某新能源车型One-box回程台阶感的提升

张敬玉 施展翔 辛庆锋 李军 黄相茹

摘 要：新能源汽车更多搭载电液制动系统，使用解耦式的制动踏板，在正常行驶过程中依靠踏板感模拟器来提供踏板，某新能源车型选用One-box类型的电液制动系统，在该车型开发过程中，针对制动踏板回程存在台阶感的问题，提出了相应的解决方案并进行相关测试，验证该方案能够有效提升驾驶者的踏板感。

关键词：踏板感 One-box 制动控制器

0 引言

目前新能源汽车行业蓬勃发展，整车各个系统的零部件都在针对新能源汽车进行相应的适配与升级。目前主流车企新开发的新能源汽车制动系统大多采用One-box作为制动控制器，将原先的ESC与真空助力器集成到一起，集成度更高，制动响应时间更短，且选用制动踏板可解耦，并且能够按照不同驾驶者的驾驶习惯，调节不同的踏板感[1]。

1 制动踏板感

制动踏板感可以通俗的理解为驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板反馈给驾驶者的力大小，为了客观且量化的表示制动踏板感，可以通过制动减速度——制动踏板力曲线、制动减速度-制动踏板行程曲线、制动踏板行程-制动管路压力曲线以及制动踏板力-管路压力曲线来表示，而不同人对于踏板感的“好坏”的主观感知不同，所以在新能源车型的开发过程中，制动属性的研发人员也会通过一定的主观感受来评价踏板感，并按照实测的相关数据与主观感受来对踏板感进行优化[2]。

2 One-box踏板感的原理

相较于传统的制动助力机构，One-box配置的制动助力系统不在依靠真空助力器，而是通过增压缸这一结构来实现液压的增压，在不受环境气压影响的同时，能够实现制动踏板的解耦，从而实现制动踏板感的可调。

2.1 One-box踏板解耦原理

图2为One-box的液压原理图，可以看到，One-box存在2个液压缸，一个可以看作是传统的助力器中的主缸，一个是One-box配置中实现液压增压的增压缸。

当驾驶员踩下制动踏板时，踏板行程传感器会输出sent协议信号给ECU，触发线控制动，无刷电机、各个电磁阀会按照液压原理图中示意进行工作，踏板的SSV会上电打开，主缸与踏板感模拟器PFS联通，驾驶员踩下制动踏板，把主缸油液排到PFS中，PFS里的阻尼弹簧产生反作用力，从而行程踏板感[3]。在整个产生踏板感的过程中，液压回路不会与轮端管路相联通，整个液压的传递均在主缸与踏板感模拟器之间，从而实现One-box踏板的解耦。

2.2 踏板感模拟器原理

图3为One-box的踏板感模拟器内部构造，当驾驶员踩下踏板时，踏板感默里奇的外壳体会整体向右发生运动，低压弹簧（K值较低）会受到力的作用首先发生压缩，低压弹簧的K值影响到制动时的前段踏板感，前段的踏板行程约0～20mm，当低压弹簧压缩到极限时，高压弹簧开始发生形变，即开始被压缩（K值较高），中段的踏板感主要由高压弹簧的踏板感的K值所决定，中段的踏板行程约20～50mm，而当弹簧1压块与弹簧2压块开始压缩并贴合后，共同组成了后段踏板感，后段的踏板行程约50-65mm。

3 回程台阶感的问题与原理

某新能源车型选用One-box配置的制动系统，在制动踏板感的标定过程中，发现该车型在缓慢释放踏板的时候存在台阶感，试验人员将制动灯开关拔掉后台阶感依然存在，于是开始分析该故障是否由One-box导致的。

将所谓的“问题件”安装到整车模拟台架上，带踏板线控制动后缓慢释放踏板，确认推杆回位末端0.71mm处，感受踏板力有明显突变感（因读取位移传感器数值时，感受到台阶感已过，台阶感刚出现时对应传感器位移值＞0.71mm，经确认，台阶感出现时推杆位移0.9-1.2mm）。

如图5的推杆力-位移曲线，回位末端也有力突变，与主观感受的台阶感能够对应上，由此可初步判断台阶感产生的原因时推杆力突变引起的。由于One-box主缸在减压的过程中，关闭空行程建压时液体的泄露、关闭空行程建压时密封圈在槽内的移动和变形、TMC腔建压时电磁阀的渗漏、PFS回位的滞后，均会导致制动腔体内有少量的液体损失，从而会导致主缸活塞（推杆）回退过程中（空行程打开前）主缸腔体内会产生负压，引起推杆力快速下降，待空行程打开后，制动腔内负压变为零，推杆力会上升。

4 回程台阶感的解决方案

对台阶感进行进一步分析，One-box回程时的台阶感主要影响因素如下：

（1）F1-F2的斜率和落差。

（2）F2-F3的斜率和落差。

基于影响因素分析，我们有如下的优化方案：

（1）在前腔活塞补液孔处增加环形槽，减小该位置皮碗和活塞摩擦力，减小推杆力下降值，使F1-F2落差及斜率减小。

（2）主缸前腔活塞补充液空数量由6个减少到2个，空行程打开后，减小补液速度，使F2-F3落差及斜率减小。

将优化后的One-box实测相关参数与优化前的参数进行对比。

如图10、图11所示，主缸前腔活塞增加环形槽+补液孔调整后，回位台阶感仍然会存在，但也在整体上变轻微了，后经属性同事客观评价后，认为优化后的回程台阶感相较于优化前得到了显著了提升，该方案能够有效的减轻回程台阶感。

5 总结

通过本次对回程台阶感问题的分析与解决，我们在工程开发的过程中，对于台阶感的影响因素了解的更加深入。

影响台阶感的因素如下：

（1）空行程打开前，负压产生值大小

①控制主皮碗打开负压值

控制点：主缸皮碗材料硬度、内外径尺寸以及皮碗槽直径和活塞外径尺寸。

②皮碗在槽内的移动

控制点：皮碗宽度尺寸及阀体皮碗槽轴向尺寸。

③TMC腔建压时电磁阀的渗漏

控制点：解耦阀密封性。

④PFS的滞后（回位性）

控制点：PFS小弹簧力。

⑤主皮碗背部及前端通液能力

控制点：阀体主皮碗背部径向尺寸。

（2）空行程打开后，补液速率大小

控制点：主缸前腔活塞补偿空直径、数量以及TSV阀节流口通流能力。

（3）皮碗和主缸牵强活塞摩擦力大小

控制点：前腔活塞补液孔处环形槽尺寸，油脂涂抹量及均匀度。

（4）行程打开位置越靠近末端，台阶感感知度越弱

控制点：主缸前腔空行程值。

（5）推杆回位力大，回位速度快，台阶感感知度越弱

控制点：推杆回位力值。

以上的经验在本次问题的解决中得到了很好的积累，明确了One-box回程台阶感问题上的各个影响因素与相对应的解决方案，也为后续的产品开发过程提供了宝贵的工程经验。

参考文献：

[1]余卓平，韩伟，徐松云，等.电子液压制动系统液压力控制发展现状综述[J].机械工程学报，2017，53（14）：1-3.

[2]张建亮，赵锴锴.再生制动系统制动踏板感觉模拟器研究及开发[C].2015中国汽车工程学会年会论文集，2015.

[3]高鸣晓，王跃，刘巍，等.乘用车制动踏板感研究[J].农业装备余车辆工程，2015，53（11）：53-56.