乘用车制动踏板感客观测量方法研究

石瑞岭，潘佳炜，袁世海，李杰成

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

乘用车制动踏板感客观测量方法研究

石瑞岭，潘佳炜，袁世海，李杰成

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

通过车辆制动踏板感客观试验，分析主流测试方法的差异。通过踏板感相关指数的客观试验，以量化的方法来测量，为踏板感试验建立数据库，能有效指导工程设计和制动系统的目标设定，并为用户主观感受提供依据。

制动踏板感；客观测量方法；量化

0 引言

制动性能作为主动安全性能之一，一直被关注。目前关于制动性能的国标主要关注制动距离等方面的指标，很少有针对客户的制动感觉方面的客观试验，比如制动不够力、制动偏软、制动不够线性和制动不够灵敏等。文中提出了针对制动感觉的客观试验方法，结合合适的数据处理方式，对所得数据进行分析和比较，为车辆制动系统的开发和目标设定提供一种有效的方法。

1 两种主流制动踏板感测量方法差异

方法一：对制动踏板感进行离散测量能真实地反映制动踏板力、位移与制动减速度的关系，且能反映出制动过程中不同减速度因车速、热量造成的制动减速度蠕变,但与客户实际实用情况有一定出入，用于制动系统标定更为合理。

方法二：对制动踏板感进行制动力连续递增测量，能真实地反映动态过程中，制动踏板力、位移与制动减速度的连续变化关系，与客户实际感知效果更为接近(一般客户制动力梯度建立相对缓慢)，且能通过分析踏板感关系曲线，获得结构化数据所能反映出来的信息，如线性度等。如图1所示。作者主要介绍方法二。

2 主要指标的定义和数据处理

制动踏板感指数(BFI)是对用户组实施制动的过程中脚踩踏板感觉以及对车辆减速度感知程度的综合评价指数。目前使用最多的8项指标如表1所示。

表1 BFI主要指数表

2.1 踏板预载力

2.1.1 定义

当对制动踏板加力进行制动时，必须克服制动系统本身回位弹簧的弹力及系统内部摩擦力(在静态测踏板-位移关系时因踩踏速度较低，系统阻尼力可忽略不计)，使踏板开始有一个明显移动时的踏板力工程上定义为踏板预载力，并定义踏板力对踏板行程单二阶微分大于等于6 mm/N2时对应的踏板力。通俗上讲，即目前所说的“自由行程”即将结束时的踏板力。如图2所示的预置力，一般来说在20 N左右比较合适，通用标准目标值为13 N。

2.1.2 数据处理方法

因动态制动过程时间很短(一般制动过程不超过5 s)，在数据采样频率偏低的情况下(国外标准制动试验采样频率在200 Hz以上)，不宜在动态制动过程中测量踏板预载力，一般通过静态制动踏板感测量获取。

对采集数据采用光滑样条拟合法进行拟合，平滑度指数必须达到0.95以上(平滑指数选太高部分车型容易因毛刺产生远超6 mm/N2的结果，大多情况下0.95足够)，拟合后进行数据重采样时推荐小于0.1 N的间隔，然后再进行二阶微分，即可得到结果。

2.2 制动初始点(点A)踏板力与位移

如图4所示，减速度等于制动前车辆滑行减速度加0.05g的数据点。车辆实施制动前，车辆本身处于滑行状态，此时有一个减速度，称为滑行减速度，其大小跟车辆滚阻、风阻等参数有关，目前大部分车型在车速100 km/h时的滑行减速度在0.02g～0.05g之间。一般顾客在减速度超过滑行减速度0.05g后才感觉车辆“开始”减速。因此点A制动力和位移表达了车辆即将开始减速度控制感受，一般踏板力推荐小于27 N，行程推荐小于23 mm。

2.3 0.6g时(点B)的踏板力与位移

一般客户使用最为频繁的制动减速度在0.2g～0.6g之间，0.6g以后ABS即将生效，且此时客户一般处于紧急制动状态，对制动踏板感的品质感受明显不如对危险的感知强烈，故一般企业把提高制动感关注区域放在0.6g以内。如图4所示，设立0.6g(点B)这一特征点，对制动感的研究有特别意义，制动俯仰等一系列制动试验也把点B作为特征工况考虑。一般推荐值小于80 N以内，踏板位移小于30 mm，也有企业在基础制动标准里面给出了对两者与减速度的比值推荐值。

2.4 踏板力线性指数

2.4.1 定义

指制动初始点(点A)到0.6g(点B)的制动区域内，制动踏板力相当于制动减速度的线性度指数。为满足客户在这一关注区域内的制动品质需求，该区间内的制动踏板力、踏板位移与减速度通常呈一定的线性关系。如图3所示，对点A与点B之间数据使用最小二乘法进行拟合，可得拟合后减速度a：

a=c×Fx

其中：c为常数；F为拟合后踏板力；x为踏板力线性度指数。

2.4.2 数据处理方法

截取图3中的线性区数据，用指数函数进行拟合，如图4所示。因MATLAB无法处理非正数的幂函数拟合，所以处理时可以把数据段起点平移至(0，0)附近，如(0.001，0.001)。

