商用車常規(guī)制動踏板感覺研究

劉少軍，羅以嬌

（東風汽有限公司 東風商用車技術(shù)中心，武漢 430056）

隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用戶對商用車的要求從能拉貨賺錢的簡單要求提高為車輛安全、可靠、省油等要求。而制動系統(tǒng)性能直接關(guān)系著車輛安全，它的表現(xiàn)除了我們平時常見的制動距離等硬指標外，制動感覺也是制動系統(tǒng)性能評估中不可或缺的重要組成部分，制動踏板感覺是駕駛員在各種工況下對操縱制動踏板所獲得的制動效果的一個綜合感覺。通常說的剎車“軟”、“硬”，其實就是對制動感覺的部分簡單描述。就人體感知而言，制動感覺較之制動距離更易被察覺，這也意味著制動踏板感覺較多地影響了用戶對車輛的評價。

1 制動踏板感覺研究現(xiàn)狀

關(guān)于制動踏板感覺，各大廠商、機構(gòu)通常以主觀評估為主，輔之以各類系統(tǒng)特性曲線來作為設(shè)計或改進最后的依據(jù)。但主觀評價需要擁有一批專業(yè)的評估人員來進行相當數(shù)量的評估工作，而且主觀評估會受到各種外界因素的干涉，科學、可靠性有所欠缺。有鑒于此，有轎車廠通過大量的試驗，找到影響制動踏板感覺的主要影響參數(shù)，建立了一套基于客觀的、能正確反映主觀感受的試驗評估體系。

文獻［1］中給出了轎車的制動感覺指數(shù)試驗評估體系，建立在大量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)上的制動感覺指數(shù)評價體系通過對各階段的制動踏板行程、制動踏板力及相應(yīng)的制動減速度的測量，能很好地反映、評估制動感覺，期望能正確、可靠地反映制動系統(tǒng)的踏板感覺，并且試驗過程相對簡單易行、具有可重復性。該制動感覺指數(shù)主要研究踏板力、踏板行程、減速度。

2 商用車制動踏板感覺及影響因素分析

制動踏板感覺相關(guān)研究成果主要集中在轎車領(lǐng)域，商用車制動系統(tǒng)與轎車存在差異，商用車為氣壓制動，而轎車為液壓制動。

在傳統(tǒng)商用車中，制動踏板通過踏板機構(gòu)與腳制動閥相連。駕駛員在踩下制動踏板后，一方面制動踏板機構(gòu)推動腳制動閥活塞運動，使腳制動閥的輸出口有氣壓輸出，通過繼動閥、快放閥等進入氣室，推動制動器，使摩擦片和制動鼓產(chǎn)生制動力矩，進而在輪胎－路面的相互作用下形成對車輛的制動力并最終使車輛減速；另一方面，駕駛員通過踩制動踏板反饋得到的踏板位移和踏板力的信號獲得一定的制動踏板感覺，而加上身體受到的車輛的減速度、聽覺上的制動噪音以及視覺上的車輛減速等諸多因素，共同構(gòu)成了完整的制動感覺。

踏板力與踏板位移關(guān)系構(gòu)成的踏板特性、踏板位移與制動減速度的關(guān)系以及駕駛員感受到的制動減速度，共同構(gòu)成了車輛的制動踏板感覺。影響制動踏板感覺主要有以下幾個參數(shù)：（1）踏板行程；（2）踏板力；（3）車輛減速度；（4）制動反應(yīng)時間；（5）踏板阻尼和滯后。車輛減速度的可控性指駕駛員在踩下制動踏板進行制動時，達到預(yù)計的車輛減速度后能夠通過連續(xù)踩下或者部分抬起踏板獲得更大或者更小的制動減速度，從而獲得期望的車輛減速度和速度。

測試4種不同的車型的制動踏板感覺相關(guān)參數(shù)，研究相關(guān)參數(shù)，圖3為某車型的踏板力與氣壓，踏板力與氣壓成一定正比，圖4為踏板行程與氣壓的關(guān)系。結(jié)合主觀評價，確定制動踏板感覺主要研究對象，踏板力主要研究預(yù)置點、初始點和最大點，行程主要為空行程、最大行程及中間的斜率變化。

制動踏板感覺如下：

預(yù)置踏板力FA—踏板剛開始運動時需要的踏板力，見圖5。

初始踏板力FB—慢踩制動踏板，制動閥輸出口開始有氣壓輸出時的踏板力，見圖6。

解除踏板力FC—將制動踏板踩到底后慢慢松制動踏板，制動閥輸出口氣壓降到零時的踏板力，見圖6。

最大踏板力Fmax——制動閥輸出氣壓最大時之踏板力。

經(jīng)脫水處理，泥渣含水率小于45%，可以直接用普通的工程車外運，不會造成環(huán)境二次污染。湖塘河這類城區(qū)河道，沿岸只有居民區(qū)，沒有工業(yè)區(qū)，經(jīng)檢測，尾水指標均小于國家污水排放標準一類排放標準；底泥有機質(zhì)含量13.8%，符合土地改良用泥質(zhì)標準（表2），故本工程部分泥類被作為園林綠化用泥。

