密封圈的彈力和回位彈簧的彈力回位，使摩擦片與制動(dòng)盤(pán)之間保持適當(dāng)?shù)拈g距。

日常駕駛時(shí)，當(dāng)車(chē)輛駛出彎道或進(jìn)行變道后，往往容易感覺(jué)到踩踏制動(dòng)踏板時(shí)出現(xiàn)不同程度變軟。在正常行車(chē)過(guò)程中，制動(dòng)踏板感覺(jué)的突然變化，容易造成駕駛員誤判，既影響駕駛體驗(yàn)，也危害行車(chē)安全。

由于制動(dòng)踏板感的重要性和特殊性，各大車(chē)企對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。而正因制動(dòng)踏板感的影響因素是多維度且復(fù)雜的，我們?cè)谘芯亢驮u(píng)價(jià)制動(dòng)踏板感的時(shí)候往往都會(huì)固化某些因素，以近理想化的條件去研究某一個(gè)或某一些變量帶來(lái)的影響。

通用汽車(chē)提出“制動(dòng)感覺(jué)指數(shù)”的評(píng)價(jià)方法，對(duì)制動(dòng)踏板感主觀評(píng)價(jià)作了較為詳細(xì)的研究。而廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司工程研究院谷建東等在此基礎(chǔ)上，把對(duì)制動(dòng)踏板感的主觀評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換為可量化的客觀物理數(shù)據(jù)，將客戶語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為工程語(yǔ)言，研究有了一定程度的突破。

但以上研究均是在制動(dòng)系統(tǒng)理想工作條件下對(duì)制動(dòng)踏板感匹配、主客觀關(guān)聯(lián)關(guān)系上作出的研究，而現(xiàn)實(shí)情況中，用戶的使用工況更加復(fù)雜，制動(dòng)踏板感的表現(xiàn)形式也是多樣化的，而其中的一些比較重要的制動(dòng)踏板感特性往往容易被忽略。

本文從消費(fèi)者日常駕駛工況出發(fā)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，模擬用戶使用場(chǎng)景，用客觀試驗(yàn)探究分析車(chē)輛動(dòng)態(tài)駕駛后的制動(dòng)踏板感變化，研究車(chē)輛以不同車(chē)速變道、出彎前后，制動(dòng)踏板感覺(jué)的變化，為制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供一定參考。

1 制動(dòng)踏板感

1.1 概念

通常所說(shuō)的制動(dòng)踏板感為制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力、制動(dòng)踏板行程三者之間的關(guān)系。而狹義上講，車(chē)輛在動(dòng)態(tài)駕駛情況下，駕駛員可感知到制動(dòng)踏板力的大小、制動(dòng)踏板行程的長(zhǎng)短以及由此產(chǎn)生的車(chē)輛減速度的大小，消費(fèi)者群體的主觀感受可以概括為以下兩個(gè)方面：

（1）效力感：用制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力表征。

（2）踏入感：用制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板行程表征。

1.2 影響因素

影響制動(dòng)踏板感的因素是多方面的，包括車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)形式、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（Antilock Brake System, ABS）/電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)軟件參數(shù)、真空助力器/電子剎車(chē)助力系統(tǒng)iBooster參數(shù)、制動(dòng)踏板阻尼和回位彈簧的剛度、制動(dòng)管路系統(tǒng)減壓的快慢、制動(dòng)器的摩擦系數(shù)等等，同時(shí)還與路面和輪胎的附著力、駕駛員的駕駛風(fēng)格都有一定的關(guān)系。

2 試驗(yàn)策劃及實(shí)施

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)場(chǎng)地選擇國(guó)內(nèi)某汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)，該場(chǎng)地為國(guó)家認(rèn)證的試驗(yàn)場(chǎng)，道路附著系數(shù)良好，且均一。

試驗(yàn)時(shí)天氣晴朗，場(chǎng)地干燥，風(fēng)速小于1 m/s。

試驗(yàn)車(chē)輛選擇某熱銷(xiāo)燃油車(chē)，車(chē)況良好、鉗盤(pán)式制動(dòng)器、真空助力車(chē)型。

試驗(yàn)設(shè)備選擇Vbox數(shù)據(jù)采集儀、陀螺儀、踏板力傳感器、拉線位移傳感器、減速度計(jì)、油壓傳感器等，如圖1所示。

2.2 試驗(yàn)方案

為了更真實(shí)地模擬用戶實(shí)際駕駛情況，與原始直線穩(wěn)態(tài)行駛后的制動(dòng)踏板感方案進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，本文分別設(shè)計(jì)了不同車(chē)速的雙變道試驗(yàn)和勻速出彎試驗(yàn)兩組試驗(yàn)方案來(lái)模擬高速變道及彎道行駛工況，具體方案策劃如表1、表2所示。

2.3 試驗(yàn)實(shí)施

步驟1：車(chē)輛試驗(yàn)載荷條件為半載，除主副駕駛員以外，剩余配載以沙袋的形式固定在后排地板上。

步驟2：試驗(yàn)前，四個(gè)車(chē)輪均更換新的制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)摩擦片、輪胎，制動(dòng)油管要進(jìn)行排空處理，輪胎冷態(tài)氣壓調(diào)整為規(guī)定氣壓220 kPa。

