乘用車制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)研究

乘用車制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)研究

制動(dòng)面板試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn)研究動(dòng)態(tài)跟蹤裝置的感覺是駕駛員和汽車之間互動(dòng)的重要信息，它直接影響到消費(fèi)者對(duì)車輛質(zhì)量的評(píng)估。隨著我國(guó)汽車行業(yè)的發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)乘用車制動(dòng)踏板感覺的抱怨逐漸增多,主要體現(xiàn)在制動(dòng)力偏軟或偏硬。同時(shí),制動(dòng)踏板感覺個(gè)性化設(shè)計(jì)需求增加,例如偏重制動(dòng)舒適性或制動(dòng)靈敏性。因此,制動(dòng)踏板感覺逐漸成為汽車生產(chǎn)廠商提升用戶滿意度的突破口。目前,乘用車制動(dòng)踏板感覺的研究主要以整車試驗(yàn)為主。早期制動(dòng)踏板感覺整車試驗(yàn)以主觀評(píng)價(jià)為主,隨后,整車客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)在制動(dòng)踏板感覺的研究中得到應(yīng)用與推廣。整車客觀評(píng)價(jià)測(cè)試通常包含靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試,測(cè)試的物理量主要有制動(dòng)踏板力和行程、制動(dòng)油壓和制動(dòng)減速度,主要采用制動(dòng)感覺指數(shù)、踏板功-踏板剛度特性曲線和踏板力-踏板行程最優(yōu)曲線的方法評(píng)價(jià)客觀測(cè)試數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)中對(duì)20輛乘用車開展了制動(dòng)踏板感覺主/客觀評(píng)價(jià)測(cè)試研究,通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)靜態(tài)踏板特性較好的車輛的動(dòng)態(tài)特性也較好,故可用靜態(tài)踏板特性評(píng)價(jià)車輛的制動(dòng)踏板感覺。通過前期的試驗(yàn)研究和文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn),制動(dòng)踏板感覺整車試驗(yàn)存在一定的不足,主要包括:(1)由于制動(dòng)踏板的弧線運(yùn)動(dòng)和駕駛員操作,導(dǎo)致踏板力、踏板行程和踏板速度等關(guān)鍵工況因素不能得到精確控制,工況的一致性較差;(2)發(fā)現(xiàn)踏板速度對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響很大,由于踏板速度無法準(zhǔn)確控制,無法定量開展踏板速度對(duì)制動(dòng)踏板感覺的試驗(yàn)研究與分析;(3)制動(dòng)中助力器真空度單一,無法研究不同真空度水平對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響;(4)整車試驗(yàn)以實(shí)車制動(dòng)系統(tǒng)為測(cè)試對(duì)象,無法確定導(dǎo)致制動(dòng)踏板感覺偏軟或偏硬的主要原因或關(guān)鍵貢獻(xiàn)部件。為了彌補(bǔ)制動(dòng)踏板感覺整車試驗(yàn)的不足,研究關(guān)鍵因素或零部件對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響,對(duì)改進(jìn)制動(dòng)踏板感覺提供直接指導(dǎo),學(xué)者們逐漸開展制動(dòng)踏板感覺臺(tái)架試驗(yàn)。文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)了制動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)架測(cè)量了真空助力特性;文獻(xiàn)中也設(shè)計(jì)了制動(dòng)系統(tǒng)臺(tái)架,測(cè)量了制動(dòng)系統(tǒng)特性;文獻(xiàn)中利用改造的制動(dòng)器慣量試驗(yàn)臺(tái)研究制動(dòng)軟管對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響;文獻(xiàn)中在改造的JASOC448制動(dòng)鉗試驗(yàn)臺(tái)上研究了活塞對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響。通過分析發(fā)現(xiàn),這些研究中采用的試驗(yàn)臺(tái)架較為簡(jiǎn)單,不能控制制動(dòng)踏板速度和助力器真空度,而且臺(tái)架試驗(yàn)的有效性缺少驗(yàn)證。