某車型制動(dòng)踏板感覺設(shè)計(jì)優(yōu)化

韓厚祿

觀致汽車有限公司 上海 215537

制動(dòng)踏板感覺是整車技術(shù)規(guī)范VTS（Vehicle Technical Specification）制動(dòng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，反映了駕駛?cè)嗽谲囕v行駛及動(dòng)態(tài)制動(dòng)時(shí)與車輛之間的人車交互，影響到駕駛員對(duì)車輛動(dòng)態(tài)行駛品質(zhì)的直觀評(píng)價(jià)。

這就要求在新車型新項(xiàng)目開發(fā)的前期，結(jié)合競(jìng)品車制動(dòng)性能的對(duì)標(biāo)結(jié)果及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定好新車型新項(xiàng)目的開發(fā)目標(biāo)，包括制動(dòng)踏板感覺等。基于設(shè)定的開發(fā)目標(biāo)進(jìn)行初步的制動(dòng)系統(tǒng)的匹配選型，制作騾子車，進(jìn)行性能目標(biāo)的初步摸底確認(rèn)。結(jié)合騾子車的實(shí)車摸底驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的零部件參數(shù)進(jìn)行修正、調(diào)整，通過對(duì)騾子車及后續(xù)多輪性能開發(fā)樣車的反復(fù)優(yōu)化及驗(yàn)證，最終確保開發(fā)車型的性能達(dá)到開發(fā)目標(biāo)。

制動(dòng)踏板感覺及影響因素

1.制動(dòng)踏板感覺簡(jiǎn)介

制動(dòng)踏板感覺是駕駛?cè)嗽谲囕v的制動(dòng)工況下，身體感官接收到的主觀綜合感受。其中，駕駛員在制動(dòng)時(shí)踩踏制動(dòng)踏板，接收到的踏板力及踏板位移的回饋感受比較重要。該特性由制動(dòng)系統(tǒng)及零部件的匹配選型所決定。

通常情況下，通過研究踏板力F與制動(dòng)減速度G的特性關(guān)系曲線（以下簡(jiǎn)稱F-G曲線）、踏板行程S與制動(dòng)減速度G的特性關(guān)系曲線（以下簡(jiǎn)稱S-G曲線）來(lái)表達(dá)和評(píng)價(jià)制動(dòng)踏板感覺的優(yōu)劣。基于理論選型計(jì)算，結(jié)合各個(gè)零部件的參數(shù)，調(diào)整F-G曲線和S-G曲線的變化，從而對(duì)制動(dòng)踏板感覺進(jìn)行改善和優(yōu)化。

具體的F-G、S-G特性關(guān)系曲線如圖1所示。考慮到制動(dòng)踏板感覺的理論計(jì)算誤差、整車試驗(yàn)測(cè)量誤差、零部件加工誤差以及駕乘的主觀性等諸多因素，對(duì)制動(dòng)踏板感覺曲線定義一個(gè)上下限值范圍。

2.影響因素

一般情況下，基于整車質(zhì)量、前后軸荷及質(zhì)心高度等參數(shù)，按照制動(dòng)系統(tǒng)匹配選型計(jì)算的理論公式，結(jié)合國(guó)內(nèi)外法規(guī)要求及各大主機(jī)廠內(nèi)部企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及競(jìng)品車型的實(shí)車對(duì)標(biāo)結(jié)果，來(lái)進(jìn)行初步的制動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算校核及選型匹配。通過后期多輪的調(diào)整，改變各選型參數(shù)，進(jìn)行結(jié)果的對(duì)比，制定出期望的制動(dòng)踏板感覺的技術(shù)方案。根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及零部件，分析其影響因素。

制動(dòng)踏板力與制動(dòng)減速度F-G特性，主要與制動(dòng)踏板的杠桿比、踏板回位彈簧剛性、制動(dòng)主缸的缸徑、真空助力器的助力比、跳增特性、前后制動(dòng)卡鉗的輪缸缸徑、前后制動(dòng)盤的有效半徑、前后摩擦片的名義摩擦系數(shù)及各零部件的效率系數(shù)等強(qiáng)相關(guān)。

其中，真空助力器是影響制動(dòng)踏板感覺F-G性能曲線的關(guān)鍵零部件外形及其性能特性曲線如圖2所示。

圖2 真空助力器總成及特性曲線

通常情況下，變更真空助力器的助力比（Booster ratio），可以調(diào)整在助力器拐點(diǎn)（Knee point）之前區(qū)間段內(nèi)相同制動(dòng)減速度下的踏板力，優(yōu)化踏板感覺。但助力比變更時(shí)，帶來(lái)的影響是助力器的拐點(diǎn)會(huì)隨之變更，將影響拐點(diǎn)后段區(qū)間的踏板力，因此在優(yōu)化踏板感覺時(shí)需要綜合考慮。另外，變更真空助力器的始動(dòng)力（Cut in），提高跳增值（Jump in），可以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，可以優(yōu)化并調(diào)整制動(dòng)初期的踏板力，從而優(yōu)化制動(dòng)踏板感覺。

