任國新

(一汽-大眾汽車有限公司，吉林長春 131300)

0 引言

隨著汽車越來越普及，用戶在關(guān)注車輛安全性的同時(shí)對于車輛的舒適性要求也越來越高。制動(dòng)性能是車輛的主要性能之一[1]。在車輛所有系統(tǒng)當(dāng)中，制動(dòng)有著最高的優(yōu)先級(jí)。根據(jù)JD-Power的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)感覺的抱怨越來越成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，如剎車軟、剎車硬、剎不住、剎車不靈等。駕駛員與車輛作為一個(gè)有機(jī)整體，如何做到車輛的表現(xiàn)符合駕駛?cè)藛T的預(yù)期？制動(dòng)踏板作為對車輛制動(dòng)的輸入機(jī)構(gòu)，是連接駕駛員與車輛的橋梁，制動(dòng)踏板感覺則是人們評(píng)價(jià)車輛制動(dòng)性能以及感覺如何的主要信息來源[2]。

需要對制動(dòng)踏板感覺如何評(píng)價(jià)以及如何應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)中進(jìn)行研究。這就要求在開發(fā)新車型的前期，充分考慮不同用戶的駕駛習(xí)慣，設(shè)定好相應(yīng)的開發(fā)目標(biāo)，這些目標(biāo)包括踏板力與減速度關(guān)系、踏板行程與減速度關(guān)系、踏板力與行程的關(guān)系等，并結(jié)合企業(yè)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行客觀測試以及相應(yīng)的主觀評(píng)價(jià)。

1 制動(dòng)感覺、制動(dòng)踏板感覺定義以及評(píng)價(jià)方法

1.1 制動(dòng)感覺以及制動(dòng)踏板感覺的定義

傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，在真空助力器的助力下，推動(dòng)制動(dòng)主缸活塞運(yùn)動(dòng)，管路油壓通過制動(dòng)管路傳遞到制動(dòng)輪缸，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，并通過輪胎與路面的摩擦形成制動(dòng)力，使得車輛減速到最終停止[3-4]。在制動(dòng)過程中，通過制動(dòng)踏板的反饋，駕駛員的腳會(huì)得到相應(yīng)感受，主要是踏板力和位移的感受，綜合身體感知到的減速度，以及駕駛員的心里預(yù)期等諸多因素，形成了完整的制動(dòng)感覺。制動(dòng)感覺是一個(gè)復(fù)雜的由制動(dòng)系統(tǒng)的性能以及駕駛員的感受綜合決定的，是一個(gè)綜合的主觀上的感覺。而制動(dòng)踏板感覺則是制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)給駕駛員的反饋，可以通過減速度-踏板力曲線和減速度-踏板行程曲線、踏板力與踏板行程、踏板行程與管路壓力、踏板力與管路壓力等進(jìn)行客觀的測試，也可以通過一定的主觀感受來評(píng)價(jià)。

1.2 制動(dòng)踏板感覺的評(píng)價(jià)方法

制動(dòng)感覺主要由制動(dòng)踏板感覺加之駕駛員的心理綜合預(yù)期等因素決定，而制動(dòng)踏板感覺可以通過一定的客觀測試來進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)。文中通過具體的案例，通過調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)零部件的參數(shù)達(dá)到優(yōu)化制動(dòng)系統(tǒng)的性能，解決相應(yīng)的制動(dòng)感覺抱怨。制動(dòng)踏板感覺的評(píng)價(jià)指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：(1)制動(dòng)效果：在一定車速下以一定的踏板速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動(dòng)。評(píng)價(jià)踏板力與制動(dòng)減速度、踏板行程與制動(dòng)減速度能否達(dá)到預(yù)期，制動(dòng)效果是否可以提供駕駛員足夠的信心；(2)制動(dòng)響應(yīng)：在一定車速下以一定的踏板行進(jìn)速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動(dòng)。評(píng)價(jià)制動(dòng)響應(yīng)包括制動(dòng)系統(tǒng)空行程、制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間等是否符合要求，以及制動(dòng)表現(xiàn)是否可以提供駕駛員足夠的信心；(3)制動(dòng)線性：在一定車速下以一定的踏板速度進(jìn)行相應(yīng)的直線制動(dòng)。評(píng)價(jià)踏板力、踏板行程及制動(dòng)減速度三者之間的線性度是否符合要求；(4)壓力序列：在規(guī)定的車速下以一定的恒定的制動(dòng)壓力進(jìn)行直線制動(dòng)，評(píng)價(jià)制動(dòng)減速度的變化。文中推薦的測試車速為100 km/h，踏板的行進(jìn)速度為20 mm/s。壓力序列測試的推薦車速為60 km/h，制動(dòng)壓力從1 MPa開始，每1 MPa向上遞加直至ABS觸發(fā)前。

