王 飛，王寶國

某車型制動踏板感性能改進及試驗驗證

王 飛，王寶國

（北京汽車集團越野車有限公司，北京 101300）

文章從客觀評價角度對制動踏板感的改進進行了闡述，針對某車型制動信心不足問題，對制動踏板感客觀數據結果與行業(yè)標準校核后，發(fā)現踏板感性能各指標普遍較差。后結合整改方案，通過對真空助力器、制動主缸等結構及參數的變更分析，制定對比驗證方案，以驗證制動系統(tǒng)優(yōu)化方案可行性，并給出試驗結論及建議。

制動踏板感；對比試驗；真空助力器；制動主缸

引言

制動性能是汽車性能中最重要的性能之一，在不斷優(yōu)化制動距離和制動減速度數值的基礎上，如何做到車輛的制動表現符合駕駛員的預期效果，是如今整車廠致力研究和主攻的方向。國內自主車企早期沒有涉及這方面，只是以滿足國標要求的制動距離、制動減速度、踏板力限值進行理論設計、校核、試驗驗證[1]。

隨著研發(fā)水平的不斷提高，制動踏板感，即“不同的制動方式下制動踏板力及踏板行程與車輛減速度之間的關系”，成為各大自主車企最為重視的車輛制動性能。對于制動踏板感方面的研究，是希望從定性的主觀評價，找到能夠對車輛性能定量描述的指標，從而以具體量化的指標結合理論計算研究車輛的制動感覺。

本文主要圍繞“量化的指標”項，從客觀評價角度對制動踏板感的改進進行了闡述。

1 問題描述

在某車型開發(fā)中期組織的試乘試駕活動中，收集到客戶對制動性能的反饋意見如下：低速制動，空行程偏長；中、高速制動，踏板力大，響應遲滯，制動信心不足等。結合以上信息，參照某行業(yè)標準對該車型制動踏板感客觀數據結果進行重新校核，校核結果見表1：

表1 某車型踏板感校核結果

評價指標 踏板初始力/N滿載0.3g踏板力/N滿載0.6g踏板力/N滿載1g踏板力/N 行業(yè)標準≤25×≤50×≤100√≤300× 試驗結果32.951.996.3495 評價指標 滿載0.3g踏板行程/mm滿載0.6g踏板行程/mm滿載0.6g液壓/MPa滿載助力器拐點g 行業(yè)標準≤38×≤53×≤6×≥0.8× 試驗結果41.858.56.2780.7

從表1中可發(fā)現該車型制動踏板感指標幾乎全不滿足該行業(yè)指標，且客觀數據反映出的問題與客戶反饋的主觀感覺結果基本一致：即制動初段空行程長；制動末段踏板力過大。故需要進行制動系統(tǒng)的改進以使踏板感性能得到優(yōu)化。根據專業(yè)部門對制動系統(tǒng)優(yōu)化可行性的分析與計算，制定了以優(yōu)化真空助力器參數；制動主缸結構、參數為主的實施方案，如表2所示。其中方案1由于理論計算與仿真后的結果仍未改善上述問題，最終確定了方案2。

表2 踏板感優(yōu)化方案

方案前摩擦片真空助力器制動主缸 摩擦系數尺寸/inch助力比起始力/N直徑/cm種類 現狀態(tài)μ= 0.387”+8” 890φ23.81中心閥式 方案1μ= 0.388”+9”990φ25.4中心閥式 方案2μ= 0.428”+9”970φ25.4 柱塞泵式

2 針對變更件的理論分析

2.1 真空助力器

通過圖1真空助力輸入力-輸出壓力功能曲線關系可知：（1）雙腔助力器較之單腔助力器優(yōu)勢：能夠獲得更高的助力器拐點，即提供助力的范圍更廣；（2）提升助力比，即增大了功能曲線的斜率，在輸入力相同的情況下，能夠輸出更大的制動管路壓力；反之，輸出相同壓力時更為省力；（3）起始力變小，即真空助力器介入得更早，以改善初段踏板感[2]。

圖1 真空助力性能曲線

2.2 制動主缸

（1）輸入力相同：由=·得：大直徑主缸壓強??；由于輸出端為相同的制動油管、分泵等結構，固輸出端壓力小。結論：主缸直徑越大，輸出端壓力越小，制動器制動力理論上會降低。

（2）輸入行程相同：由=·得：大直徑主缸體積大，單位時間內流量大；由于輸出端為相同的制動油管、分泵等結構，故輸出端流速大。結論：主缸直徑越大，輸出端流速越大，制動器建壓時間理論上會縮短[3]。