制動(dòng)踏板行程S與制動(dòng)減速度G特性中，踏板行程S主要包括前段的空行程及后段的減速度起作用時(shí)的行程兩部分組成，這兩部分的表現(xiàn)都影響駕駛?cè)藢?duì)踏板行程的主觀感受。

制動(dòng)踏板前段空行程主要與制動(dòng)踏板與助力器推桿之間的尺寸間隙、助力器內(nèi)部的空行程、制動(dòng)主缸的活塞空行程、前后制動(dòng)卡鉗的制動(dòng)盤與摩擦片之間的盤片間隙、制動(dòng)卡鉗的活塞空行程等有關(guān)。制動(dòng)踏板后段行程主要與制動(dòng)踏板的杠桿比、前圍板的變形量、制動(dòng)主缸的活塞行程、ABS執(zhí)行器的需液量特性、前后制動(dòng)軟管的油壓P-需液量V特性、前后制動(dòng)卡鉗的需液量特性、前后卡鉗的鉗體及支架剛性、摩擦片的壓縮率及消聲片的變形量等強(qiáng)相關(guān)。其中關(guān)鍵的制動(dòng)卡鉗需液量及其P-V特性曲線如圖3所示。

圖3 制動(dòng)卡鉗及油壓P-需液量V特性曲線

綜合前文所述，對(duì)于影響制動(dòng)踏板感覺的參數(shù)，整理匯總見表1。

表1 制動(dòng)踏板感覺影響參數(shù)

VTS制動(dòng)踏板感覺目標(biāo)設(shè)定

以公司當(dāng)前底盤V字形正向開發(fā)流程為例，在新車型開發(fā)時(shí)，一般通過對(duì)大量的競(jìng)品車進(jìn)行制動(dòng)踏板感覺的對(duì)標(biāo)分析，同時(shí)結(jié)合開發(fā)車型的市場(chǎng)定位、目標(biāo)成本等諸多因素，從而制定出開發(fā)車型的整車VTS制動(dòng)踏板感覺的目標(biāo)范圍。

經(jīng)過分析，定義車輛在半載狀態(tài)下，制動(dòng)減速度為（0.3～0.6）g，客觀實(shí)測(cè)的F-G性能曲線、S-G性能曲線必須在規(guī)定的上下限值范圍內(nèi)，作為新車型開發(fā)的整車VTS制動(dòng)踏板感覺的目標(biāo)。其余區(qū)域參考競(jìng)品車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，競(jìng)品車實(shí)測(cè)結(jié)果如圖1所示，制動(dòng)踏板感覺的VTS要求范圍見表2。

表2 VTS制動(dòng)踏板感覺目標(biāo)范圍

優(yōu)化分析

以某新開發(fā)車型項(xiàng)目為例，該車型的整車質(zhì)量、軸荷等整車參數(shù)的設(shè)計(jì)輸入見表3。

表3 整車參數(shù)

該車制動(dòng)系統(tǒng)的布置方案如圖4所示。整車制動(dòng)管路的布置形式為X形液壓系統(tǒng)回路，搭載浮動(dòng)式單缸前制動(dòng)卡鉗通風(fēng)式前制動(dòng)盤，后卡鉗采用浮動(dòng)式單缸EPB電子卡鉗及實(shí)心式后制動(dòng)盤。搭載匹配10inch真空助力器，同時(shí)搭載電子真空泵作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助真空源。節(jié)氣門制動(dòng)踏板總成采用模塊化布置，其中制動(dòng)踏板為固定式杠桿比結(jié)構(gòu)形式。

圖4 某車型制動(dòng)系統(tǒng)零部件布置

該車型基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)零部件的式樣及參數(shù)見表4。

表4 某車型制動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)選型及優(yōu)化

（續(xù)）

該車型在開發(fā)過程中，試驗(yàn)評(píng)價(jià)人員在對(duì)騾子車進(jìn)行整車VTS的制動(dòng)性能主觀及客觀評(píng)價(jià)時(shí)，反饋有制動(dòng)踏板感覺項(xiàng)目中剎車偏軟的問題，主要表現(xiàn)為：制動(dòng)踏板的行程偏長(zhǎng)，制動(dòng)初期踏板感覺較軟。實(shí)車測(cè)試的踏板感覺特性曲線如圖5所示，具體參數(shù)值見表5。

