制動踏板感主客觀關聯性研究

谷建東，劉 浪，崔 洋，周成斌 Gu Jiandong，Liu Lang，Cui Yang，Zhou Chengbin

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制動踏板感主客觀關聯性研究

谷建東，劉 浪，崔 洋，周成斌 Gu Jiandong，Liu Lang，Cui Yang，Zhou Chengbin

（廣州汽車集團股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

制動踏板感覺是終端消費者能夠直接主觀感知的一項重要性能，對制動踏板感覺的主觀評價與客觀測試數據的關聯性進行了大量工程試驗研究，把制動踏板感覺的主觀評價轉換為具體明確、可量化的客觀物理數據，將客戶語言轉化為工程設計語言，形成了踏板感覺的客觀目標，進而指導工程設計。

踏板感覺；主觀評價；客觀測試；主客觀關聯性

0 引 言

在汽車制動系統中，制動踏板感覺是終端消費者能夠直接感知的一項重要基本性能。在車輛制動過程中，駕駛員通過制動踏板給車輛輸入制動或釋放意圖；同時，車輛本身減速度變化的反饋也是駕駛員進行下一步操作的重要參考。如何將駕駛員制動時的主觀感受與客觀試驗所采集的物理變量關聯起來，從而使踏板感覺轉換為可以量化的工程設計語言，是制動踏板感覺研究面臨的一個重要問題。

1 研究現狀和研究內容

1.1 研究現狀

國內外一些科研院校和主機廠在制動踏板感覺方面進行了大量研究。

通用汽車的Ebert和Kaatz提出BFI（Brake Feeling Index，制動感覺指數）評價方法，即駕駛員通過實車試驗，采用十分制原則對踏板感覺進行主觀評價打分，進而建立以客觀測量物理量為自變量，主觀評分為應變量的解析方程，將制動踏板感覺主觀評價與踏板力、踏板位移、制動器響應時間、踏板力線性度等客觀物理量關聯起來[1]。

此方法具有一定參考性，但存在以下不足：

1）主觀評價過程中的試驗工況及打分標準沒有具體定義；

2）客觀試驗方法沒有明確統一定義，而踏板踩踏速率等因素直接影響試驗結果；

3）制動器響應時間在實際操作過程中很難獲得，可操作性低；

4）該指數無法控制踏板感覺風格，即獲得同樣的BFI指數的車型，可能實際風格迥異。

1.2 研究內容

從宏觀上把握制動過程的人機交互，將踏板感覺簡化為踏板力、踏板行程與制動減速度的關系。首先確定主觀評價工況及打分標準，然后完成統一工況下的客觀試驗數據采集，再通過統計學相關性分析原理，利用Matlab相關系數函數，獲得制動踏板感覺在制動過程中主觀評價和客觀數據的關聯性。

2 制動踏板感覺的定義和評價維度

2.1 制動踏板感覺的定義

在車輛制動時，制動踏板是人機交互的重要部件。駕駛員踩下制動踏板，踏板力和踏板行程作為人對車輛的輸入，車輛的實際減速度作為車輛對駕駛員的最終輸出反饋，進而形成一個完整的車輛制動閉環過程。

從狹義上來說，動態情況下，踏板力與車輛減速度、踏板行程與車輛減速度的關系所共同構成的制動特性，稱為車輛的制動踏板感覺[2]。

2.2 制動踏板感覺主要評價維度

制動踏板感覺的評價可以從5個角度來考慮：1）踏板力；2）踏板行程；3）踏板阻尼和回位滯后；4）車輛制動系統響應速度；5）車輛減速度。此外，踏板感覺還和車輛的整車參數、駕駛員自身駕駛喜好以及路面天氣環境等因素有關[3]。

制動踏板感覺包含因素較多，評價相對復雜。因為踏板阻尼和回位滯后、車輛制動系統的響應速度對于主觀評價來說，標準較難統一，且客觀數據采集困難，大多數消費者不易感知其中差別，故主要通過踏板力、踏板行程、減速度3個評價維度對制動踏板感覺主客觀關聯進行深入分析研究。

3 試驗過程

3.1 主觀評價標準及打分

3.1.1 主觀評價標準

在實車試驗開展之前，對駕駛員制動踏板感覺主觀評價項目進行針對性的培訓，例如踏板行程與車輛減速度的關系，踏板力與車輛減速度的關系，踏板軟、硬的程度等，建立統一的評分標準，見表1。

表1 制動踏板感覺評價項目詮釋表

3.1.2 主觀評價打分

為建立用戶主觀評分體系，分別選取25款不同品牌、不同定位、不同風格踏板感的車型，邀請10名評價工程師通過實車試驗完成表1所列評價項目，即駕駛員通過規定的不同行駛工況對車輛的踏板感覺特性按照十點評價法進行打分，1分為最差，10分為最好。評分摘要見表2。