綜上所得：主缸直徑變大后，增大了油壓流速，使制動力建立得更快，提升制動響應，但會有削弱制動能力的趨勢。

（3）柱塞泵式主缸較之中心閥式主缸，其空行程更小，同時有更好的建壓速度。

2.3 摩擦片

摩擦片系數由0.38提升至0.42，增大了摩擦系數，相同踏板力的條件下，增大了前輪制動力，以提高整車制動性能。此變更項主要目的是彌補因更換大直徑主缸而可能帶來的制動力降低，防止在優(yōu)化踏板感的同時犧牲車輛的制動能力。

3 對比驗證方案及試驗結果

為全面驗證優(yōu)化方案（以下簡稱8+9）的改善效果，即制動踏板感性能是否有提升，試驗人員考慮：雖然原有的“線性建壓”踏板感客觀數據采集方法可以最快、最直觀地得出踏板力、踏板行程與輸出減速度、輸出壓力之間的關系，但從用戶角度出發(fā)，大部分制動工況其實是固定踏板開度的穩(wěn)態(tài)制動過程。試驗人員便制定了探索“固定踏板開度-減速度”之間的關系，考察不同踏板開度條件下，車輛輸出的踏板感性能，以全面驗證優(yōu)化方案對制動踏板感的改善效果。同時為全面模擬不同客戶的駕駛習慣，通過增加駕駛員數量來獲取不同的施力時間，以排除施力時間對踏板感的影響。同時積累了數據庫，為后續(xù)車型的開發(fā)提供有力的數據支持。

3.1 傳統(tǒng)線性建壓式踏板感結果對比

線性建壓式踏板感的試驗方法為：在附著條件良好的路面上，將車輛加速至約105 km/h，脫開擋位，在車速下降至100 km/h時進行勻速行車制動。為確保采集到的數據準確有效，整個制動操作應線性、連續(xù)，中途不應停頓，當ABS介入后，可解除制動操作，不必將車輛踩停；為配合行業(yè)標準條目，載荷設定為滿載狀態(tài)。

表3 線性建壓法踏板感優(yōu)對比試驗結果

減速度/（m/s2）踏板行程/mm踏板力/N 7+88+9優(yōu)化率7+88+9優(yōu)化率 148.328.341.4%43.227.536.3% 260.742.430.1%52.432.238.5% 368.749.128.5%66.839.640.7% 475.253.928.3%83.049.340.6% 581.358.627.9%103.562.539.6% 686.964.026.4%126.979.237.6% 793.368.926.2%171.793.945.3% 8100.274.026.1%231.5113.850.8% 9108.980.026.5%296.3145.151%

圖2 踏板行程-減速度關系曲線

圖3 踏板力-減速度關系曲線

3.2 固定踏板開度式踏板感結果對比

固定踏板開度式踏板感的試驗方法為：在附著條件良好的路面上，將車輛加速至約105 km/h，脫開擋位，在車速下降至100 km/h時通過限位裝置進行固定踏板行程制動；為確保采集到的數據準確有效，在確保安全的前提下，整個制動操作應點剎到位，中途不應停頓；為配合行業(yè)標準條目，載荷設定為滿載狀態(tài)。

優(yōu)化方案使踏板總行程相應縮短，故需要采集相同踏板開度所對應的不同踏板行程，以便后續(xù)分析使用。試驗結果見表4、表5及圖4。

表4 踏板開度-踏板行程關系試驗結果

踏板開度踏板行程/mm 7+88+9 FULL136112 1/527.222.4 1/345.337.3 2/554.444.8 1/268.056.0 3/581.667.2 2/390.774.7 4/5108.889.6

表5 踏板開度-減速度關系試驗結果

工況2/5踏板開度1/2踏板開度3/5踏板開度 減速度/（m/s2）時間/s減速度/（m/s2）時間/s減速度/（m/s2）時間/s 8+9快踩2.410.734.370.956.621.17 緩踩2.250.794.500.957.131.14 慢踩2.951.115.231.497.781.89 均值2.540.884.701.137.181.40 7+8快踩1.510.662.970.805.080.99 緩踩1.370.392.650.544.650.74 慢踩1.670.562.990.725.130.94 均值1.510.542.870.694.950.89

踏板開度小于2/5時：由于減速度值過小，制動過程猶如滑行，一是試驗場地實際條件不具備滑行至停止的條件；二是類似于滑行停車并不在本次更換助力器所需探究的問題內，因此未采集該區(qū)域數據。

圖4 踏板開度-減速度關系（取均值對比）

踏板開度大于3/5時：由于減速度值過大，制動過程類似于緊急制動，也不在本次更換助力器所需探究的問題內，因此未采集該區(qū)域數據。

4 試驗結論

本次試驗主要通過對真空助力器、制動主缸、摩擦片等零部件進行優(yōu)化前后的同一輛樣車進行對比驗證，針對全制動過程進行踏板感客觀數據采集及數據分析，以驗證優(yōu)化方案是否能夠解決“剎車偏軟”及“制動信心不足”等問題，根據試驗數據得出以下結論：