踏板行程——在踏板力作用下，踏板中心所移動的距離。

踏板空行程——踩下制動踏板時，從踏板的原始位置開始，到制動閥輸出口開始有氣壓輸出時止，踏板所移動的距離。

踏板最大行程——從踩下制動踏板，到制動閥輸出口氣壓輸出最大，踏板不再有位移時止，踏板所移動的最大距離。

3 不同參數(shù)對制動踏板感覺影響程度的試驗分析及主觀評價

為尋求商用車踏板感覺參數(shù)的合適值，將對各個參數(shù)對整車制動感覺的影響做相關(guān)試驗和主觀評價分析。

3.1 主觀評價分析的方案如下

3.1.1 評價人員

不同的駕駛員的感覺是存在差異的。因此在做主觀評價時，選取了駕齡大于1年、少于4年與駕齡超過5年、職業(yè)試驗員與職業(yè)駕駛員、駕駛過不同車輛的駕駛員。

3.1.2 評價工況

自由駕駛 （熟悉制動和性能，初步熟悉性能特性）、減速（60—20）、紅綠燈制動、路邊停車、制動新習慣形成時間（制動達到熟練的次數(shù)）。

分別在不同的車型上對不同曲線的制動閥、不同的踏板力、不同的踏板行程和高度下的整車評價。

3.1.3 主觀評價結(jié)論

（1）用戶喜歡制動力偏小的制動踏板感覺。駕駛員感覺超過300 N的踏板力很難控制好，此時背部要頂緊座椅，手臂僵硬，大腿發(fā)力，超過400 N時容易產(chǎn)生抖動。

（2）初始踏板力對制動踏板感覺敏感。初始踏板力偏大嚴重影響踏板感覺，司機很難建立制動習慣。

（3）解除踏板力需要適當大一些，偏小會影響制動接觸時的感覺。

（4）不同的腳制動閥性能曲線是有差異的，但司機無明顯的差異感覺（在不告知差異時，無人感覺出差異，在告知存在差異情況下，專業(yè)人員2人感覺出差異，且對此差異無明顯的偏好，職業(yè)駕駛員感覺不到差異）。

（5）空行程的大小對制動踏板感覺敏感，希望有空行程但又不需太大。當空行程是總行程的15%～20%時，駕駛員的感覺最好。

（6）踏板行程適中。太小不容易控制精度，太大制動操作費力。

從上面的試驗和主觀評價綜合得到影響制動踏板感覺的關(guān)鍵參數(shù)，并根據(jù)試驗中各參數(shù)對制動感覺的影響程度對各參數(shù)做重要度分級，形成商用車常規(guī)制動的制動踏板感覺參數(shù)，見表1。

表1 制動踏板感覺參數(shù)

測出舒適的制動感覺的試驗參數(shù)量化值范圍，形成商用車常規(guī)制動的制動踏板感覺的設(shè)計參數(shù)值。

4 踏板感覺設(shè)計參數(shù)應(yīng)用

根據(jù)制動踏板感覺設(shè)計參數(shù)值，在某系列商用車上優(yōu)化設(shè)計：減小腳制動閥頂桿力、加大制動踏板比、優(yōu)化制動踏板面角度和減小回位彈簧剛度并增加回位彈簧的預(yù)壓縮量，使設(shè)計值滿足制動踏板感覺設(shè)計參數(shù)值范圍。對改進前后的制動踏板感覺進行主觀評價。主觀評價采用3分制，得分由1.5提高到2.99。優(yōu)化后的方案整體評價高于現(xiàn)生產(chǎn)，且優(yōu)勢明顯。以前習慣“硬”制動的司機，在評價對比后，更偏愛提升后方案。按制動踏板制動感覺設(shè)計參數(shù)優(yōu)化設(shè)計后的制動踏板感覺，達到滿意效果。

5 結(jié)論

商用車制動踏板感覺是制動過程中駕駛員的第一感覺，直接影響整車制動舒適性和操控性，進而影響車輛的制動安全性。國外一些研究機構(gòu)和大學在轎車制動踏板感覺方面進行了研究并形成成熟的理論，其研究對象為轎車的液壓制動。商用車一般采用氣壓制動，和液壓制動之間存在不同的特性，商用車的制動踏板感覺的研究還處于起步階段。通過商用車的制動踏板感覺設(shè)計參數(shù)的研究，提出了商用車常規(guī)制動的制動踏板感覺設(shè)計參數(shù)，為商用車常規(guī)制動的制動舒適和操控性設(shè)計提供了理論依據(jù)。

［1］花慶榮，陳士杰.轎車制動感覺評估與制動感覺指數(shù)［J］.上海汽車，2008（06）：35－37.