孫建濤，劉浪，崔洋，易東旭

(廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車(chē)銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)，2016年中國(guó)占世界汽車(chē)銷(xiāo)量的28%，銷(xiāo)量達(dá)到2 800多萬(wàn)輛，中國(guó)已成為世界最大的汽車(chē)市場(chǎng)。同時(shí)，隨著汽車(chē)保有量的增加，中國(guó)的駕駛員數(shù)量也逐年增加，截止到2015年，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)诉_(dá)到3.3億，其中汽車(chē)駕駛?cè)顺^(guò)2.8億。隨著駕駛?cè)笋{駛年限增加和駕駛?cè)藢?duì)汽車(chē)的深度了解，對(duì)車(chē)輛性能提出更高的要求，在滿(mǎn)足部件功能的情況下，對(duì)駕乘感受也越來(lái)越重視。制動(dòng)系統(tǒng)作為駕駛過(guò)程中最頻繁操作的系統(tǒng)之一，在滿(mǎn)足功能和安全的前提下，主觀感受也同等重要。

良好的制動(dòng)踏板感受是優(yōu)秀車(chē)輛的必要條件，是用戶(hù)滿(mǎn)意度的一個(gè)重要指標(biāo)，應(yīng)能滿(mǎn)足絕大多數(shù)駕駛員主觀感受的要求。制動(dòng)踏板感受與客觀數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成可實(shí)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(gè)影響因素的貢獻(xiàn)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(dòng)系統(tǒng)工程師面對(duì)的重要課題。

1 踏板感目標(biāo)

在傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)踏板通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)與真空助力器帶主缸總成相連，駕駛員在踩下制動(dòng)踏板后，一方面，制動(dòng)踏板克服機(jī)構(gòu)間隙，在真空助力器的作用下，推動(dòng)主缸活塞運(yùn)動(dòng)，使管路油壓升高推動(dòng)制動(dòng)分泵并使得制動(dòng)片和制動(dòng)盤(pán)間產(chǎn)生制動(dòng)力矩，進(jìn)而在輪胎-路面的相互作用下形成對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)，最終使車(chē)輛減速或停止；另一方面，駕駛員通過(guò)踩踏制動(dòng)踏板，根據(jù)反饋得到踏板力和踏板位移信號(hào)，進(jìn)而獲得一定的制動(dòng)踏板感受，再加上身體感受到車(chē)輛制動(dòng)減速度、聽(tīng)覺(jué)上的制動(dòng)噪聲以及視覺(jué)上的車(chē)輛減速度等諸多因素，共同構(gòu)成了完整的制動(dòng)感受。制動(dòng)感受是車(chē)輛在制動(dòng)情況下駕駛員身體感官上的綜合感受，由制動(dòng)系統(tǒng)零部件以及制動(dòng)系統(tǒng)與整車(chē)匹配所決定；而踏板感受則側(cè)重于制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)給駕駛員右腳的反饋?zhàn)饔?，通過(guò)踏板特性曲線，即踏板力-踏板位移曲線來(lái)描述。因此可以認(rèn)為制動(dòng)踏板感受是制動(dòng)感受的組成部分，好的制動(dòng)踏板感受不一定會(huì)有好的制動(dòng)感受(比如制動(dòng)噪聲、制動(dòng)抖動(dòng)、制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)等)，但是好的制動(dòng)感受必須要求有好的踏板感受。

從上述有關(guān)制動(dòng)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(dòng)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(guó)內(nèi)外一些主機(jī)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(duì)駕駛員踩踏制動(dòng)踏板速度對(duì)比分析，認(rèn)為以100～150 N/s的踩踏速度進(jìn)行試驗(yàn)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(guò)研究積累和對(duì)標(biāo)車(chē)踏板感客觀數(shù)據(jù)測(cè)試，結(jié)合主觀評(píng)價(jià)，得出較優(yōu)的制動(dòng)踏板感目標(biāo)區(qū)域，如圖1和圖2所示。

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

2 踏板感影響因素分析

對(duì)踏板力與減速度關(guān)系、踏板行程與減速度關(guān)系進(jìn)行研究，通過(guò)整車(chē)參數(shù)和制動(dòng)系統(tǒng)理論計(jì)算，結(jié)合對(duì)標(biāo)車(chē)主觀評(píng)價(jià)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析，得出如下踏板感的影響因素。

制動(dòng)踏板力主要與以下因素相關(guān)：

(1)制動(dòng)踏板杠桿比；(2)真空助力器助力比；(3)制動(dòng)主缸缸徑；(4)前、后卡鉗缸徑；(5)前、后制動(dòng)盤(pán)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(dòng)系統(tǒng)各零部件力傳遞效率。

制動(dòng)踏板行程主要與以下因素相關(guān)：

(1)制動(dòng)踏板杠桿比；(2)真空助力器空行程；(3)制動(dòng)主缸缸徑；(4)前、后制動(dòng)器盤(pán)片間隙；(5)前、后制動(dòng)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(guò)對(duì)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(dòng)踏板杠桿比；(2)制動(dòng)主缸缸徑；(3)前、后卡鉗缸徑；(4)前、后制動(dòng)盤(pán)有效半徑；(5)前、后摩擦片摩擦因數(shù)。

主要共同影響因素對(duì)踏板力和踏板行程的影響趨勢(shì)見(jiàn)表1。

表1 各主要影響因素對(duì)踏板力和踏板行程的影響趨勢(shì)

從表1可以看出，各影響因素對(duì)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(gè)影響因素對(duì)踏板力和踏板行程的貢獻(xiàn)度非常重要。

3 踏板力和踏板行程影響因素貢獻(xiàn)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(duì)仿真結(jié)果的影響量。因此引入貢獻(xiàn)度分析，即每個(gè)影響因素在自身參數(shù)發(fā)生變化的情況下，對(duì)結(jié)果的影響量。以下通過(guò)單因子法分析，即各影響因素增加5%，得到的結(jié)果分析對(duì)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(shì)變化)。

從圖3中可以看出，制動(dòng)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(dòng)踏板杠桿比對(duì)踏板行程影響較大，系統(tǒng)中各因素均對(duì)踏板行程有影響。

以下為各影響因素貢獻(xiàn)度排序(按照從大到小的貢獻(xiàn)度排序)。

(1)踏板力：主缸缸徑；車(chē)質(zhì)量；輪胎滾動(dòng)半徑；后摩擦因數(shù)，后盤(pán)有效半徑；后卡鉗缸徑；前摩擦因數(shù)，前盤(pán)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(chē)質(zhì)量；輪胎滾動(dòng)半徑；后卡鉗所需液量；主缸所需液量；制動(dòng)軟管長(zhǎng)度，制動(dòng)軟管所需液量；制動(dòng)軟管長(zhǎng)度，制動(dòng)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(pán)有效半徑；前卡鉗缸徑；前摩擦因數(shù)，前盤(pán)有效半徑；主缸缸徑。

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

表2 整車(chē)參數(shù)

表3 制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)仿真軟件，對(duì)各方案進(jìn)行分析，結(jié)合制動(dòng)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(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 各方案對(duì)比

從以上對(duì)比方案分析：目前方案踏板行程偏長(zhǎng)，不滿(mǎn)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(guò)對(duì)影響因素貢獻(xiàn)度的分析，可以讓制動(dòng)系統(tǒng)工程師對(duì)各因素的影響量進(jìn)行量化，從而更好地指導(dǎo)制動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

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