制动踏板感影响因素及量化控制

孙建涛，刘浪，崔洋，易东旭

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

0 引言

随着中国经济和汽车行业的发展，国内汽车销量快速增长，2016年中国占世界汽车销量的28%，销量达到2 800多万辆，中国已成为世界最大的汽车市场。同时，随着汽车保有量的增加，中国的驾驶员数量也逐年增加，截止到2015年，我国机动车驾驶人达到3.3亿，其中汽车驾驶人超过2.8亿。随着驾驶人驾驶年限增加和驾驶人对汽车的深度了解，对车辆性能提出更高的要求，在满足部件功能的情况下，对驾乘感受也越来越重视。制动系统作为驾驶过程中最频繁操作的系统之一，在满足功能和安全的前提下，主观感受也同等重要。

良好的制动踏板感受是优秀车辆的必要条件，是用户满意度的一个重要指标，应能满足绝大多数驾驶员主观感受的要求。制动踏板感受与客观数据相结合，形成可实施的踏板感目标。踏板感是多因素综合影响的结果，且每个影响因素的贡献度不同，又相互制约，因此研究踏板感的影响因素及其量化控制，是制动系统工程师面对的重要课题。

1 踏板感目标

在传统液压制动系统中，制动踏板通过杠杆机构与真空助力器带主缸总成相连，驾驶员在踩下制动踏板后，一方面，制动踏板克服机构间隙，在真空助力器的作用下，推动主缸活塞运动，使管路油压升高推动制动分泵并使得制动片和制动盘间产生制动力矩，进而在轮胎-路面的相互作用下形成对车辆运动方向相反的制动，最终使车辆减速或停止；另一方面，驾驶员通过踩踏制动踏板，根据反馈得到踏板力和踏板位移信号，进而获得一定的制动踏板感受，再加上身体感受到车辆制动减速度、听觉上的制动噪声以及视觉上的车辆减速度等诸多因素，共同构成了完整的制动感受。制动感受是车辆在制动情况下驾驶员身体感官上的综合感受，由制动系统零部件以及制动系统与整车匹配所决定；而踏板感受则侧重于制动踏板机构给驾驶员右脚的反馈作用，通过踏板特性曲线，即踏板力-踏板位移曲线来描述。因此可以认为制动踏板感受是制动感受的组成部分，好的制动踏板感受不一定会有好的制动感受(比如制动噪声、制动抖动、制动距离过长等)，但是好的制动感受必须要求有好的踏板感受。

从上述有关制动踏板感受定义可以知道，踏板力与减速度关系曲线、踏板行程与减速度关系曲线是描述制动踏板感受的有效方法，因此定义这两种关系曲线是研究踏板感受的基础。国内外一些主机厂在这一方面做了很多基础性的研究和积累，提出了各自的踏板感受标准。根据对驾驶员踩踏制动踏板速度对比分析，认为以100～150 N/s的踩踏速度进行试验和仿真模拟，更能准确反映一般使用工况下的踏板感受。

通过研究积累和对标车踏板感客观数据测试，结合主观评价，得出较优的制动踏板感目标区域，如图1和图2所示。

踏板感被整车、悬架及制动系统等零部件共同影响，需要找出制动踏板感的影响因素，以便通过量化控制影响因素来满足踏板感目标。文中主要介绍制动系统相关的影响因素。

2 踏板感影响因素分析

对踏板力与减速度关系、踏板行程与减速度关系进行研究，通过整车参数和制动系统理论计算，结合对标车主观评价和经验参数进行分析，得出如下踏板感的影响因素。

制动踏板力主要与以下因素相关：

(1)制动踏板杠杆比；(2)真空助力器助力比；(3)制动主缸缸径；(4)前、后卡钳缸径；(5)前、后制动盘有效半径；(6)前、后摩擦片摩擦因数；(7)真空助力器真空度；(8)制动系统各零部件力传递效率。

制动踏板行程主要与以下因素相关：

(1)制动踏板杠杆比；(2)真空助力器空行程；(3)制动主缸缸径；(4)前、后制动器盘片间隙；(5)前、后制动器卡钳所需液量；(6)前、后摩擦片摩擦因数；(7)前、后软管所需液量。

通过对以上影响因素分析，可以得出影响踏板力和踏板行程的主要共同影响因素：(1)制动踏板杠杆比；(2)制动主缸缸径；(3)前、后卡钳缸径；(4)前、后制动盘有效半径；(5)前、后摩擦片摩擦因数。

主要共同影响因素对踏板力和踏板行程的影响趋势见表1。

表1 各主要影响因素对踏板力和踏板行程的影响趋势

从表1可以看出，各影响因素对踏板感的影响结果不完全相同，且相互制约，因此，找出每个影响因素对踏板力和踏板行程的贡献度非常重要。

3 踏板力和踏板行程影响因素贡献度分析

踏板力和踏板行程的影响因素较多，若要模型准确仿真，需要准确知道各因素对仿真结果的影响量。因此引入贡献度分析，即每个影响因素在自身参数发生变化的情况下，对结果的影响量。以下通过单因子法分析，即各影响因素增加5%，得到的结果分析对比如图3—图4所示(负值表示踏板力减小或踏板行程减小的趋势变化)。

从图3中可以看出，制动系统零部件所需液量与踏板力关联度为0；从图4中可以看出，主缸缸径和制动踏板杠杆比对踏板行程影响较大，系统中各因素均对踏板行程有影响。

以下为各影响因素贡献度排序(按照从大到小的贡献度排序)。

(1)踏板力：主缸缸径；车质量；轮胎滚动半径；后摩擦因数，后盘有效半径；后卡钳缸径；前摩擦因数，前盘有效半径；助力器助力比；踏板杠杆比；前卡钳缸径。

(2)踏板行程：踏板杠杆比；前卡钳所需液量；车质量；轮胎滚动半径；后卡钳所需液量；主缸所需液量；制动软管长度，制动软管所需液量；制动软管长度，制动软管所需液量；ABS所需液量；助力器助力比；质心高度；后卡钳缸径；后摩擦因数，后盘有效半径；前卡钳缸径；前摩擦因数，前盘有效半径；主缸缸径。

结合某款B级高档轿车的制动系统匹配，根据影响因素及影响因素的贡献度，得出制动系统的不同方案，并寻求满足踏板感目标的最优组合。其中，整车参数如表2所示，制动系统参数如表3所示。

表2 整车参数

表3 制动系统参数

通过制动系统仿真软件，对各方案进行分析，结合制动系统踏板感目标，得出结果如图5—图6所示。

各方案对比结果如表4所示。

表4 各方案对比

从以上对比方案分析：目前方案踏板行程偏长，不满足目标要求；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，方案最优。

通过对影响因素贡献度的分析，可以让制动系统工程师对各因素的影响量进行量化，从而更好地指导制动系统匹配设计工作。

4 结束语

制动工况为车辆使用最频繁的工况之一，直接体现客户感受，间接体现车辆品质。具有良好的制动踏板感，驾驶员能轻松控制车辆减速或停止，所以较优的制动踏板感也是各主机厂的一致追求。通过对影响踏板感的各因素分析并进行排序，为制动工程师找到踏板感的主要影响因素，从而对关键因素进行控制，使车辆容易达到较优的制动踏板感。