表2 十點評價法評分摘要

3.2 建立客觀試驗標準

因環境、車輛狀態、駕駛員踩踏速度等諸多因素對試驗結果有直接影響，為使不確定因素影響最小，建立統一試驗標準。

1）試驗條件。

試驗場地應為干燥、平整混凝土或者柏油路面，附著系數應不低于0.9；風速小于5 m/s，氣溫20～30℃。

2）試驗過程。

（1）使測試車輛處于空載狀態；

（2）通過實施適當程度的制動或行駛，確保制動系統處于正常行車待制動狀態，避免因摩擦片與制動盤間距過小而出現拖滯等非正常狀態；

（3）試驗前車輛摩擦片溫度應在65～100℃；

（4）車輛加速行駛，待車速達到105 km/h時，釋放加速踏板，使車輛滑行；

（5）當車速下降至（100±2）km/h時，以100～150 N/s的踏板力速率操作制動踏板實施制動，直至車輛ABS介入或出現車輪抱死現象；

（6）記錄試驗過程中踏板力、踏板行程、真空度、車輛減速度、車速、前后摩擦片溫度和制動管路壓力數據；

（7）重復（1）～（6）操作，至少進行 3次。

4 制動踏板感覺主客觀關聯分析

在遵循統一的客觀試驗標準條件下，通過大量試驗，得到踏板行程-減速度、踏板力-減速度的關系曲線。結合多位評價工程師給出的各車型主觀評分，對制動踏板感覺主客觀的關聯性進行分析研究。

4.1 減速度選取原則

1）因各車型風阻、滾阻等因素控制不一，故減速度分析最小從0.1開始。

2）因中、低減速度的制動工況在日常使用過程中占比最大，所以選取減速度點為0.1、0.2、0.3、0.5和0.7，將客觀數據點與主觀評分相結合進行分析。

4.2 踏板感覺的主客觀關聯度分析

車輛減速度、踏板力和踏板行程對主觀評分有直接的決定性影響，為了清晰合理地研究其中關系，選取某一確定減速度下對應的踏板力（或踏板行程）和主觀評分分布，通過相關性分析建立該減速度下踏板力（或踏板行程）與主觀評分的函數關系，進而擴展到其他特征減速度，使主觀評分與客觀數據得以關聯。

以0.1減速度下，各車型主觀評分和踏板行程客觀數據分布為例，通過Matlab軟件的相關系數函數對主觀評價分數和客觀測試數據進行統計學分析，建立該減速度下各車型踏板行程數據和其所對應的主觀評分的函數關系，如圖1所示。

圖1 主觀評分與客觀數據關聯

求得相關系數R=0.776 8，可知，主觀評分與踏板行程客觀測試值具有強相關性。通過該相關系數方程，可以得出不同踏板行程所能預期的主觀評分水平。

同理，分別得到0.2、0.3、0.5和0.7減速度下的相關系數方程，求得的相關系數均在0.7～0.85間，具有強相關性。根據各特征減速度下踏板感客觀數據與主觀評分建立類似的相關系數方程，可得出不同的主觀評分所對應的踏板行程。各特征點連線繪制區域如圖2所示。

圖2 踏板行程與減速度主客觀關聯

如圖2所示，在一定的踏板行程范圍內，某一減速度下，踏板行程越長，主觀評分越低，初段踏板行程尤其敏感。而踏板行程一定時，如果車輛反饋得到的制動減速度越大，制動效能越高，制動信心越強，主觀評分也越高。8分及以上區間車型，評語反饋制動空行程短，制動靈敏，操控優秀；大多數車型處于7分區間，可見此區域的踏板行程與減速度關系調校是市場的主流，普通消費者接受程度更高；少部分車型處于6分區間，有較大改善空間。

通過同樣的方法，可以得出踏板力與減速度關系的不同主觀評分區域劃分，如圖3所示。

在車輛減速度確定的情況下，踏板力范圍相對較為集中，過小或過大均會帶來不同程度的抱怨。7分及以上區域主觀評價分數較高，大多數車型集中在此區間，消費者認可程度較高，踏板力大小適中，對應的減速度回饋符合預期。

至此，制動踏板感的主觀評價與客觀試驗數據之間通過相關系數函數關聯，并匯總得出具有量化參數的客觀設計目標。

圖3 踏板力與減速度主客觀關聯

5 結束語

制動踏板感覺是車輛制動系統開發的一項重要性能指標，直接關系到車輛的制動安全性和駕駛舒適性。建立制動踏板感主觀評價標準，完成統一工況的踏板感客觀試驗，并將二者通過相關系數函數關聯，把主觀的制動踏板感覺轉換為可測量的物理數據，客戶語言轉換為工程語言，得出客觀設計目標，進而指導制動系統設計開發。

這種結合主觀評價理念的客觀設計目標，在正確反映制動系統踏板感覺表現的同時，又能使評估過程相對簡化、易操作，有效地避免了工程設計反復，節約了開發成本，具有良好的應用價值。

[1]David G Ebert，Richard A Kaatz. Objective Characterization of Vehicle Brake Feel[C]//International Congress&Exposition. 1994.

[2]高鳴曉，王躍，劉巍，等乘用車制動踏板感研究[J]. 農業裝備與車輛工程，2015，53 （11）：53-56.

[3]林志軒. 制動踏板感覺研究現狀[J]. 農業裝備與車輛工程，2007（6）：4-7.

2018-09-17

1002-4581（2018）06-0039-04

U463.5

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2018.06.012