制動踏板感影響因素及量化控制

孫建濤，劉浪，崔洋，易東旭

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著中國經(jīng)濟和汽車行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)汽車銷量快速增長，2016年中國占世界汽車銷量的28%，銷量達到2 800多萬輛，中國已成為世界最大的汽車市場。同時，隨著汽車保有量的增加，中國的駕駛員數(shù)量也逐年增加，截止到2015年，我國機動車駕駛?cè)诉_到3.3億，其中汽車駕駛?cè)顺^2.8億。隨著駕駛?cè)笋{駛年限增加和駕駛?cè)藢ζ嚨纳疃攘私猓瑢囕v性能提出更高的要求，在滿足部件功能的情況下，對駕乘感受也越來越重視。制動系統(tǒng)作為駕駛過程中最頻繁操作的系統(tǒng)之一，在滿足功能和安全的前提下，主觀感受也同等重要。

良好的制動踏板感受是優(yōu)秀車輛的必要條件，是用戶滿意度的一個重要指標(biāo)，應(yīng)能滿足絕大多數(shù)駕駛員主觀感受的要求。制動踏板感受與客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成可實施的踏板感目標(biāo)。踏板感是多因素綜合影響的結(jié)果，且每個影響因素的貢獻度不同，又相互制約，因此研究踏板感的影響因素及其量化控制，是制動系統(tǒng)工程師面對的重要課題。

1 踏板感目標(biāo)

在傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)中，制動踏板通過杠桿機構(gòu)與真空助力器帶主缸總成相連，駕駛員在踩下制動踏板后，一方面，制動踏板克服機構(gòu)間隙，在真空助力器的作用下，推動主缸活塞運動，使管路油壓升高推動制動分泵并使得制動片和制動盤間產(chǎn)生制動力矩，進而在輪胎-路面的相互作用下形成對車輛運動方向相反的制動，最終使車輛減速或停止；另一方面，駕駛員通過踩踏制動踏板，根據(jù)反饋得到踏板力和踏板位移信號，進而獲得一定的制動踏板感受，再加上身體感受到車輛制動減速度、聽覺上的制動噪聲以及視覺上的車輛減速度等諸多因素，共同構(gòu)成了完整的制動感受。制動感受是車輛在制動情況下駕駛員身體感官上的綜合感受，由制動系統(tǒng)零部件以及制動系統(tǒng)與整車匹配所決定；而踏板感受則側(cè)重于制動踏板機構(gòu)給駕駛員右腳的反饋作用，通過踏板特性曲線，即踏板力-踏板位移曲線來描述。因此可以認(rèn)為制動踏板感受是制動感受的組成部分，好的制動踏板感受不一定會有好的制動感受(比如制動噪聲、制動抖動、制動距離過長等)，但是好的制動感受必須要求有好的踏板感受。

從上述有關(guān)制動踏板感受定義可以知道，踏板力與減速度關(guān)系曲線、踏板行程與減速度關(guān)系曲線是描述制動踏板感受的有效方法，因此定義這兩種關(guān)系曲線是研究踏板感受的基礎(chǔ)。國內(nèi)外一些主機廠在這一方面做了很多基礎(chǔ)性的研究和積累，提出了各自的踏板感受標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)對駕駛員踩踏制動踏板速度對比分析，認(rèn)為以100～150 N/s的踩踏速度進行試驗和仿真模擬，更能準(zhǔn)確反映一般使用工況下的踏板感受。

通過研究積累和對標(biāo)車踏板感客觀數(shù)據(jù)測試，結(jié)合主觀評價，得出較優(yōu)的制動踏板感目標(biāo)區(qū)域，如圖1和圖2所示。

踏板感被整車、懸架及制動系統(tǒng)等零部件共同影響，需要找出制動踏板感的影響因素，以便通過量化控制影響因素來滿足踏板感目標(biāo)。文中主要介紹制動系統(tǒng)相關(guān)的影響因素。

2 踏板感影響因素分析

對踏板力與減速度關(guān)系、踏板行程與減速度關(guān)系進行研究，通過整車參數(shù)和制動系統(tǒng)理論計算，結(jié)合對標(biāo)車主觀評價和經(jīng)驗參數(shù)進行分析，得出如下踏板感的影響因素。

制動踏板力主要與以下因素相關(guān)：

(1)制動踏板杠桿比；(2)真空助力器助力比；(3)制動主缸缸徑；(4)前、后卡鉗缸徑；(5)前、后制動盤有效半徑；(6)前、后摩擦片摩擦因數(shù)；(7)真空助力器真空度；(8)制動系統(tǒng)各零部件力傳遞效率。

