商用车常规制动踏板感觉研究

刘少军，罗以娇

（东风汽有限公司 东风商用车技术中心，武汉 430056）

随着中国经济的飞速发展，用户对商用车的要求从能拉货赚钱的简单要求提高为车辆安全、可靠、省油等要求。而制动系统性能直接关系着车辆安全，它的表现除了我们平时常见的制动距离等硬指标外，制动感觉也是制动系统性能评估中不可或缺的重要组成部分，制动踏板感觉是驾驶员在各种工况下对操纵制动踏板所获得的制动效果的一个综合感觉。通常说的刹车“软”、“硬”，其实就是对制动感觉的部分简单描述。就人体感知而言，制动感觉较之制动距离更易被察觉，这也意味着制动踏板感觉较多地影响了用户对车辆的评价。

1 制动踏板感觉研究现状

关于制动踏板感觉，各大厂商、机构通常以主观评估为主，辅之以各类系统特性曲线来作为设计或改进最后的依据。但主观评价需要拥有一批专业的评估人员来进行相当数量的评估工作，而且主观评估会受到各种外界因素的干涉，科学、可靠性有所欠缺。有鉴于此，有轿车厂通过大量的试验，找到影响制动踏板感觉的主要影响参数，建立了一套基于客观的、能正确反映主观感受的试验评估体系。

文献［1］中给出了轿车的制动感觉指数试验评估体系，建立在大量试验数据统计基础上的制动感觉指数评价体系通过对各阶段的制动踏板行程、制动踏板力及相应的制动减速度的测量，能很好地反映、评估制动感觉，期望能正确、可靠地反映制动系统的踏板感觉，并且试验过程相对简单易行、具有可重复性。该制动感觉指数主要研究踏板力、踏板行程、减速度。

2 商用车制动踏板感觉及影响因素分析

制动踏板感觉相关研究成果主要集中在轿车领域，商用车制动系统与轿车存在差异，商用车为气压制动，而轿车为液压制动。

在传统商用车中，制动踏板通过踏板机构与脚制动阀相连。驾驶员在踩下制动踏板后，一方面制动踏板机构推动脚制动阀活塞运动，使脚制动阀的输出口有气压输出，通过继动阀、快放阀等进入气室，推动制动器，使摩擦片和制动鼓产生制动力矩，进而在轮胎－路面的相互作用下形成对车辆的制动力并最终使车辆减速；另一方面，驾驶员通过踩制动踏板反馈得到的踏板位移和踏板力的信号获得一定的制动踏板感觉，而加上身体受到的车辆的减速度、听觉上的制动噪音以及视觉上的车辆减速等诸多因素，共同构成了完整的制动感觉。

踏板力与踏板位移关系构成的踏板特性、踏板位移与制动减速度的关系以及驾驶员感受到的制动减速度，共同构成了车辆的制动踏板感觉。影响制动踏板感觉主要有以下几个参数：（1）踏板行程；（2）踏板力；（3）车辆减速度；（4）制动反应时间；（5）踏板阻尼和滞后。车辆减速度的可控性指驾驶员在踩下制动踏板进行制动时，达到预计的车辆减速度后能够通过连续踩下或者部分抬起踏板获得更大或者更小的制动减速度，从而获得期望的车辆减速度和速度。

测试4种不同的车型的制动踏板感觉相关参数，研究相关参数，图3为某车型的踏板力与气压，踏板力与气压成一定正比，图4为踏板行程与气压的关系。结合主观评价，确定制动踏板感觉主要研究对象，踏板力主要研究预置点、初始点和最大点，行程主要为空行程、最大行程及中间的斜率变化。

制动踏板感觉如下：

预置踏板力FA—踏板刚开始运动时需要的踏板力，见图5。

初始踏板力FB—慢踩制动踏板，制动阀输出口开始有气压输出时的踏板力，见图6。

解除踏板力FC—将制动踏板踩到底后慢慢松制动踏板，制动阀输出口气压降到零时的踏板力，见图6。

最大踏板力Fmax——制动阀输出气压最大时之踏板力。

经脱水处理，泥渣含水率小于45%，可以直接用普通的工程车外运，不会造成环境二次污染。湖塘河这类城区河道，沿岸只有居民区，没有工业区，经检测，尾水指标均小于国家污水排放标准一类排放标准；底泥有机质含量13.8%，符合土地改良用泥质标准（表2），故本工程部分泥类被作为园林绿化用泥。