2 制動(dòng)踏板感覺影響因素的理論分析

2.1 踏板力與減速度關(guān)系以及影響因素

制動(dòng)踏板力與減速度關(guān)系主要影響因素：(1)制動(dòng)踏板杠桿比。其大小決定了制動(dòng)踏板力的大小，杠桿比大，產(chǎn)生相同的減速度所需要的踏板力?。?2)真空助力器助力比。其大小決定了真空助力器的助力大小，助力比越大，產(chǎn)生相同減速度所需要的踏板力??；(3)制動(dòng)系統(tǒng)的始動(dòng)力。始動(dòng)力越小，產(chǎn)生相同減速度所需的踏板力越小；(4)助力器的增跳值。其值越大，在踩制動(dòng)踏板的初始階段所產(chǎn)生的減速度越大；(5)制動(dòng)主缸的缸徑。缸徑越大，產(chǎn)生相同減速度所需要的踏板力越大；(6)發(fā)動(dòng)機(jī)抽真空能力。抽真空能力越好，說明助力器所能產(chǎn)生的真空度越高，所需要的踏板力就越小；(7)摩擦片摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)越高，產(chǎn)生相同制動(dòng)減速度所需要的踏板力越小[5]。

2.2 踏板行程與減速度的關(guān)系以及影響因素

踏板行程主要由初始階段制動(dòng)系統(tǒng)的空行程和制動(dòng)系統(tǒng)有液壓輸出后的踏板行程兩部分組成，兩部分表現(xiàn)都影響制動(dòng)踏板行程。制動(dòng)踏板空行程的主要影響因素：(1)制動(dòng)踏板安裝間隙[6]；(2)真空助力器總成的空行程；(3)制動(dòng)器空行程[7]；(4)制動(dòng)系統(tǒng)的排氣情況。

制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生液壓后制動(dòng)踏板行程的主要影響要素：(1)制動(dòng)主缸缸徑。制動(dòng)主缸缸徑越大，產(chǎn)生相同減速度，制動(dòng)踏板行程越短；(2)輪邊制動(dòng)器所需液量。所需液量越大，產(chǎn)生相同制動(dòng)減速度，制動(dòng)踏板行程越長；(3)制動(dòng)管路(軟管、硬管)膨脹量；(4)零部件的變形量(包括制動(dòng)踏板、前圍板，助力器、制動(dòng)器變形量、摩擦片壓縮性等)；(5)摩擦片的摩擦因數(shù)。摩擦因數(shù)越高，產(chǎn)生相同制動(dòng)減速所需要的制動(dòng)踏板行程越短。

3 實(shí)際案例分析

3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

針對當(dāng)前市場上的某型轎車市場反映的制動(dòng)踏板感覺抱怨，具體表現(xiàn)為剎不住車和剎車反應(yīng)不靈敏，可以總結(jié)歸納為制動(dòng)效能差、制動(dòng)遲滯，對此進(jìn)行了相應(yīng)的測試及分析。表1是該車制動(dòng)系統(tǒng)主要零部件的相關(guān)信息。

表1 數(shù)值批量狀態(tài)制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件信息

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試之前還需要確保試驗(yàn)車輛狀態(tài)檢查，具體包含以下幾個(gè)方面：(1)整車狀態(tài)包括測試設(shè)備的檢查。確認(rèn)整車發(fā)動(dòng)機(jī)軟件為最新狀態(tài)，轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)零部件狀態(tài)合格，傳感器標(biāo)定等。測試設(shè)備安裝如圖1所示；(2)制動(dòng)系統(tǒng)排氣。在車輛準(zhǔn)備完成后還需要評(píng)估車輛的排氣情況是否合格；(3)在測試之前需要進(jìn)行充分有效的制動(dòng)磨合，保證制動(dòng)盤和摩擦片可以充分接觸，產(chǎn)生最大的制動(dòng)效能，制動(dòng)磨合流程可以參考表2。

圖1 測試設(shè)備安裝

表2 制動(dòng)磨合推薦流程

在測試過程中還應(yīng)注意以下幾個(gè)事項(xiàng)：(1)在測試過程中要時(shí)刻檢測制動(dòng)盤的溫度變化，要求小于100 ℃，防止熱衰退，影響制動(dòng)效能。(2)為了測試制動(dòng)系統(tǒng)本身的制動(dòng)效果，建議測試時(shí)掛空擋進(jìn)行。(3)為了保證最大的制動(dòng)效能，測試時(shí)建議不開任何消耗真空度的負(fù)載，如收音機(jī)、空調(diào)等。