制動踏板行程主要與以下因素相關(guān)：

(1)制動踏板杠桿比；(2)真空助力器空行程；(3)制動主缸缸徑；(4)前、后制動器盤片間隙；(5)前、后制動器卡鉗所需液量；(6)前、后摩擦片摩擦因數(shù)；(7)前、后軟管所需液量。

通過對以上影響因素分析，可以得出影響踏板力和踏板行程的主要共同影響因素：(1)制動踏板杠桿比；(2)制動主缸缸徑；(3)前、后卡鉗缸徑；(4)前、后制動盤有效半徑；(5)前、后摩擦片摩擦因數(shù)。

主要共同影響因素對踏板力和踏板行程的影響趨勢見表1。

表1 各主要影響因素對踏板力和踏板行程的影響趨勢

從表1可以看出，各影響因素對踏板感的影響結(jié)果不完全相同，且相互制約，因此，找出每個影響因素對踏板力和踏板行程的貢獻度非常重要。

3 踏板力和踏板行程影響因素貢獻度分析

踏板力和踏板行程的影響因素較多，若要模型準(zhǔn)確仿真，需要準(zhǔn)確知道各因素對仿真結(jié)果的影響量。因此引入貢獻度分析，即每個影響因素在自身參數(shù)發(fā)生變化的情況下，對結(jié)果的影響量。以下通過單因子法分析，即各影響因素增加5%，得到的結(jié)果分析對比如圖3—圖4所示(負(fù)值表示踏板力減小或踏板行程減小的趨勢變化)。

從圖3中可以看出，制動系統(tǒng)零部件所需液量與踏板力關(guān)聯(lián)度為0；從圖4中可以看出，主缸缸徑和制動踏板杠桿比對踏板行程影響較大，系統(tǒng)中各因素均對踏板行程有影響。

以下為各影響因素貢獻度排序(按照從大到小的貢獻度排序)。

(1)踏板力：主缸缸徑；車質(zhì)量；輪胎滾動半徑；后摩擦因數(shù)，后盤有效半徑；后卡鉗缸徑；前摩擦因數(shù)，前盤有效半徑；助力器助力比；踏板杠桿比；前卡鉗缸徑。

(2)踏板行程：踏板杠桿比；前卡鉗所需液量；車質(zhì)量；輪胎滾動半徑；后卡鉗所需液量；主缸所需液量；制動軟管長度，制動軟管所需液量；制動軟管長度，制動軟管所需液量；ABS所需液量；助力器助力比；質(zhì)心高度；后卡鉗缸徑；后摩擦因數(shù)，后盤有效半徑；前卡鉗缸徑；前摩擦因數(shù)，前盤有效半徑；主缸缸徑。

結(jié)合某款B級高檔轎車的制動系統(tǒng)匹配，根據(jù)影響因素及影響因素的貢獻度，得出制動系統(tǒng)的不同方案，并尋求滿足踏板感目標(biāo)的最優(yōu)組合。其中，整車參數(shù)如表2所示，制動系統(tǒng)參數(shù)如表3所示。

表2 整車參數(shù)

表3 制動系統(tǒng)參數(shù)

通過制動系統(tǒng)仿真軟件，對各方案進行分析，結(jié)合制動系統(tǒng)踏板感目標(biāo)，得出結(jié)果如圖5—圖6所示。

各方案對比結(jié)果如表4所示。

表4 各方案對比

從以上對比方案分析：目前方案踏板行程偏長，不滿足目標(biāo)要求；方案A和方案C有提升；方案B有效平衡踏板力和踏板行程，方案最優(yōu)。

通過對影響因素貢獻度的分析，可以讓制動系統(tǒng)工程師對各因素的影響量進行量化，從而更好地指導(dǎo)制動系統(tǒng)匹配設(shè)計工作。

4 結(jié)束語

制動工況為車輛使用最頻繁的工況之一，直接體現(xiàn)客戶感受，間接體現(xiàn)車輛品質(zhì)。具有良好的制動踏板感，駕駛員能輕松控制車輛減速或停止，所以較優(yōu)的制動踏板感也是各主機廠的一致追求。通過對影響踏板感的各因素分析并進行排序，為制動工程師找到踏板感的主要影響因素，從而對關(guān)鍵因素進行控制，使車輛容易達到較優(yōu)的制動踏板感。