制动踏板感觉试验浅析

吴延鹏，徐赟

制动踏板感觉试验浅析

吴延鹏，徐赟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要通过对市场用户制动工况的分析，结合整车道路制动性能试验手段，搭建了整车制动踏板感觉试验评估体系。本体系通过制动踏板力、踏板行程、减速度等参数，将制动主观感觉进行了客观的量化，为产品开发和品质的提升提供了一种新的方法。

制动系统；制动踏板；试验

引言

随着汽车工业的快速发展，我国的汽车保有量和普及度迅速提高，用户对汽车的要求也越来越多样化，制动系统的踏板操纵作为用户日常最重要的交互界面之一，向来都备受关注。根据市场反馈，用户对制动系统反映最多的主要有刹车不够灵敏、制动踏板低、制动疲软等问题，但目前汽车制动性能主要以制动距离、车辆减速度等硬性指标为评判标准，不能反馈出市场用户所反应的主观问题，因此本文提出了制动踏板感觉试验方法，结合车辆开展实车试验，对试验数据进行分析、比较，为车辆制动系统的设计开发和评价提供一种有效的方法。

1 制动感觉评价体系介绍

1.1 制动主观评价系统

整车制动主观评价是整车生产定型前除法规强制试验外最重要的评价手段之一，其一般评价体系构成如图1所示。在制动主观评价体系中，制动踏板感觉是重点考察的项目之一，是驾驶者最直接的感受。关于制动踏板感觉的测试评价，目前各主机厂及相关汽车检测机构通常以固定项目的主观评价为主，评价项目、内容见表1所示。

此种评价体系可以类比出相关竞争车型之间的差异，但这种评价方法需要专业人员来进行大量的评估，结论才具有可参考性，且各种外界因素会干涉主观评估结果，因此制动主观评价的可靠性及应用便捷性不高，且无法对制动系统的匹配给出更进一步的指导。

图1 制动主观评价体系

表1 制动踏板感觉评价项目

评价项目评价结果 制动踏板自由行程踏板自由行程（小/大）−3 −2 −1 0 1 2 3 制动踏板力踏板力（过重、过轻/合适），ABS作用时感觉−3 −2 −1 0 1 2 3 制动踏板行程踏板行程（过长、过短/合适），ABS作用时感觉−3 −2 −1 0 1 2 3 踏板渐进性制动减速度与踏板力合适的线性关系（无/有）−3 −2 −1 0 1 2 3 制动响应制动响应（急剧/平滑/缓慢）−3 −2 −1 0 1 2 3 制动迟滞作用助力变化（快/慢）−3 −2 −1 0 1 2 3

1.2 踏板感觉的定义及影响因素

以液压制动系统为例，制动踏板通过杠杆机构与真空助力器，进而与制动主缸相连。在踩下制动踏板后，一方面制动踏板克服机构间隙，在真空助力器的助力作用下，推动主缸活塞运动，使管路油压升高推动轮缸并使摩擦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的制动力并最终使车辆减速；另一方面，驾驶员获得踩制动踏板得到的反馈信号踏板位移和踏板力，再加上车辆制动身体和视觉上所感受到的减速度，听觉上的制动噪声等诸多因素，共同构成了完整的制动感觉[1]。

车辆制动情况下驾驶员身体感官上的综合感觉称之为制动感觉，由制动系统零部件、制动系统与整车的匹配决定。而制动踏板感觉则侧重于制动踏板机构给驾驶员脚的反馈作用，通过踏板行程-踏板力曲线即踏板特性曲线来描述。因此可以认为制动感觉的包含制动踏板感觉，好的制动踏板感觉不一定会有好的制动感觉（比如制动抖动、制动噪声等），但是好的制动感觉必须要有好的制动踏板感觉。

踏板特性即踏板行程与踏板力的关系，制动减速度与踏板的关系，以及驾驶员感觉到的制动减速度，共同构成了车辆的制动踏板感觉。影响制动踏板感觉因素即现阶段我们能测量的参数有：