3.2 動(dòng)態(tài)測試結(jié)果分析

動(dòng)態(tài)測試結(jié)果如圖2所示。從圖2第一象限踏板力與制動(dòng)減速度關(guān)系曲線可以看出：(1)踏板力與減速度的關(guān)系曲線斜率較低，即產(chǎn)生一定的制動(dòng)減速度所需要的踏板力大?？赡艽嬷ζ髦Ρ刃　⒛Σ疗Σ烈驍?shù)低、制動(dòng)主缸缸徑大以及踏板杠桿比小的影響。考慮到優(yōu)化的可操作性以及經(jīng)濟(jì)性，比較可行的辦法是增大助力器助力比以及更換摩擦片配方，提高摩擦因數(shù)。(2)減速度在初始階段的增跳值不明顯。查詢此車所使用的助力器參數(shù)，可以得出一個(gè)結(jié)論，選用的助力器的增跳值偏小，并對制動(dòng)踏板感覺產(chǎn)生了影響。從第四象限中可以看出：對應(yīng)曲線斜率較低，即產(chǎn)生相同制動(dòng)減速度所需要的制動(dòng)管路壓力較大，制動(dòng)器制動(dòng)效能較差，可能存在摩擦半徑較小、摩擦片摩擦因數(shù)低、制動(dòng)器小的因素?？紤]到優(yōu)化的可操作性以及經(jīng)濟(jì)性，比較可行的方案是更換摩擦片的配方，提高擦片摩擦因數(shù)。

圖2 動(dòng)態(tài)測試曲線

4 解決方案的提出及驗(yàn)證

綜上分析，提出了優(yōu)化真空助力器及制動(dòng)器的措施。(1)增大助力器的助力比和增跳值。(2)更換摩擦片的配方，提高摩擦因數(shù)。組合多種參數(shù)的方案并進(jìn)行測試，方案定義如表3所描述，具體測試結(jié)果如圖3所示。

表3 多種優(yōu)化方案系統(tǒng)參數(shù)

圖3 多種制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)測試結(jié)果

圖3為第一象限踏板力與減速度關(guān)系曲線,由圖可知，提高真空助力器的增跳值對于駕駛員制動(dòng)踏板的初始階段的制動(dòng)減速度有明顯提升，但是1.9 MPa有些過高，制動(dòng)時(shí)會(huì)給駕駛員產(chǎn)生頓挫的制動(dòng)感覺，選取1.5 MPa是比較合理的；提高真空助力器的助力比會(huì)導(dǎo)致真空助力器的最大助力點(diǎn)下降，由于此車裝配的助力器助力拐點(diǎn)不高，繼續(xù)降低拐點(diǎn)對于整車的制動(dòng)安全有一定影響[9]；通過提高摩擦因數(shù)可以很好地解決第一象限中減速度偏低的問題，同時(shí)解決第四象限制動(dòng)壓力與減速度關(guān)系曲線中減速度過低的問題。

通過多種方案的對比，最終確定了采用優(yōu)化方案一(圖3中黑色實(shí)線曲線)，與原方案對比踏板感覺有明顯改善。優(yōu)化后的方案很好地解決了制動(dòng)遲滯以及制動(dòng)不靈敏的抱怨。壓力序列對比試驗(yàn)如圖4所示。從壓力序列的對比測試結(jié)果可以很明顯地看到制動(dòng)效能有較大改善，即在相同的制動(dòng)壓力情況下，減速度有了明顯的提升。

圖4 壓力序列測試對比

制動(dòng)踏板感覺的動(dòng)態(tài)測試以后，按照主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對優(yōu)化前后的車輛進(jìn)行了主觀的評(píng)價(jià)[10]，主觀評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)見表4。表中沒有加粗的字體表示優(yōu)化前打分結(jié)果，加粗字體表示優(yōu)化后方案的打分結(jié)果。主觀評(píng)價(jià)認(rèn)為優(yōu)化措施有效，與客觀測試結(jié)果相符，可以有效地解決售后市場抱怨。

表4 主觀評(píng)價(jià)表

5 結(jié)束語

文中簡要說明了制動(dòng)踏板感覺的定義、評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法。并結(jié)合具體的實(shí)例，分析了被抱怨車輛改進(jìn)以及優(yōu)化的方向，并通過對比測試確定最佳的優(yōu)化方案，對于后續(xù)工作的開展以及分析解決市場上類似的相關(guān)制動(dòng)感覺方面的抱怨有一定的指導(dǎo)作用。