乘用車制動踏板感客觀測量方法研究

石瑞嶺，潘佳煒，袁世海，李杰成

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

乘用車制動踏板感客觀測量方法研究

石瑞嶺，潘佳煒，袁世海，李杰成

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

通過車輛制動踏板感客觀試驗，分析主流測試方法的差異。通過踏板感相關指數的客觀試驗，以量化的方法來測量，為踏板感試驗建立數據庫，能有效指導工程設計和制動系統的目標設定，并為用戶主觀感受提供依據。

制動踏板感；客觀測量方法；量化

0 引言

制動性能作為主動安全性能之一，一直被關注。目前關于制動性能的國標主要關注制動距離等方面的指標，很少有針對客戶的制動感覺方面的客觀試驗，比如制動不夠力、制動偏軟、制動不夠線性和制動不夠靈敏等。文中提出了針對制動感覺的客觀試驗方法，結合合適的數據處理方式，對所得數據進行分析和比較，為車輛制動系統的開發和目標設定提供一種有效的方法。

1 兩種主流制動踏板感測量方法差異

方法一：對制動踏板感進行離散測量能真實地反映制動踏板力、位移與制動減速度的關系，且能反映出制動過程中不同減速度因車速、熱量造成的制動減速度蠕變,但與客戶實際實用情況有一定出入，用于制動系統標定更為合理。

方法二：對制動踏板感進行制動力連續遞增測量，能真實地反映動態過程中，制動踏板力、位移與制動減速度的連續變化關系，與客戶實際感知效果更為接近(一般客戶制動力梯度建立相對緩慢)，且能通過分析踏板感關系曲線，獲得結構化數據所能反映出來的信息，如線性度等。如圖1所示。作者主要介紹方法二。

2 主要指標的定義和數據處理

制動踏板感指數(BFI)是對用戶組實施制動的過程中腳踩踏板感覺以及對車輛減速度感知程度的綜合評價指數。目前使用最多的8項指標如表1所示。

表1 BFI主要指數表

2.1 踏板預載力

2.1.1 定義

當對制動踏板加力進行制動時，必須克服制動系統本身回位彈簧的彈力及系統內部摩擦力(在靜態測踏板-位移關系時因踩踏速度較低，系統阻尼力可忽略不計)，使踏板開始有一個明顯移動時的踏板力工程上定義為踏板預載力，并定義踏板力對踏板行程單二階微分大于等于6 mm/N2時對應的踏板力。通俗上講，即目前所說的“自由行程”即將結束時的踏板力。如圖2所示的預置力，一般來說在20 N左右比較合適，通用標準目標值為13 N。

2.1.2 數據處理方法

因動態制動過程時間很短(一般制動過程不超過5 s)，在數據采樣頻率偏低的情況下(國外標準制動試驗采樣頻率在200 Hz以上)，不宜在動態制動過程中測量踏板預載力，一般通過靜態制動踏板感測量獲取。

對采集數據采用光滑樣條擬合法進行擬合，平滑度指數必須達到0.95以上(平滑指數選太高部分車型容易因毛刺產生遠超6 mm/N2的結果，大多情況下0.95足夠)，擬合后進行數據重采樣時推薦小于0.1 N的間隔，然后再進行二階微分，即可得到結果。

2.2 制動初始點(點A)踏板力與位移

如圖4所示，減速度等于制動前車輛滑行減速度加0.05g的數據點。車輛實施制動前，車輛本身處于滑行狀態，此時有一個減速度，稱為滑行減速度，其大小跟車輛滾阻、風阻等參數有關，目前大部分車型在車速100 km/h時的滑行減速度在0.02g～0.05g之間。一般顧客在減速度超過滑行減速度0.05g后才感覺車輛“開始”減速。因此點A制動力和位移表達了車輛即將開始減速度控制感受，一般踏板力推薦小于27 N，行程推薦小于23 mm。

2.3 0.6g時(點B)的踏板力與位移

一般客戶使用最為頻繁的制動減速度在0.2g～0.6g之間，0.6g以后ABS即將生效，且此時客戶一般處于緊急制動狀態，對制動踏板感的品質感受明顯不如對危險的感知強烈，故一般企業把提高制動感關注區域放在0.6g以內。如圖4所示，設立0.6g(點B)這一特征點，對制動感的研究有特別意義，制動俯仰等一系列制動試驗也把點B作為特征工況考慮。一般推薦值小于80 N以內，踏板位移小于30 mm，也有企業在基礎制動標準里面給出了對兩者與減速度的比值推薦值。

2.4 踏板力線性指數

2.4.1 定義

指制動初始點(點A)到0.6g(點B)的制動區域內，制動踏板力相當于制動減速度的線性度指數。為滿足客戶在這一關注區域內的制動品質需求，該區間內的制動踏板力、踏板位移與減速度通常呈一定的線性關系。如圖3所示，對點A與點B之間數據使用最小二乘法進行擬合，可得擬合后減速度a：

a=c×Fx

其中：c為常數；F為擬合后踏板力；x為踏板力線性度指數。

2.4.2 數據處理方法

截取圖3中的線性區數據，用指數函數進行擬合，如圖4所示。因MATLAB無法處理非正數的冪函數擬合，所以處理時可以把數據段起點平移至(0，0)附近，如(0.001，0.001)。