（1）制动踏板位置参数；

（2）制动踏板行程；

（3）制动踏板力；

（4）制动系统的响应速度；

（5）车辆的减速度；

（6）车辆减速度的可调节性，主要指驾驶员在踩下制动踏板时，达到预期的减速度后，能够通过继续促动或者部分释放制动踏板获得更大或者更小的减速度的能力。

开展实车试验，对以上参数进行采集、处理与分析，得到客观量化的制动踏板感觉，从而形成制动踏板感觉评估体系。

2 制动踏板感觉试验评估体系

2.1 制动踏板位置参数

有关研究表明，制动反应时间与汽车制动踏板位置的设计存在明显关系，油门踏板的位置稍高于制动踏板，制动踏板板面比油门踏板板面宽，这样遇到紧急情况需要紧急制动时，脚可以顺利快速地从油门上滑落下来，踏在制动踏板上，从而迅速采取制动措施，这种设计减少或消除了完成制动时需抬腿去踩踏板的努力，人可以借助重力迅速有效地完成制动，且不会误踩到油门上，减少了操作时间，也在一定程度上防止了误操作[2]。

制动踏板与油门踏板的间距也对制动反应时间有一定的影响。一般说来，两踏板相距过远，脚需移动距离长，制动反应时间也长，而两者相距太近，尽管反应时间减少了，但极易踏错踏板而酿成惨祸或单脚同时路下两只踏板，从而损坏了车辆制动系统的功能，因此设计时，应找出最佳的设计间距，两踏板的间距取10～15 cm为佳。

2.2 制动初始阶段的踏板力和踏板行程

车辆在空挡滑行时，由于空气阻力、滚动阻力等的影响，会产生一个减速度即滑行减速度[3]，根据经验数据滑行减速度在0.03～0.1范围内。制动初始阶段是指制动器刚刚开始作用的时刻，反映在测量数据上即为减速度刚超过0.1时刻，此时的踏板力、踏板行程即为制动初始阶段的踏板力和行程，如图2所示。

图2 制动过程图

2.3 制动感觉点的踏板力和踏板行程

制动感觉点是在制动过程中驾驶员主观感觉到车辆有制动的时刻，此时的制动踏板力及行程即为制动感觉点的踏板力、踏板行程。

我们曾通过5种不同类型的车辆在不同载荷状态下，以不同的制动初速度（10 km/h～120 km/h），进行不同工况的制动（轻制动、中制动、紧急制动等），当驾驶员有制动感觉时触动触发开关，同时全程记录车辆的减速度、踏板力及行程、管路压力等，最后通过大量数据统计分析得出，当车辆瞬时减速度达到0.23～0.35时，人体就明显感觉到车辆进行了制动。因此定义制动过程中车辆瞬时减速度达0.3时刻为制动感觉点，如图2所示。

2.4 制动正常作用点的踏板力和踏板行程

如图2所示，减速度在0.55之前，车辆的减速度、制动力、踏板力、踏板行程通常呈线性关系，在减速度超过0.55之后，车制动系统的调节装置将开始起作用，对制动系统的管路压力进行调节，之后的线性度将会失真。因此定义减速度0.55处为制动正常作用点，此时的踏板力、行程即为制动正常作用点的踏板力、踏板行程。

2.5 制动踏板线性度指数

主要是评价车辆减速的可调性，驾驶员制动时．为达到预想的减速度而继续踩下或者部分抬起踏板时，车辆制动减速度的响应程度。基于踏板力－减速度曲线通过最小二乘法进行相关幂函数拟合（拟合的区域为制动初始点到制动正常作用点）得到线性度指数，即Dec=Const×Force×exp，其中exp即为线性度指数，一般情况exp在0.85～1.05之间为宜。

2.6 制动踏板特性图

为了能更清晰地表达制动踏板与车辆减速度的关系，分别绘踏板力与减速度、踏板行程与减速度的曲线图即制动踏板的特性图，同时根据大量试验数据的积累，我们初步确定出轿车制动踏板特性图的经验区域，如图3所示。