為此,本文中開發(fā)構(gòu)建了乘用車制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)臺(tái)架,制定了臺(tái)架試驗(yàn)方案和評(píng)價(jià)方法,并進(jìn)行了制動(dòng)踏板感覺臺(tái)架試驗(yàn),通過與整車試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析,驗(yàn)證了制動(dòng)踏板感覺臺(tái)架試驗(yàn)的有效性。研究了推桿速度和真空度等關(guān)鍵工況因素對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響,為直接影響制動(dòng)踏板感覺的液壓制動(dòng)系統(tǒng)的建模和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。1動(dòng)態(tài)剎車試驗(yàn)，搖動(dòng)框架試驗(yàn)1.1制動(dòng)板機(jī)構(gòu)的選擇根據(jù)前期制動(dòng)踏板感覺整車道路試驗(yàn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),參考我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件,確定試驗(yàn)臺(tái)架應(yīng)具有再現(xiàn)整車道路試驗(yàn)制動(dòng)踏板感覺靜態(tài)特性的功能,并可研究推桿速度、真空度和關(guān)鍵零部件特性對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響。由于整車制動(dòng)踏板感覺主要表現(xiàn)在踩下制動(dòng)踏板的階段,整車試驗(yàn)中踏板行程的測(cè)試比較復(fù)雜,制動(dòng)踏板的弧形運(yùn)動(dòng)不易實(shí)現(xiàn)直線加載,而制動(dòng)踏板對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的作用可等效為踏板杠桿比,因此試驗(yàn)臺(tái)架忽略了制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu),直接驅(qū)動(dòng)真空助力器推桿。又由于ABS/ESP僅在緊急制動(dòng)工況才會(huì)工作,此工況注重制動(dòng)安全性而輕視制動(dòng)踏板感覺,因此,試驗(yàn)臺(tái)架中忽略了ABS/ESP系統(tǒng)。試驗(yàn)臺(tái)架采用除制動(dòng)踏板和ABS/ESP之外的全套實(shí)車制動(dòng)系統(tǒng),包含機(jī)械支撐裝置、動(dòng)力裝置、真空裝置和測(cè)控裝置,臺(tái)架示意圖如圖1所示。1.2試驗(yàn)臺(tái)架的關(guān)鍵技術(shù)由于制動(dòng)助力器真空度在0.08~0.1MPa之間,制動(dòng)踏板杠桿比在3~4.1之間,最大制動(dòng)踏板速度為10~100mm/s,提出了試驗(yàn)臺(tái)架的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),如表1所示。1.3傳感器測(cè)量助力器推桿力試驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有真空助力器推桿行程和力、真空助力器真空腔的絕對(duì)壓力、制動(dòng)主缸前/后腔和4個(gè)輪缸的油壓。測(cè)點(diǎn)的具體布置如下:(1)使用拉壓力傳感器測(cè)量助力器推桿力,它一端固定在伺服電動(dòng)缸推桿上,另一端與真空助力器推桿球接觸,如圖2(a)所示;(2)使用拉桿式位移傳感器測(cè)量真空助力器推桿行程,它一端固定在臺(tái)架支架上,另一端連接在真空助力器推桿上,如圖2(a)所示;(3)使用真空度傳感器測(cè)量真空助力器真空腔的絕對(duì)壓力,通過真空管和三通閥連接,如圖2(b)所示;(4)使用油壓傳感器測(cè)量制動(dòng)主缸前/后腔和輪缸的油壓,如圖2(c)和圖2(d)所示。1.4實(shí)車名義真空腔壓力2.根據(jù)前期制動(dòng)踏板感覺整車道路試驗(yàn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),制定制動(dòng)踏板感覺臺(tái)架測(cè)試工況如下:(1)推桿速度針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng),在無助力(真空腔壓力0.101MPa)和實(shí)車名義真空腔壓力(0.01MPa)下,以4、6、8、10、20、40mm/s的推桿速度操縱真空助力器直到推桿力達(dá)到1200N;(2)真空度針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng),真空腔壓力從大氣壓、0.09MPa降至0.01MPa,間隔0.01MPa,以及0.002MPa,以6mm/s的推桿速度操縱真空助力器直到推桿力達(dá)到1200N。