（1）通過線性建壓法踏板感試驗結果（表3）可知：在全制動范圍內，踏板力及踏板行程均有明顯的優(yōu)化效果。同時，制動初段空行程、制動末段的踏板力優(yōu)化效果更為突出，達到了本次優(yōu)化方案的目的：對“初段空行程長”“末段制動力大，信心不足”問題有所改善。

（2）通過模擬用戶實際駕駛習慣而開展的固定踏板開度式踏板感試驗測試結果（表5及圖4）可知：

在包含輕度、中度、重度制動的全范圍內，在輸入相同踏板開度的條件下，車輛輸出減速度都有不同程度的提升，對提升駕駛員制動信心有一定作用。同時，觀察快踩、輕踩、慢踩三種工況的試驗結果，發(fā)現減速度與踩踏板快慢并無對應關系；同時試驗人員也通過這種固定開度式測試方法，也更為直接地反映出主觀評價感覺。

（3）將試驗結果代入到行業(yè)標準中進行驗證可發(fā)現（表6），優(yōu)化后的指標雖有明顯提升，但仍存在滿載0.3對應的踏板行程、滿載0.6對應的踏板行程不滿足指標限值要求。

表6 踏板感試驗結果校核

評價指標 初期踏板力/N滿載0.3g踏板力/N滿載0.6g踏板力/N 行業(yè)標準≤25≤50≤100 試驗結果8+92139.679.2 7+82966.8126.9 優(yōu)化率28%41%38% 評價指標 滿載0.3g踏板行程/mm滿載0.6g踏板行程/mm滿載0.6g液壓/MPa 行業(yè)標準≤38≤53≤6.0 試驗結果8+949.164.05.2 7+868.786.96.3 優(yōu)化率29%26%17%

（4）通過試驗人員主觀評價的結果，并結合以上客觀測試數據，總結出8+9狀態(tài)樣車的總行程在優(yōu)化后雖然有變短趨勢，達到112 mm，但仍比業(yè)內大多數競品車型制動踏板總行程要長。此處引入某競標車型的客觀數據作對比，該車型制動踏板總行程為92 mm，基本屬于大多數競標車型的水準。通過圖5、圖6的對比結果可發(fā)現：即使優(yōu)化方案使得8+9狀態(tài)樣車在輸出相同減速度時，有了更小的踏板力及踏板行程，但與競標車型相比，卻呈現出了“行程依然長、力道過于輕”的制動踏板感。

圖5 踏板行程-減速度關系曲線

圖6 踏板力-減速度關系曲線

這種“行程長、力道輕”的踏板感，給駕駛員帶來的感覺就是制動感不突兀，線性感較強，踩起來很柔和、舒服，但是對于一部分開慣了德系車的駕駛員，這種沒有“撞墻感”，反應慢，行程長，甚至制動初段踩很深才能帶來制動感的匹配方式，給用戶的感覺就是信心不足。

從駕駛員角度出發(fā)，試驗人員認為這種偏“綿軟”的踏板感覺，依然不能滿足部分用戶對制動系統(tǒng)性能的感受，因此后期還需進行進一步優(yōu)化以改善“綿軟無力”感覺的趨勢。

[1] 張靜濤.乘用車制動踏板感覺主觀評價及其應用[J].時代汽車,2017(12):10-11.

[2] 方泳龍.汽車制動理論與設計[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[3] 童成前,鄭素云,王華拓.汽車制動系統(tǒng)踏板感優(yōu)化分析[J].北京汽車,2018(06):1-4.

Performance Improvement and Test Verification of Brake Pedal Feel for a Certain Vehicle Type

WANG Fei, WANG Baoguo

( BAIC Group Off-road Vehicle Co., Ltd., Beijing 101300 )

In this paper, the improvement of the feeling of the brake pedal is described from the objective evaluation angle, aiming at the lack of brake confidence of a certain vehicle model, after checking the objective data of brake pedal and the industry standard, it is found that the indexes of brake pedal sensibility are generally poor. By analyzing the changes of the structure and parameters of the vacuum booster and the brake master cylinder, a comparison verification scheme is made to verify the feasibility of the optimization scheme of the brake system.

Brake pedal feeling; Comparative test; Vacuum booster; Brake main cylinder

A

1671-7988(2022)01-123-04

U463.5

A

1671-7988(2022)01-123-04

CLC NO.: U463.5

王飛（1987—），男，試驗工程師，高級工程師，就職于北京汽車集團越野車有限公司，研究方向：整車制動性能試驗、法規(guī)驗證、踏板感客觀試驗及主觀評價、真空性能、ABS/ESP匹配標定等。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.028