2.7 制动踏板感觉评分标准

制动踏板感觉评分标准如下表2所示：

表2 制动感觉指数试验评估体系

参数权重/%目标值评分计算标准 踏板形状及位置与油门踏板的高度差5标杆车或经验值与目标值误差每超10％减1％ 与油门踏板的间距 踏板特性曲线图踏板力－减速度15是否在经验区域按照在经验区域内的比例评分 踏板行程－减速度 制动初始点踏板力/N517～25超目标值每5 N减20％ 踏板行程/mm2020～32超目标值每5 mm减25％ 制动感觉点踏板力/N1035～50超过或不足目标值每5N减25％ 踏板行程/mm1037～47超过或不足目标值每2.5 mm减25％ 制动正常作用点踏板力/N1060～80超目标值每10N减20％ 踏板行程/mm1040～55超过或不足目标值每10 mm减20％ 踏板线性度踏板力150.85～1.05超出或不足目标值每0.02减10％

3 实际应用

根据市场反馈某型车辆制动点头现象严重，将制动踏板感觉试验引入到此类型车辆的制动系统整改当中，先后对原状态、优化方案1、优化方案2进行了测试，结果如表3、图4所示。

由表3、图4可得出，原状态的制动踏板感觉最差、优化方案1的制动踏板感觉稍好，优化方案2的制动踏板感觉最好。

原状态车辆制动初始点的踏板力及踏板行程在经验区域内，但是在踏板力为20 N、踏板行程为30 mm时，车辆制动减速度从0.1阶跃到0.4，特别明显的制动点头现象，显然此点头现象是由于真空助力器阶跃特性点参数有问题造成的；同时踏板力—减速度曲线图几乎没有在经验区域内，制动感觉点之后，制动踏板略显沉重；且制动踏板线性度指数较差。

表3 制动踏板感觉实例

参数权重/%目标值原状态方案1方案2 踏板形状及位置与油门踏板的高度差5标杆车或经验值444 与油门踏板的间距 踏板特性曲线图踏板力－减速度15是否在经验区域7715 踏板行程－减速度 制动初始点踏板力/N517～25555 踏板行程/mm2020～32202020 制动感觉点踏板力/N1035～502.51010 踏板行程/mm1037～4751010 制动正常作用点踏板力/N1060～808810 踏板行程/mm1040～55101010 踏板线性度踏板力150.85～1.05013.515 总得分61.587.599

优化方案1：制动踏板初始点、感觉点的参数均能满足要求，但是由制动踏板特性图可以得出，还略有制动点头现象；且制动过制动感觉点后，制动踏板沉重的问题还没解决。

优化方案2：制动踏板的特性曲线完全在经验区域内，且制动踏板线性度指数与经验曲线几乎接近，此状态的制动踏板感觉良好。

同时在试验测试过程中，我们也进行了主观评价，评价人员对优化方案2车辆的状态，感觉十分满意。

4 结论

上述内容主要通过在对制动踏板感觉试验评估体系的建立以及对某型车辆制动点头现象整改中，本文根据提出的制动踏板感觉试验方法，找出了被评估车辆问题的原因，并通过优化匹配的手段和再验证提高了制动踏板感觉，最终取得了较为满意的结果。制动踏板感觉试验评估体系对设计优化的指导意义得到了验证。

[1] 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(06):4-7+54.

[2] 王望予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

Analysis on the Test of Brake Pedal Feeling

WU Yanpeng, XU Yun

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）

Through the market users braking condition analysis, this paper combined with the tools of road vehicle braking performance test, to build a vehicle brake pedal feel test evaluation system. The system through the brake pedal force, pedal travel, deceleration and other parameters, make the subjective feel of the brake effectively to quantify, for product development and quality improvement provides a new method.

Brake system; Brake pedal; Test

B

1671-7988(2021)22-125-04

U467

B

1671-7988(2021)22-125-04

CLC NO.: U467

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.032