2.5 最大制動減速度及最大制動減速度時制動力

這里的最大減速度是指ABS尚未介入或車輪出現抱死前所能獲得的最大制動減速度。此時的制動效率應最高，該減速度下的踏板力大小直接影響著人們對制動性能表現之安全感多少。推薦值是(245×amax+7/3)N，其中amax為最大減速度。

3 試驗數據比較和分析

如圖5—7所示：使用滿載脫擋制動踏板感客觀測量方法對1號車輛、2號車輛、3號車輛、4號車輛、5號車輛、6號車輛進行分析，其BFI結果如表2所示。

序號踏板感指數項單位通用推薦值試驗車型1號車輛2號車輛3號車輛4號車輛5號車輛6號車輛1踏板預載力N1327．017．024．528．321．220．42制動初始點踏板力N2729．917．228．630．324．124．83制動初始點踏板位移mm2343．939．228．113．3218．717．940．6g時踏板力N8073．1744．371．457．869．971．050．6g時踏板位移mm3071．064．759．137．742．455．86踏板力線性指數——0．790．530．820．640．930．707最大制動減速度m·s-2—0．921．050．970．870．921．088最大制動減速度時制動力N—114．2120．0112．887．5130．4144．6參考通用評分(僅統計失分)-4．59-4．61-1．67-1．20-0．34-1．20

結果分析：

(1)從踏板預載力看，2號車輛最輕，4號車輛最重，其他車型相差不是很大；

(2)從制動初始點(點A)踏板力看，2號車輛最輕，5號車輛與6號車輛相當且符合推薦值，3號車輛、4號車輛、1號車輛全部超過目標值；

(3)從點A踏板位移看，1號車輛最長，1號車輛、2號車輛、3號車輛均超過推薦值，4號車輛、5號車輛、6號車輛均符合推薦值，且4號車輛最短。說明1號車輛、2號車輛的制動效能生效形成較長；

(4)從0.6g(點B)踏板力看，所有車均符合推薦值，其中2號車輛最輕，4號車輛次之，其他車相差并不明顯；

(5)從點B位移看，1號車輛遠超推薦值，2號車輛次之，兩車行程均偏長，在中高強度制動時容易引起用戶制動信心不足，相比之下，5號車輛更接近推薦值；

(6)從踏板線性指數看，5號車輛非常出色，超過了0.93，3號車輛次之，也超過0.8。2號車輛、4號車輛較差，均在0.6以下，表現出來是兩者在制動線性區的前段制動效能建立較快，后期制動踏板力陡增但減速度增幅下降明顯，有制動發硬趨勢， 1號車輛、6號車輛相當；

(7)最大減速度因ABS介入不同不好作比較，但從圖6可以看出，2號車輛在最大減速度下制動力較輕。

綜上所述：2號車輛總體制動力偏輕，但行程又稍長，制動力的梯度建立線性度差。1號車輛總體制動力初段偏重，后段有所緩和，制動行程偏長，制動梯度建立線性度尚可。3號車輛因制動前期位移偏長，制動效能建立較慢，后期制動效能建立行程變短，因此緊急制動段區的制動效能會表現更好，線性指數較好。4號車輛踏板預載力偏大，因此制動效能建立初期腳感會偏重，但制動效能建立很快，制動踏板行程很短，中后期制動感明顯有拐點，會出現明顯制動發硬感，總體線性度較差。6號車輛總體平均，但制動后期梯度略大導致線性度下降。5號車輛表現最為搶眼，線性度出色，使得駕駛者對制動力的掌控比較有底，綜合評價5號車輛為最優。綜合排名可得：(1)5號車輛；(2)6號車輛；(3)4號車輛；(4)3號車輛；(5)1號車輛；(6)2號車輛。

參考通用的客觀評分表，涉及踏板位移的項權重最大，因此制動行程偏長，1號車輛、2號車輛在這些項上失分嚴重，后續建議改善1號車輛、2號車輛車型的制動踏板位移。

4 總結

制動踏板感指標(BFI)把客戶一般感知到的評價項進行量化，避免了諸多主觀因素的干擾，所得結果能客觀真實地反映被測車型的制動系統性能，所得數據能既方便于橫向對比，又為設計與完善提供了方向性與具象性的指標，無論是正向開發或是逆向工程都有指導意義。

【1】方泳龍.制動理論與設計[M].北京：國防工業出版社，2005.

【2】EBLERT D G ,KAATZ R A.Objective Characterization of Vehicle Brake Feel[R],SAE940311.

【3】林志軒，高曉杰.制動踏板感覺研究現狀[J].農業裝備與車輛工程，2007(6):4-8.

Study on the Objective Measurement Method for the Vehicle Brake Feel

SHI Ruiling, PAN Jiawei, YUAN Shihai, LI Jiecheng

(Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 511434,China)

Through the objective test of vehicle brake feel, the differences between the two main test methods were analyzed. Through the objective test of the correlation index of the pedal, quantitative method was used to test, and the database was built to guide engineering design and provides basis for the user subjective feeling.

Brake feel; Objective test method; Quantization

2015-07-20

石瑞嶺(1980—)，學士，工程師，研究方向為汽車測試。E-mail：shiruiling@gaei.cn。