從圖5及表5可以看出，雖然原車的F-G、S-G性能曲線的測(cè)試結(jié)果在VTS制動(dòng)踏板感覺的要求范圍內(nèi)，但在0.3g制動(dòng)減速度時(shí)，踏板行程為33.8mm，偏向下限。在0.6g制動(dòng)減速度時(shí)，踏板行程為43.8mm，也偏向下限。該客觀數(shù)據(jù)與實(shí)車主觀評(píng)價(jià)時(shí)的踏板行程偏長(zhǎng)的感受是一致的。

考慮到制動(dòng)系統(tǒng)的零部件開發(fā)周期、成本及周邊環(huán)境件布置限制等諸多因素，優(yōu)化方案重點(diǎn)考慮從縮短踏板行程、伴隨著微調(diào)制動(dòng)踏板力方面入手，進(jìn)而優(yōu)化改善制動(dòng)踏板感覺。

結(jié)合表1所述的各個(gè)零部件參數(shù)對(duì)踏板感覺F-G、S-G曲線的影響因素，在前后制動(dòng)卡鉗及制動(dòng)盤搭載、電子真空泵搭載、制動(dòng)管路布置方案等不變的前提下，基于制動(dòng)系統(tǒng)的理論計(jì)算校核，分別制定了兩項(xiàng)優(yōu)化方案（見表5）。

優(yōu)化方案1的重點(diǎn)為變更真空助力器參數(shù)，將制動(dòng)主缸的缸徑從23.81mm加大到25.4mm，減小制動(dòng)踏板行程；將真空助力器的助力比從5.5N加大到8N，提升F-G性能表現(xiàn)。同步調(diào)整跳增值從2.9MPa更改到3.5MPa，將始動(dòng)力從80N提高到90N，改變初期制動(dòng)踏板偏軟的表現(xiàn)。真空助力器的助力比變更后，拐點(diǎn)輸入力從570N變更為430N，則相應(yīng)的助力器拐點(diǎn)后的踏板力輸入可以隨之降低。

優(yōu)化方案2為在方案1變更真空助力器參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步變更制動(dòng)踏板，將制動(dòng)踏板的杠桿比從3.4減小到3.1，進(jìn)一步縮短制動(dòng)踏板的行程。但制動(dòng)踏板的杠桿比減小的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致踏板力F將增大，有超過F-G曲線下限而導(dǎo)致不能滿足VTS要求的風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)化方案1和方案2以及騾子車現(xiàn)狀的理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比如圖6所示。

圖6 Mule車現(xiàn)狀及優(yōu)化方案的理論計(jì)算結(jié)果

制定優(yōu)化方案后，隨后制作真空助力器及制動(dòng)踏板的樣件，換裝到原車上進(jìn)行主觀和客觀的對(duì)比評(píng)價(jià)。

結(jié)合客觀對(duì)比測(cè)試驗(yàn)證以及主觀性能評(píng)價(jià)，得出的評(píng)價(jià)結(jié)論為：

1）采用優(yōu)化方案1時(shí)，整車的制動(dòng)踏板感覺良好，其中踩踏踏板的力度比較舒適，相比初始的騾子車，在主觀感覺上也沒有顯著變重的感覺。制動(dòng)踏板的踏板行程長(zhǎng)短有改善，踩踏踏板時(shí)車輛的制動(dòng)響應(yīng)迅速，給人感覺信心較強(qiáng)。踏板力和踏板行程的整體表現(xiàn)比較均衡，效果相比騾子車有較大改善。

2）采用優(yōu)化方案2時(shí)，雖然踏板行程有大幅縮短，但是初期的踏板反饋和踏板力變差，同時(shí)由于變更踏板比時(shí)，踏板樣件的踏面位置略微做了一定的調(diào)整，踏板踩踏面的人機(jī)界面主觀感受的表現(xiàn)不佳。

通過綜合考慮，最終決定采用優(yōu)化方案1的參數(shù)作為該開發(fā)車型的基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)匹配選型的凍結(jié)方案。

結(jié)語(yǔ)

制動(dòng)踏板感覺是整車VTS制動(dòng)性能的重要組成部分，體現(xiàn)了車輛動(dòng)態(tài)行駛時(shí)的駕駛品質(zhì)及行車安全，直接影響駕駛員的主觀感受及制動(dòng)信心。本文結(jié)合新車型項(xiàng)目開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，分析了影響制動(dòng)踏板感覺的因素，提出了一些優(yōu)化、改善制動(dòng)踏板感覺的方案，經(jīng)過實(shí)車搭載驗(yàn)證后，制動(dòng)踏板感覺有明顯的提升。這些設(shè)計(jì)優(yōu)化方案建立在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，為制動(dòng)踏板感優(yōu)化提供了一些參考，可以用于指導(dǎo)基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)，特別是新開發(fā)車型時(shí)的目標(biāo)設(shè)定、現(xiàn)有車型的踏板感問題優(yōu)化等，具有一定的指導(dǎo)意義。