踏板行程——在踏板力作用下，踏板中心所移动的距离。

踏板空行程——踩下制动踏板时，从踏板的原始位置开始，到制动阀输出口开始有气压输出时止，踏板所移动的距离。

踏板最大行程——从踩下制动踏板，到制动阀输出口气压输出最大，踏板不再有位移时止，踏板所移动的最大距离。

3 不同参数对制动踏板感觉影响程度的试验分析及主观评价

为寻求商用车踏板感觉参数的合适值，将对各个参数对整车制动感觉的影响做相关试验和主观评价分析。

3.1 主观评价分析的方案如下

3.1.1 评价人员

不同的驾驶员的感觉是存在差异的。因此在做主观评价时，选取了驾龄大于1年、少于4年与驾龄超过5年、职业试验员与职业驾驶员、驾驶过不同车辆的驾驶员。

3.1.2 评价工况

自由驾驶 （熟悉制动和性能，初步熟悉性能特性）、减速（60—20）、红绿灯制动、路边停车、制动新习惯形成时间（制动达到熟练的次数）。

分别在不同的车型上对不同曲线的制动阀、不同的踏板力、不同的踏板行程和高度下的整车评价。

3.1.3 主观评价结论

（1）用户喜欢制动力偏小的制动踏板感觉。驾驶员感觉超过300 N的踏板力很难控制好，此时背部要顶紧座椅，手臂僵硬，大腿发力，超过400 N时容易产生抖动。

（2）初始踏板力对制动踏板感觉敏感。初始踏板力偏大严重影响踏板感觉，司机很难建立制动习惯。

（3）解除踏板力需要适当大一些，偏小会影响制动接触时的感觉。

（4）不同的脚制动阀性能曲线是有差异的，但司机无明显的差异感觉（在不告知差异时，无人感觉出差异，在告知存在差异情况下，专业人员2人感觉出差异，且对此差异无明显的偏好，职业驾驶员感觉不到差异）。

（5）空行程的大小对制动踏板感觉敏感，希望有空行程但又不需太大。当空行程是总行程的15%～20%时，驾驶员的感觉最好。

（6）踏板行程适中。太小不容易控制精度，太大制动操作费力。

从上面的试验和主观评价综合得到影响制动踏板感觉的关键参数，并根据试验中各参数对制动感觉的影响程度对各参数做重要度分级，形成商用车常规制动的制动踏板感觉参数，见表1。

表1 制动踏板感觉参数

测出舒适的制动感觉的试验参数量化值范围，形成商用车常规制动的制动踏板感觉的设计参数值。

4 踏板感觉设计参数应用

根据制动踏板感觉设计参数值，在某系列商用车上优化设计：减小脚制动阀顶杆力、加大制动踏板比、优化制动踏板面角度和减小回位弹簧刚度并增加回位弹簧的预压缩量，使设计值满足制动踏板感觉设计参数值范围。对改进前后的制动踏板感觉进行主观评价。主观评价采用3分制，得分由1.5提高到2.99。优化后的方案整体评价高于现生产，且优势明显。以前习惯“硬”制动的司机，在评价对比后，更偏爱提升后方案。按制动踏板制动感觉设计参数优化设计后的制动踏板感觉，达到满意效果。

5 结论

商用车制动踏板感觉是制动过程中驾驶员的第一感觉，直接影响整车制动舒适性和操控性，进而影响车辆的制动安全性。国外一些研究机构和大学在轿车制动踏板感觉方面进行了研究并形成成熟的理论，其研究对象为轿车的液压制动。商用车一般采用气压制动，和液压制动之间存在不同的特性，商用车的制动踏板感觉的研究还处于起步阶段。通过商用车的制动踏板感觉设计参数的研究，提出了商用车常规制动的制动踏板感觉设计参数，为商用车常规制动的制动舒适和操控性设计提供了理论依据。

［1］花庆荣，陈士杰.轿车制动感觉评估与制动感觉指数［J］.上海汽车，2008（06）：35－37.