1.5制動(dòng)板看各關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)繪制推桿力-推桿行程、主缸油壓-推桿行程和主缸油壓-推桿力曲線,通過推桿空行程、推桿預(yù)置力、推桿剛度、油壓空行程、油壓剛度、始動(dòng)力(A點(diǎn))、跳躍值(B點(diǎn))、飽和點(diǎn)(C點(diǎn))和助力比等關(guān)鍵指標(biāo)評(píng)價(jià)制動(dòng)踏板感覺,各關(guān)鍵指標(biāo)的定義如圖3所示。由于研究對(duì)象中真空助力器為雙助力比真空助力器,所以助力比和推桿剛度分別有兩個(gè)值。2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1實(shí)車真空腔壓力工況臺(tái)架試驗(yàn)與整車試驗(yàn)結(jié)果分析首先,在無真空助力和實(shí)車名義真空腔壓力工況下,通過臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與整車試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,分析臺(tái)架試驗(yàn)的有效性。實(shí)車制動(dòng)踏板杠桿比為3.2,對(duì)比分析時(shí)須將整車試驗(yàn)踏板行程除以制動(dòng)踏板杠桿比,制動(dòng)踏板力乘以制動(dòng)踏板杠桿比。圖4為推桿速度6mm/s時(shí)無真空助力工況臺(tái)架試驗(yàn)與整車試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比。由圖4可知,無助力工況臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與整車試驗(yàn)結(jié)果的一致性較好。若更詳細(xì)分析兩種試驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者間的差異主要表現(xiàn)在:臺(tái)架試驗(yàn)中的推桿預(yù)置力和始動(dòng)力稍大,推桿力空行程和主缸油壓空行程稍小;推桿行程為10~18mm,推桿剛度和主缸油壓剛度稍小;真空助力器助力比稍大。這主要是因?yàn)?整車試驗(yàn)中的制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過了磨合,而臺(tái)架試驗(yàn)中的制動(dòng)系統(tǒng)沒有經(jīng)過磨合,導(dǎo)致臺(tái)架試驗(yàn)中的制動(dòng)系統(tǒng)推桿預(yù)置力和始動(dòng)力稍大;實(shí)車制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)與真空助力器推桿連接時(shí)存在一定的間隙,導(dǎo)致整車試驗(yàn)中推桿力空行程和主缸油壓空行程稍大;臺(tái)架試驗(yàn)中制動(dòng)器沒有經(jīng)過磨合,摩擦襯片、制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤的剛度偏小,隨著油壓的增大引起制動(dòng)液的補(bǔ)充,導(dǎo)致推桿行程在10~18mm內(nèi)油壓剛度稍小;臺(tái)架試驗(yàn)中主缸油壓-推桿力斜率稍大,說明該真空助力器膜片回位彈簧剛度稍小。在相同的推桿行程時(shí),主缸油壓低,真空助力器膜片彈簧剛度小,導(dǎo)致臺(tái)架試驗(yàn)的推桿剛度小。當(dāng)推桿行程增大至19mm時(shí),盡管臺(tái)架試驗(yàn)的推桿力比整車試驗(yàn)偏小,但是由于克服了摩擦襯片、制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤等變形引起的制動(dòng)液補(bǔ)充量,而且臺(tái)架試驗(yàn)中真空助力器膜片回位彈簧剛度小,導(dǎo)致了臺(tái)架試驗(yàn)的主缸油壓比整車試驗(yàn)偏大,進(jìn)而說明了分析的合理性。圖5為推桿速度6mm/s時(shí)實(shí)車名義真空腔壓力工況臺(tái)架試驗(yàn)與整車試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比。由圖5可知,實(shí)車真空腔壓力工況臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與整車試驗(yàn)結(jié)果的一致性較好。詳細(xì)分析兩種試驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)兩者間的差異主要表現(xiàn)在:在臺(tái)架試驗(yàn)中,真空助力器達(dá)到飽和點(diǎn)時(shí),推桿力拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的推桿行程偏大;推桿行程在10~27mm內(nèi),臺(tái)架試驗(yàn)的主缸油壓剛度偏小;臺(tái)架試驗(yàn)中真空助力器始動(dòng)力稍大,第2階段的助力比偏小。