2.5 最大制动减速度及最大制动减速度时制动力

这里的最大减速度是指ABS尚未介入或车轮出现抱死前所能获得的最大制动减速度。此时的制动效率应最高，该减速度下的踏板力大小直接影响着人们对制动性能表现之安全感多少。推荐值是(245×amax+7/3)N，其中amax为最大减速度。

3 试验数据比较和分析

如图5—7所示：使用满载脱挡制动踏板感客观测量方法对1号车辆、2号车辆、3号车辆、4号车辆、5号车辆、6号车辆进行分析，其BFI结果如表2所示。

序号踏板感指数项单位通用推荐值试验车型1号车辆2号车辆3号车辆4号车辆5号车辆6号车辆1踏板预载力N1327．017．024．528．321．220．42制动初始点踏板力N2729．917．228．630．324．124．83制动初始点踏板位移mm2343．939．228．113．3218．717．940．6g时踏板力N8073．1744．371．457．869．971．050．6g时踏板位移mm3071．064．759．137．742．455．86踏板力线性指数——0．790．530．820．640．930．707最大制动减速度m·s-2—0．921．050．970．870．921．088最大制动减速度时制动力N—114．2120．0112．887．5130．4144．6参考通用评分(仅统计失分)-4．59-4．61-1．67-1．20-0．34-1．20

结果分析：

(1)从踏板预载力看，2号车辆最轻，4号车辆最重，其他车型相差不是很大；

(2)从制动初始点(点A)踏板力看，2号车辆最轻，5号车辆与6号车辆相当且符合推荐值，3号车辆、4号车辆、1号车辆全部超过目标值；

(3)从点A踏板位移看，1号车辆最长，1号车辆、2号车辆、3号车辆均超过推荐值，4号车辆、5号车辆、6号车辆均符合推荐值，且4号车辆最短。说明1号车辆、2号车辆的制动效能生效形成较长；

(4)从0.6g(点B)踏板力看，所有车均符合推荐值，其中2号车辆最轻，4号车辆次之，其他车相差并不明显；

(5)从点B位移看，1号车辆远超推荐值，2号车辆次之，两车行程均偏长，在中高强度制动时容易引起用户制动信心不足，相比之下，5号车辆更接近推荐值；

(6)从踏板线性指数看，5号车辆非常出色，超过了0.93，3号车辆次之，也超过0.8。2号车辆、4号车辆较差，均在0.6以下，表现出来是两者在制动线性区的前段制动效能建立较快，后期制动踏板力陡增但减速度增幅下降明显，有制动发硬趋势， 1号车辆、6号车辆相当；

(7)最大减速度因ABS介入不同不好作比较，但从图6可以看出，2号车辆在最大减速度下制动力较轻。

综上所述：2号车辆总体制动力偏轻，但行程又稍长，制动力的梯度建立线性度差。1号车辆总体制动力初段偏重，后段有所缓和，制动行程偏长，制动梯度建立线性度尚可。3号车辆因制动前期位移偏长，制动效能建立较慢，后期制动效能建立行程变短，因此紧急制动段区的制动效能会表现更好，线性指数较好。4号车辆踏板预载力偏大，因此制动效能建立初期脚感会偏重，但制动效能建立很快，制动踏板行程很短，中后期制动感明显有拐点，会出现明显制动发硬感，总体线性度较差。6号车辆总体平均，但制动后期梯度略大导致线性度下降。5号车辆表现最为抢眼，线性度出色，使得驾驶者对制动力的掌控比较有底，综合评价5号车辆为最优。综合排名可得：(1)5号车辆；(2)6号车辆；(3)4号车辆；(4)3号车辆；(5)1号车辆；(6)2号车辆。

参考通用的客观评分表，涉及踏板位移的项权重最大，因此制动行程偏长，1号车辆、2号车辆在这些项上失分严重，后续建议改善1号车辆、2号车辆车型的制动踏板位移。

4 总结

制动踏板感指标(BFI)把客户一般感知到的评价项进行量化，避免了诸多主观因素的干扰，所得结果能客观真实地反映被测车型的制动系统性能，所得数据能既方便于横向对比，又为设计与完善提供了方向性与具象性的指标，无论是正向开发或是逆向工程都有指导意义。

【1】方泳龙.制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.

【2】EBLERT D G ,KAATZ R A.Objective Characterization of Vehicle Brake Feel[R],SAE940311.

【3】林志轩，高晓杰.制动踏板感觉研究现状[J].农业装备与车辆工程，2007(6):4-8.

Study on the Objective Measurement Method for the Vehicle Brake Feel

SHI Ruiling, PAN Jiawei, YUAN Shihai, LI Jiecheng

(Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd., Guangzhou Guangdong 511434,China)

Through the objective test of vehicle brake feel, the differences between the two main test methods were analyzed. Through the objective test of the correlation index of the pedal, quantitative method was used to test, and the database was built to guide engineering design and provides basis for the user subjective feeling.

Brake feel; Objective test method; Quantization

2015-07-20

石瑞岭(1980—)，学士，工程师，研究方向为汽车测试。E-mail：shiruiling@gaei.cn。