步驟3：車(chē)輛以60 km/h的車(chē)速勻速行駛，每間隔1.5 km進(jìn)行一次減速度約為3 m/s的制動(dòng)，保持制動(dòng)踏板直至停車(chē)，隨即加速到60 km/h并保持車(chē)速，等待下一次制動(dòng)。

步驟4：重復(fù)上述步驟3約150次，以對(duì)車(chē)輛和制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的磨合，避免因磨合不充分導(dǎo)致的試驗(yàn)過(guò)程中制動(dòng)踏板感變化。

步驟5：試驗(yàn)開(kāi)始前，摩擦片的溫度應(yīng)控制在65 ℃～100 ℃，避免因溫度變化造成摩擦系數(shù)變化引起制動(dòng)踏板感變化。

步驟6：按表1的要求，選擇相應(yīng)的速度使車(chē)輛做雙變道，模擬日常駕駛中的變道工況。雙變道的操作示意如圖2所示。

步驟7：隨后立即將車(chē)輛加速至105 km/h以上，釋放加速踏板，使車(chē)輛滑行減速。

步驟8：當(dāng)車(chē)速滑降至（100±2）km/h時(shí)，以35 N/s～75 N/s的踏板力踩踏速率開(kāi)始制動(dòng)，直至減速度達(dá)到8 m/s以上，此時(shí)ABS并未介入。

步驟9：記錄試驗(yàn)過(guò)程中踏板力、踏板行程、制動(dòng)減速度、輪缸液壓等數(shù)據(jù)。

步驟10：重復(fù)步驟5—步驟8操作，至少3次。

步驟11：按照表2要求，選擇相應(yīng)的車(chē)速保持勻速出彎。

試驗(yàn)場(chǎng)彎道示意圖如圖3所示。

步驟12：出彎后重復(fù)步驟7—步驟9操作，至少3次。

3 試驗(yàn)結(jié)果

原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的噪聲毛刺，因此，需要利用平滑度指數(shù)為0.95的光滑樣條擬合法對(duì)原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以得到較平滑的踏板感數(shù)據(jù)曲線，如圖4所示。

3.1 雙變道試驗(yàn)結(jié)果

不同方案的雙變道試驗(yàn)擬合后的數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5、圖6所示。從圖中可知，雙變道對(duì)制動(dòng)踏板行程和減速度的關(guān)系的影響十分明顯，而對(duì)踏板力和減速度的關(guān)系的影響十分微弱。隨著雙變道車(chē)速的提高，制動(dòng)踏入感與初始值的差距也逐漸變大，而效力感幾乎沒(méi)有變化。

表3是根據(jù)擬合曲線取不同制動(dòng)減速度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)踏板行程測(cè)試結(jié)果，當(dāng)變道車(chē)速在100 km/h時(shí)，不同減速度點(diǎn)的差值變化率為18%～30%。主觀評(píng)價(jià)為變軟、變長(zhǎng)。根據(jù)文獻(xiàn)[4]提出的評(píng)分辦法，主觀評(píng)價(jià)得分將從8分降低至6分，容易引起客戶抱怨。

3.2 勻速出彎試驗(yàn)結(jié)果

圖7、圖8為不同方案勻速出彎試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)論與雙變道基本一致，同樣是踏入感變化明顯，效力感沒(méi)有變化。

表4是根據(jù)擬合曲線取不同制動(dòng)減速度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的踏板行程，當(dāng)出彎車(chē)速在100 km/h時(shí)，不同減速度點(diǎn)的差值變化率在15%～25%之間。

通過(guò)兩組試驗(yàn)的結(jié)果可知，無(wú)論是雙變道還是彎道行駛，隨著車(chē)速提高，側(cè)向加速度也將變大，卡鉗活塞承受的側(cè)向力變大，導(dǎo)致活塞滑動(dòng)，從而帶來(lái)盤(pán)片間隙的擴(kuò)大，因此，制動(dòng)踏板行程變長(zhǎng)。而制動(dòng)踏板力與減速度的關(guān)系取決于杠桿比和真空助力器的助力比，制動(dòng)主缸受踏板的推桿輸入力輸入后，制動(dòng)管路的液壓傳遞到制動(dòng)卡鉗活塞上。當(dāng)制動(dòng)器的摩擦系數(shù)等其他因素未發(fā)生改變的情況下，輪缸壓力與制動(dòng)減速度的關(guān)系不變，從而主缸壓力與制動(dòng)踏板力的輸入關(guān)系也不會(huì)改變。

4 結(jié)論

采用試驗(yàn)探究的方法，通過(guò)制動(dòng)減速度和制動(dòng)踏板力、行程的關(guān)系，驗(yàn)證了當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)一定側(cè)向加速度工況行駛后，會(huì)帶來(lái)制動(dòng)踏板感行程變長(zhǎng)這一容易被忽略的問(wèn)題，為制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供一定參考。