在臺(tái)架試驗(yàn)中,始動(dòng)力稍大仍然與制動(dòng)系統(tǒng)沒有經(jīng)過磨合有關(guān),第2階段的助力比偏小與真空助力器的反作用盤剛度有關(guān);推桿行程在10~27mm內(nèi)主缸油壓剛度偏小,主要是由摩擦襯片、制動(dòng)鉗和制動(dòng)盤等變形引起制動(dòng)液補(bǔ)充與第2階段助力比偏小造成的;兩種試驗(yàn)真空助力器飽和點(diǎn)相同,但是臺(tái)架試驗(yàn)需要較大的位移達(dá)到飽和點(diǎn),且第2階段助力比偏小,導(dǎo)致推桿力拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的推桿行程偏大。通過無助力工況和實(shí)車名義真空腔壓力工況的對(duì)比分析可知,制動(dòng)踏板感覺試驗(yàn)臺(tái)架能夠再現(xiàn)整車制動(dòng)踏板感覺靜態(tài)特性,臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果具有較高的精度。2.2推桿速度影響在無助力和實(shí)車名義真空腔壓力工況下,分析推桿速度對(duì)制動(dòng)踏板感覺的影響。圖6為無助力時(shí)不同推桿速度下的制動(dòng)踏板感覺特性。由圖6可得如下結(jié)果。(1)推桿速度對(duì)推桿力空行程、主缸油壓空行程、推桿預(yù)置力、始動(dòng)力和油壓-推桿力曲線斜率基本無影響,其值分別為0.6mm、2.3mm、117.4N、293.1N和603.08MPa/m。主要原因是:無助力時(shí)推桿力空行程和油壓空行程可能主要與制動(dòng)主缸和真空助力器結(jié)構(gòu)間隙有關(guān);推桿預(yù)置力和始動(dòng)力可能主要與推桿回位彈簧的預(yù)緊力有關(guān),油壓-推桿力斜率可能主要由膜片回位彈簧剛度和制動(dòng)液壓縮剛度決定,因此都不受推桿速度的影響。(2)推桿速度小于10mm/s時(shí),其對(duì)推桿剛度和主缸油壓剛度影響很小;推桿速度大于10mm/s時(shí),推桿剛度和主缸油壓剛度都隨推桿速度的提高而增大。主要原因是:在較快的推桿速度下,中心閥式主缸建立油壓較快,需要的活塞行程較小。推桿速度改變了主缸油壓的變化,主缸油壓改變了推桿力的大小。圖7和圖8分別為實(shí)車名義真空腔壓力時(shí)不同推桿速度下的制動(dòng)踏板感覺特性和真空腔壓力-推桿行程曲線。由圖7可得如下結(jié)果。(1)推桿速度對(duì)推桿力空行程、主缸油壓空行程、推桿預(yù)置力、始動(dòng)力和油壓剛度基本無影響,其值分別為12.1mm、1.6mm、83.4N、75.9N和2401.4Pa/N。(2)桿速度小于10mm/s時(shí),其對(duì)推桿剛度、跳躍值、助力比和飽和點(diǎn)基本無影響;推桿速度大于10mm/s時(shí),推桿剛度變化不大,但推桿剛度1與推桿剛度2的交點(diǎn)前移;助力比和飽和點(diǎn)明顯減小。主要原因是:在推桿行進(jìn)過程中,真空腔壓力逐漸增大;推桿速度越大,真空腔壓力增長(zhǎng)率越大,如圖8所示,這導(dǎo)致了真空助力器助力的損失和助力比的下降。2.3真空腔壓力對(duì)于推桿受力影響圖9為推桿速度為6mm/s時(shí)不同真空腔壓力下的制動(dòng)踏板感覺特性。由圖9可得如下結(jié)果。(1)隨著真空腔壓力的增大,推桿預(yù)置力和始動(dòng)力逐漸增大,推桿力空行程、跳躍值和飽和點(diǎn)逐漸減小,主缸油壓空行程變化較小。由于真空腔壓力增大,真空助力器助力效果減小,導(dǎo)致推桿預(yù)置力和始動(dòng)力增大,推桿與反作用盤的間隙、膜片座與反作用盤的間隙減小,進(jìn)而導(dǎo)致推桿力空行程減小;當(dāng)推桿端面與膜片回位彈簧支座接觸后,推桿成為施力部件,油壓開始增大,但是由于真空助力逐漸減小,導(dǎo)致跳躍值逐漸降低;當(dāng)真空助力器輸出力克服了膜片回位彈簧預(yù)緊力后,反作用盤和膜片回位彈簧發(fā)揮作用,直至膜片回位彈簧有效行程結(jié)束,此時(shí)油壓達(dá)到飽和點(diǎn),但由于真空助力逐漸減小,產(chǎn)生的油壓逐漸降低,即飽和點(diǎn)逐漸減小。(2)隨著真空腔壓力的增大,壓力小于0.09MPa時(shí)油壓剛度變化不大;壓力大于0.09MPa后,油壓剛度有所降低;隨著真空腔壓力的增大,推桿剛度2和助力比2逐漸消失;當(dāng)達(dá)到大氣壓力時(shí),推桿剛度1和助力比1也消失。這主要是因?yàn)檎婵涨粔毫Ω淖兞朔醋饔帽P和膜片回位彈簧的有效工作行程和工作特性,使推桿力增大而輸出力降低。通過分析可以得出,真空助力器真空度對(duì)乘用車制動(dòng)踏板感覺具有重要影響。3制動(dòng)板感悟試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)利用乘用車