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(guān)聯(lián)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(tuán)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(fèi)者能夠直接主觀感知的一項(xiàng)重要性能，對制動踏板感覺的主觀評價(jià)與客觀測試數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了大量工程試驗(yàn)研究，把制動踏板感覺的主觀評價(jià)轉(zhuǎn)換為具體明確、可量化的客觀物理數(shù)據(jù)，將客戶語言轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)語言，形成了踏板感覺的客觀目標(biāo)，進(jìn)而指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

踏板感覺；主觀評價(jià)；客觀測試；主客觀關(guān)聯(lián)性

0 引 言

在汽車制動系統(tǒng)中，制動踏板感覺是終端消費(fèi)者能夠直接感知的一項(xiàng)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(jìn)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(yàn)所采集的物理變量關(guān)聯(lián)起來，從而使踏板感覺轉(zhuǎn)換為可以量化的工程設(shè)計(jì)語言，是制動踏板感覺研究面臨的一個重要問題。

1 研究現(xiàn)狀和研究內(nèi)容

1.1 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外一些科研院校和主機(jī)廠在制動踏板感覺方面進(jìn)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(shù)）評價(jià)方法，即駕駛員通過實(shí)車試驗(yàn)，采用十分制原則對踏板感覺進(jìn)行主觀評價(jià)打分，進(jìn)而建立以客觀測量物理量為自變量，主觀評分為應(yīng)變量的解析方程，將制動踏板感覺主觀評價(jià)與踏板力、踏板位移、制動器響應(yīng)時間、踏板力線性度等客觀物理量關(guān)聯(lián)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(jià)過程中的試驗(yàn)工況及打分標(biāo)準(zhǔn)沒有具體定義；

2）客觀試驗(yàn)方法沒有明確統(tǒng)一定義，而踏板踩踏速率等因素直接影響試驗(yàn)結(jié)果；

3）制動器響應(yīng)時間在實(shí)際操作過程中很難獲得，可操作性低；

4）該指數(shù)無法控制踏板感覺風(fēng)格，即獲得同樣的BFI指數(shù)的車型，可能實(shí)際風(fēng)格迥異。

1.2 研究內(nèi)容

從宏觀上把握制動過程的人機(jī)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(guān)系。首先確定主觀評價(jià)工況及打分標(biāo)準(zhǔn)，然后完成統(tǒng)一工況下的客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，再通過統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性分析原理，利用Matlab相關(guān)系數(shù)函數(shù)，獲得制動踏板感覺在制動過程中主觀評價(jià)和客觀數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。

2 制動踏板感覺的定義和評價(jià)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(jī)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(shí)際減速度作為車輛對駕駛員的最終輸出反饋，進(jìn)而形成一個完整的車輛制動閉環(huán)過程。

從狹義上來說，動態(tài)情況下，踏板力與車輛減速度、踏板行程與車輛減速度的關(guān)系所共同構(gòu)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(jià)維度

制動踏板感覺的評價(jià)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(tǒng)響應(yīng)速度；5）車輛減速度。此外，踏板感覺還和車輛的整車參數(shù)、駕駛員自身駕駛喜好以及路面天氣環(huán)境等因素有關(guān)[3]。

制動踏板感覺包含因素較多，評價(jià)相對復(fù)雜。因?yàn)樘ぐ遄枘岷突匚粶蟆④囕v制動系統(tǒng)的響應(yīng)速度對于主觀評價(jià)來說，標(biāo)準(zhǔn)較難統(tǒng)一，且客觀數(shù)據(jù)采集困難，大多數(shù)消費(fèi)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(jià)維度對制動踏板感覺主客觀關(guān)聯(lián)進(jìn)行深入分析研究。

3 試驗(yàn)過程

3.1 主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及打分

3.1.1 主觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)車試驗(yàn)開展之前，對駕駛員制動踏板感覺主觀評價(jià)項(xiàng)目進(jìn)行針對性的培訓(xùn)，例如踏板行程與車輛減速度的關(guān)系，踏板力與車輛減速度的關(guān)系，踏板軟、硬的程度等，建立統(tǒng)一的評分標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 制動踏板感覺評價(jià)項(xiàng)目詮釋表

3.1.2 主觀評價(jià)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(fēng)格踏板感的車型，邀請10名評價(jià)工程師通過實(shí)車試驗(yàn)完成表1所列評價(jià)項(xiàng)目，即駕駛員通過規(guī)定的不同行駛工況對車輛的踏板感覺特性按照十點(diǎn)評價(jià)法進(jìn)行打分，1分為最差，10分為最好。評分摘要見表2。

表2 十點(diǎn)評價(jià)法評分摘要

3.2 建立客觀試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

因環(huán)境、車輛狀態(tài)、駕駛員踩踏速度等諸多因素對試驗(yàn)結(jié)果有直接影響，為使不確定因素影響最小，建立統(tǒng)一試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1）試驗(yàn)條件。

