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车辆动态驾驶后制动踏板感变化分析

2022-10-02

汽车实用技术 2022年18期
关键词:摩擦片车速踏板

陈 龙

(广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院,广东 广州 511434)

制动踏板是驾驶员与车辆制动系统最重要的交互渠道,也是驾驶员控制和保障车辆行车制动安全的重要依靠标准。装备钳盘式制动器的车辆是通过卡钳活塞作用摩擦片和制动盘摩擦产生减速度从而制动车辆,在完成制动后,活塞和摩擦片分别依靠矩形密封圈的弹力和回位弹簧的弹力回位,使摩擦片与制动盘之间保持适当的间距。

日常驾驶时,当车辆驶出弯道或进行变道后,往往容易感觉到踩踏制动踏板时出现不同程度变软。在正常行车过程中,制动踏板感觉的突然变化,容易造成驾驶员误判,既影响驾驶体验,也危害行车安全。

由于制动踏板感的重要性和特殊性,各大车企对其进行了大量的研究。而正因制动踏板感的影响因素是多维度且复杂的,我们在研究和评价制动踏板感的时候往往都会固化某些因素,以近理想化的条件去研究某一个或某一些变量带来的影响。

通用汽车提出“制动感觉指数”的评价方法,对制动踏板感主观评价作了较为详细的研究。而广州汽车集团股份有限公司工程研究院谷建东等在此基础上,把对制动踏板感的主观评价转换为可量化的客观物理数据,将客户语言转化为工程语言,研究有了一定程度的突破。

但以上研究均是在制动系统理想工作条件下对制动踏板感匹配、主客观关联关系上作出的研究,而现实情况中,用户的使用工况更加复杂,制动踏板感的表现形式也是多样化的,而其中的一些比较重要的制动踏板感特性往往容易被忽略。

本文从消费者日常驾驶工况出发,设计试验方案,模拟用户使用场景,用客观试验探究分析车辆动态驾驶后的制动踏板感变化,研究车辆以不同车速变道、出弯前后,制动踏板感觉的变化,为制动系统的开发提供一定参考。

1 制动踏板感

1.1 概念

通常所说的制动踏板感为制动减速度、制动踏板力、制动踏板行程三者之间的关系。而狭义上讲,车辆在动态驾驶情况下,驾驶员可感知到制动踏板力的大小、制动踏板行程的长短以及由此产生的车辆减速度的大小,消费者群体的主观感受可以概括为以下两个方面:

(1)效力感:用制动减速度、制动踏板力表征。

(2)踏入感:用制动减速度、制动踏板行程表征。

1.2 影响因素

影响制动踏板感的因素是多方面的,包括车辆制动系统形式、制动防抱死系统(Antilock Brake System, ABS)/电子制动力分配系统软件参数、真空助力器/电子刹车助力系统iBooster参数、制动踏板阻尼和回位弹簧的刚度、制动管路系统减压的快慢、制动器的摩擦系数等等,同时还与路面和轮胎的附着力、驾驶员的驾驶风格都有一定的关系。

2 试验策划及实施

2.1 试验条件

试验场地选择国内某汽车试验场,该场地为国家认证的试验场,道路附着系数良好,且均一。

试验时天气晴朗,场地干燥,风速小于1 m/s。

试验车辆选择某热销燃油车,车况良好、钳盘式制动器、真空助力车型。

试验设备选择Vbox数据采集仪、陀螺仪、踏板力传感器、拉线位移传感器、减速度计、油压传感器等,如图1所示。

2.2 试验方案

为了更真实地模拟用户实际驾驶情况,与原始直线稳态行驶后的制动踏板感方案进行横向对比,本文分别设计了不同车速的双变道试验和匀速出弯试验两组试验方案来模拟高速变道及弯道行驶工况,具体方案策划如表1、表2所示。

2.3 试验实施

步骤1:车辆试验载荷条件为半载,除主副驾驶员以外,剩余配载以沙袋的形式固定在后排地板上。

步骤2:试验前,四个车轮均更换新的制动盘、制动摩擦片、轮胎,制动油管要进行排空处理,轮胎冷态气压调整为规定气压220 kPa。

步骤3:车辆以60 km/h的车速匀速行驶,每间隔1.5 km进行一次减速度约为3 m/s的制动,保持制动踏板直至停车,随即加速到60 km/h并保持车速,等待下一次制动。

步骤4:重复上述步骤3约150次,以对车辆和制动系统进行必要的磨合,避免因磨合不充分导致的试验过程中制动踏板感变化。

步骤5:试验开始前,摩擦片的温度应控制在65 ℃~100 ℃,避免因温度变化造成摩擦系数变化引起制动踏板感变化。

步骤6:按表1的要求,选择相应的速度使车辆做双变道,模拟日常驾驶中的变道工况。双变道的操作示意如图2所示。

步骤7:随后立即将车辆加速至105 km/h以上,释放加速踏板,使车辆滑行减速。

步骤8:当车速滑降至(100±2)km/h时,以35 N/s~75 N/s的踏板力踩踏速率开始制动,直至减速度达到8 m/s以上,此时ABS并未介入。

步骤9:记录试验过程中踏板力、踏板行程、制动减速度、轮缸液压等数据。

步骤10:重复步骤5—步骤8操作,至少3次。

步骤11:按照表2要求,选择相应的车速保持匀速出弯。

试验场弯道示意图如图3所示。

步骤12:出弯后重复步骤7—步骤9操作,至少3次。

3 试验结果

原始试验数据有一定的噪声毛刺,因此,需要利用平滑度指数为0.95的光滑样条拟合法对原始试验数据进行拟合,以得到较平滑的踏板感数据曲线,如图4所示。

3.1 双变道试验结果

不同方案的双变道试验拟合后的数据结果如图5、图6所示。从图中可知,双变道对制动踏板行程和减速度的关系的影响十分明显,而对踏板力和减速度的关系的影响十分微弱。随着双变道车速的提高,制动踏入感与初始值的差距也逐渐变大,而效力感几乎没有变化。

表3是根据拟合曲线取不同制动减速度点对应的制动踏板行程测试结果,当变道车速在100 km/h时,不同减速度点的差值变化率为18%~30%。主观评价为变软、变长。根据文献[4]提出的评分办法,主观评价得分将从8分降低至6分,容易引起客户抱怨。

3.2 匀速出弯试验结果

图7、图8为不同方案匀速出弯试验结果,结论与双变道基本一致,同样是踏入感变化明显,效力感没有变化。

表4是根据拟合曲线取不同制动减速度点对应的踏板行程,当出弯车速在100 km/h时,不同减速度点的差值变化率在15%~25%之间。

通过两组试验的结果可知,无论是双变道还是弯道行驶,随着车速提高,侧向加速度也将变大,卡钳活塞承受的侧向力变大,导致活塞滑动,从而带来盘片间隙的扩大,因此,制动踏板行程变长。而制动踏板力与减速度的关系取决于杠杆比和真空助力器的助力比,制动主缸受踏板的推杆输入力输入后,制动管路的液压传递到制动卡钳活塞上。当制动器的摩擦系数等其他因素未发生改变的情况下,轮缸压力与制动减速度的关系不变,从而主缸压力与制动踏板力的输入关系也不会改变。

4 结论

采用试验探究的方法,通过制动减速度和制动踏板力、行程的关系,验证了当车辆经过一定侧向加速度工况行驶后,会带来制动踏板感行程变长这一容易被忽略的问题,为制动系统开发提供一定参考。

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