制动感觉指数在高原制动试验中的应用

2015-09-04潘佳炜董晓丹

汽车工程师 2015年6期

潘佳炜董晓丹

（1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院；2.广东省民政职业技术学校）

在高海拔地区，因氧含量下降，大气压力降低，发动机为弥补吸气效率和压力差等因素可能带来的动力性下降，一般会增大节气门开度，但这样真空助力器会出现真空度获取不足的问题[1]。给驾驶者带来最直观的感受就是“制动发硬”及“刹不住”等制动踏板感问题，继而存在安全隐患。车企可通过增加电子辅助真空泵解决上述问题，但是该措施实施之前需获取客观的、可量化且与用户主观评价相一致的指标以平衡成本与性能。试验证明，制动感觉指数（BFI）评价体系能快速有效地获得相关客观指标，为辅助真空泵的标定优化提供了依据[2]。

1 制动感觉指数（BFI）体系介绍

BFI是对用户组实施制动的过程中脚踩踏板感觉以及对汽车减速度感知程度的综合评价指数。目前使用最多的8项指标为：踏板感指数项、踏板预载力、制动初始点踏板力、制动初始点踏板位移、0.5 g标准化后的踏板力、0.5 g标准化后的踏板位移、踏板力线性指数、最大制动减速度及最大制动减速度时制动力[3]。

1.1 踏板预载力

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，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，并定义为踏板力对踏板行程单二阶微分≥6 mm/N2时对应的踏板力，即目前所说的“自由行程”即将结束时的踏板力。

1.2 制动初始点踏板力及踏板位移

如图1所示，减速度等于制动前汽车滑行减速度加0.05 g的数据点。汽车实施制动前，本身处于滑行状态，此时有一个减速度，称为滑行减速度，其大小跟汽车滚阻和风阻等参数有关，一般车速为100 km/h时的滑行减速度在0.02 g～0.05 g。文献[3-5]中的统计表明，一般驾驶员在减速度超过滑行减速度0.05 g后才感觉汽车“开始”减速。因此制动初始点制动力和位移表达了驾驶员对汽车“即将开始”减速时的控制感受。

1.3 0.5 g标准化后的踏板力及踏板位移

如图1所示，减速度等于制动初始点后0.5 g的数据点。因为制动初始点一般在0.05 g～0.08 g，故0.5 g标准化后在0.6 g左右。一般认为，驾驶员使用最为频繁的制动减速度在0.2 g～0.6 g，0.6 g以后ABS即将生效，且此时驾驶员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0.6 g以内。

1.4 踏板力线性指数

如图1所示，踏板力线性指数指制动初始点到0.5 g标准化后的制动区域内，制动踏板力相当于制动减速度的线性度指数。如1.3节所描述，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。对该线性区间数据使用最小二乘法进行拟合，可得“拟合后减速度=常数×拟合后踏板力exp”，其中exp定义为踏板力线性度指数。

1.5 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，该加速度下的踏板力为最大制动减速度时制动力，其大小直接影响着人们对制动性能表现的安全感。

2 高原制动感觉试验工况的选择

2.1 车速选择

对多款车型以20～100 km/h的初速度分别进行了7次制动踏板感试验。结果显示，同款车型制动感关系曲线在0.6 g前重合度良好，0.6 g以后差异才逐渐显现，全程减速度-位移关系曲线相差很小。考虑到即使以相同初速度进行制动感觉试验，多组关系曲线仍然呈现一定幅度的离散，这是试验固有误差所致，因此可认为高原制动初速度对试验影响程度可以接受。抽取一款车型初始车速对制动感影响的结果，如图2所示。

考虑到试验山路所在特征海拔点处不一定能找到连续平整的长直线道，而且弯路较多，运输车流量大，经多年试验考察，车速在60～70 km/h基本能兼顾试验安全与试验质量，可操作性较强。

2.2 踏板踩踏速率的选择

动态制动踏板感测量中的踏板踩踏速率设定为100～150 N/s，该速率区间经多项目车型验证表明能有效完成制动过程且保证减速度能顺利达到抱死或ABS系统介入，同时能有效避免液压系统阻尼对踏板力的影响，可操作性较强。

2.3 影响真空度的工况选择

高原制动踏板感的试验本质上是对真空泵产生并维持真空度能力的测试，影响真空度的主要因素有4个方面。

1）海拔。作为影响到真空助力器性能的直接因素，高原制动试验需要在各特征海拔点进行，一般从1 000 m起每隔1 000 m的特征海拔点进行验证。

2）电气负荷。电气负荷的开启因影响发动机的输出功率继而影响到真空度，因此需在各特征海拔点下进行最大电气负荷与最小电气负荷下的制动评价。

3）电子辅助真空泵。带电子真空泵的车型需在接入/断开2种工况下进行对比测试。

4）发动机负荷。包括挡位及整车配重，两者均会影响发动机功率从而干扰真空助力器的真空度获取。

上述因素是主要但非全部因素，在实际试验操作中可能会对上述因素做单独验证或复合验证。

3 实例应用及分析

图3示出某车型在格尔木-昆仑山口进行高原试验中踏板感客观数据的测量结果，经比较分析，该车型在海拔3 000 m以下电气负荷对制动感影响并不明显，为方便对比，海拔3 000 m及以下的2种工况数据均选取了最小电气负荷的数据。

同时，随着海拔升高该车型制动减速度与制动踏板力的关系曲线在0.6 g以前变化不是很明显，0.7 g（接近ABS作动）时汽车进入紧急制动的制动力也在100 N以下。但海拔越高，0.6 g后的曲线斜率越来越低，表示大减速下的制动发硬现象将随着海拔升高而变得越来越明显。同时4 000 m海拔上最大电气负荷曲线较最小电气负荷曲线在0.7 g后斜率小很多，踏板力在0.7 g后变大明显。从0.7 g到0.8 g的踏板力跨度超过40 N，表示该海拔下开启最大电气负荷会存在制动严重发硬现象。

再对BFI选择重要参数进行分析，不同海拔下高原制动BFI对比，如表1所示，随着真空度上升，所有踏板力指标都会略微提高，但都很接近，因此该车型的制动感并不随海拔变化有明显不同。但踏板力线性指数随着海拔升高而明显下降。海拔4 000 m开启最大电气负荷后，最大制动减速度时制动力（ABS作动前）甚至高达300 N以上。结合图5和表1对BFI进行分析，4 000 m海拔开启最大电气负荷后，0.6 g时的制动力变轻，且线性度有一定回升，疑为真空度下降到2 400 kPa后电子真空泵作动，弥补了真空度的不足所致。