試驗(yàn)場地應(yīng)為干燥、平整混凝土或者柏油路面，附著系數(shù)應(yīng)不低于0.9；風(fēng)速小于5 m/s，氣溫20～30℃。

2）試驗(yàn)過程。

（1）使測試車輛處于空載狀態(tài)；

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

（3）試驗(yàn)前車輛摩擦片溫度應(yīng)在65～100℃；

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

（5）當(dāng)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(shí)施制動，直至車輛ABS介入或出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象；

（6）記錄試驗(yàn)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(shù)據(jù)；

（7）重復(fù)（1）～（6）操作，至少進(jìn)行 3次。

4 制動踏板感覺主客觀關(guān)聯(lián)分析

在遵循統(tǒng)一的客觀試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)條件下，通過大量試驗(yàn)，得到踏板行程-減速度、踏板力-減速度的關(guān)系曲線。結(jié)合多位評價(jià)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(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析研究。

4.1 減速度選取原則

1）因各車型風(fēng)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(diǎn)為0.1、0.2、0.3、0.5和0.7，將客觀數(shù)據(jù)點(diǎn)與主觀評分相結(jié)合進(jìn)行分析。

4.2 踏板感覺的主客觀關(guān)聯(lián)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(guān)系，選取某一確定減速度下對應(yīng)的踏板力（或踏板行程）和主觀評分分布，通過相關(guān)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(shù)關(guān)系，進(jìn)而擴(kuò)展到其他特征減速度，使主觀評分與客觀數(shù)據(jù)得以關(guān)聯(lián)。

以0.1減速度下，各車型主觀評分和踏板行程客觀數(shù)據(jù)分布為例，通過Matlab軟件的相關(guān)系數(shù)函數(shù)對主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)和客觀測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，建立該減速度下各車型踏板行程數(shù)據(jù)和其所對應(yīng)的主觀評分的函數(shù)關(guān)系，如圖1所示。

圖1 主觀評分與客觀數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

求得相關(guān)系數(shù)R=0.776 8，可知，主觀評分與踏板行程客觀測試值具有強(qiáng)相關(guān)性。通過該相關(guān)系數(shù)方程，可以得出不同踏板行程所能預(yù)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(guān)系數(shù)方程，求得的相關(guān)系數(shù)均在0.7～0.85間，具有強(qiáng)相關(guān)性。根據(jù)各特征減速度下踏板感客觀數(shù)據(jù)與主觀評分建立類似的相關(guān)系數(shù)方程，可得出不同的主觀評分所對應(yīng)的踏板行程。各特征點(diǎn)連線繪制區(qū)域如圖2所示。

圖2 踏板行程與減速度主客觀關(guān)聯(lián)

如圖2所示，在一定的踏板行程范圍內(nèi)，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(qiáng)，主觀評分也越高。8分及以上區(qū)間車型，評語反饋制動空行程短，制動靈敏，操控優(yōu)秀；大多數(shù)車型處于7分區(qū)間，可見此區(qū)域的踏板行程與減速度關(guān)系調(diào)校是市場的主流，普通消費(fèi)者接受程度更高；少部分車型處于6分區(qū)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(guān)系的不同主觀評分區(qū)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(qū)域主觀評價(jià)分?jǐn)?shù)較高，大多數(shù)車型集中在此區(qū)間，消費(fèi)者認(rèn)可程度較高，踏板力大小適中，對應(yīng)的減速度回饋符合預(yù)期。

至此，制動踏板感的主觀評價(jià)與客觀試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間通過相關(guān)系數(shù)函數(shù)關(guān)聯(lián)，并匯總得出具有量化參數(shù)的客觀設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖3 踏板力與減速度主客觀關(guān)聯(lián)

5 結(jié)束語

制動踏板感覺是車輛制動系統(tǒng)開發(fā)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，直接關(guān)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)，完成統(tǒng)一工況的踏板感客觀試驗(yàn)，并將二者通過相關(guān)系數(shù)函數(shù)關(guān)聯(lián)，把主觀的制動踏板感覺轉(zhuǎn)換為可測量的物理數(shù)據(jù)，客戶語言轉(zhuǎn)換為工程語言，得出客觀設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)而指導(dǎo)制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。

這種結(jié)合主觀評價(jià)理念的客觀設(shè)計(jì)目標(biāo)，在正確反映制動系統(tǒng)踏板感覺表現(xiàn)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(shè)計(jì)反復(fù)，節(jié)約了開發(fā)成本，具有良好的應(yīng)用價(jià)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(nóng)業(yè)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(xiàn)狀[J]. 農(nóng)業(yè)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