制動感覺指數在高原制動試驗中的應用

潘佳煒董曉丹

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院；2.廣東省民政職業技術學校）

在高海拔地區，因氧含量下降，大氣壓力降低，發動機為彌補吸氣效率和壓力差等因素可能帶來的動力性下降，一般會增大節氣門開度，但這樣真空助力器會出現真空度獲取不足的問題[1]。給駕駛者帶來最直觀的感受就是“制動發硬”及“剎不住”等制動踏板感問題，繼而存在安全隱患。車企可通過增加電子輔助真空泵解決上述問題，但是該措施實施之前需獲取客觀的、可量化且與用戶主觀評價相一致的指標以平衡成本與性能。試驗證明，制動感覺指數（BFI）評價體系能快速有效地獲得相關客觀指標，為輔助真空泵的標定優化提供了依據[2]。

1 制動感覺指數（BFI）體系介紹

BFI是對用戶組實施制動的過程中腳踩踏板感覺以及對汽車減速度感知程度的綜合評價指數。目前使用最多的8項指標為：踏板感指數項、踏板預載力、制動初始點踏板力、制動初始點踏板位移、0.5 g標準化后的踏板力、0.5 g標準化后的踏板位移、踏板力線性指數、最大制動減速度及最大制動減速度時制動力[3]。

1.1 踏板預載力

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，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，并定義為踏板力對踏板行程單二階微分≥6 mm/N2時對應的踏板力，即目前所說的“自由行程”即將結束時的踏板力。

1.2 制動初始點踏板力及踏板位移

如圖1所示，減速度等于制動前汽車滑行減速度加0.05 g的數據點。汽車實施制動前，本身處于滑行狀態，此時有一個減速度，稱為滑行減速度，其大小跟汽車滾阻和風阻等參數有關，一般車速為100 km/h時的滑行減速度在0.02 g～0.05 g。文獻[3-5]中的統計表明，一般駕駛員在減速度超過滑行減速度0.05 g后才感覺汽車“開始”減速。因此制動初始點制動力和位移表達了駕駛員對汽車“即將開始”減速時的控制感受。

1.3 0.5 g標準化后的踏板力及踏板位移

如圖1所示，減速度等于制動初始點后0.5 g的數據點。因為制動初始點一般在0.05 g～0.08 g，故0.5 g標準化后在0.6 g左右。一般認為，駕駛員使用最為頻繁的制動減速度在0.2 g～0.6 g，0.6 g以后ABS即將生效，且此時駕駛員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0.6 g以內。

1.4 踏板力線性指數

如圖1所示，踏板力線性指數指制動初始點到0.5 g標準化后的制動區域內，制動踏板力相當于制動減速度的線性度指數。如1.3節所描述，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。對該線性區間數據使用最小二乘法進行擬合，可得“擬合后減速度=常數×擬合后踏板力exp”，其中exp定義為踏板力線性度指數。

1.5 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，該加速度下的踏板力為最大制動減速度時制動力，其大小直接影響著人們對制動性能表現的安全感。

2 高原制動感覺試驗工況的選擇

2.1 車速選擇

對多款車型以20～100 km/h的初速度分別進行了7次制動踏板感試驗。結果顯示，同款車型制動感關系曲線在0.6 g前重合度良好，0.6 g以后差異才逐漸顯現，全程減速度-位移關系曲線相差很小。考慮到即使以相同初速度進行制動感覺試驗，多組關系曲線仍然呈現一定幅度的離散，這是試驗固有誤差所致，因此可認為高原制動初速度對試驗影響程度可以接受。抽取一款車型初始車速對制動感影響的結果，如圖2所示。

考慮到試驗山路所在特征海拔點處不一定能找到連續平整的長直線道，而且彎路較多，運輸車流量大，經多年試驗考察，車速在60～70 km/h基本能兼顧試驗安全與試驗質量，可操作性較強。

2.2 踏板踩踏速率的選擇

動態制動踏板感測量中的踏板踩踏速率設定為100～150 N/s，該速率區間經多項目車型驗證表明能有效完成制動過程且保證減速度能順利達到抱死或ABS系統介入，同時能有效避免液壓系統阻尼對踏板力的影響，可操作性較強。

2.3 影響真空度的工況選擇

高原制動踏板感的試驗本質上是對真空泵產生并維持真空度能力的測試，影響真空度的主要因素有4個方面。

1）海拔。作為影響到真空助力器性能的直接因素，高原制動試驗需要在各特征海拔點進行，一般從1 000 m起每隔1 000 m的特征海拔點進行驗證。

2）電氣負荷。電氣負荷的開啟因影響發動機的輸出功率繼而影響到真空度，因此需在各特征海拔點下進行最大電氣負荷與最小電氣負荷下的制動評價。

3）電子輔助真空泵。帶電子真空泵的車型需在接入/斷開2種工況下進行對比測試。

4）發動機負荷。包括擋位及整車配重，兩者均會影響發動機功率從而干擾真空助力器的真空度獲取。

上述因素是主要但非全部因素，在實際試驗操作中可能會對上述因素做單獨驗證或復合驗證。

3 實例應用及分析

圖3示出某車型在格爾木-昆侖山口進行高原試驗中踏板感客觀數據的測量結果，經比較分析，該車型在海拔3 000 m以下電氣負荷對制動感影響并不明顯，為方便對比，海拔3 000 m及以下的2種工況數據均選取了最小電氣負荷的數據。

同時，隨著海拔升高該車型制動減速度與制動踏板力的關系曲線在0.6 g以前變化不是很明顯，0.7 g（接近ABS作動）時汽車進入緊急制動的制動力也在100 N以下。但海拔越高，0.6 g后的曲線斜率越來越低，表示大減速下的制動發硬現象將隨著海拔升高而變得越來越明顯。同時4 000 m海拔上最大電氣負荷曲線較最小電氣負荷曲線在0.7 g后斜率小很多，踏板力在0.7 g后變大明顯。從0.7 g到0.8 g的踏板力跨度超過40 N，表示該海拔下開啟最大電氣負荷會存在制動嚴重發硬現象。

再對BFI選擇重要參數進行分析，不同海拔下高原制動BFI對比，如表1所示，隨著真空度上升，所有踏板力指標都會略微提高，但都很接近，因此該車型的制動感并不隨海拔變化有明顯不同。但踏板力線性指數隨著海拔升高而明顯下降。海拔4 000 m開啟最大電氣負荷后，最大制動減速度時制動力（ABS作動前）甚至高達300 N以上。結合圖5和表1對BFI進行分析，4 000 m海拔開啟最大電氣負荷后，0.6 g時的制動力變輕，且線性度有一定回升，疑為真空度下降到2 400 kPa后電子真空泵作動，彌補了真空度的不足所致。

表1 不同海拔下高原制動BFI對比表

4 結論

BFI把客戶一般感知到的評價項進行量化。把BFI引入高原制動試驗，使之作為主觀評價體系的補充，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，所得數據既能方便橫向對比，也為設計與完善提供了方向性與具象性的指標，無論是對正向開發或是逆向工程都有重大指導意義。