摘要：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(shù)據(jù)的關聯(lián)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(shù)據(jù)，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。

引言

在汽車制動系統(tǒng)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(lián)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(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(shù)）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(lián)起來[1]。

此方法具有一定參考性，但存在以下不足：

主觀評價過程中的試驗工況及打分標準沒有具體定義；

客觀試驗方法沒有明確統(tǒng)一定義，而踏板踩踏速率等因素直接影響試驗結果；

制動器響應時間在實際操作過程中很難獲得，可操作性低；

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

1.2 研究內(nèi)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(tǒng)一工況下的客觀試驗數(shù)據(jù)采集，再通過統(tǒng)計學相關性分析原理，利用 Matlab 相關系數(shù)函數(shù)，獲得制動踏板感覺在制動過程中主觀評價和客觀數(shù)據(jù)的關聯(lián)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(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(tǒng)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(shù)、駕駛員自身駕駛喜好以及路面天氣環(huán)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(tǒng)的響應速度對于主觀評價來說，標準較難統(tǒng)一，且客觀數(shù)據(jù)采集困難，大多數(shù)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(lián)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(tǒng)一的評分標準，見表 1。



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(guī)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

3.2 建立客觀試驗標準

因環(huán)境、車輛狀態(tài)、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(tǒng)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(shù)應不低于 0.9；風速小于 5 m/s，氣溫 20～30℃。

2）試驗過程。

使測試車輛處于空載狀態(tài)；

通過實施適當程度的制動或行駛，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)；

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(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象；


4 制動踏板感覺主客觀關聯(lián)分析

在遵循統(tǒng)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(lián)性進行分析研究。

4.1 減速度選取原則

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 g開始。

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 g、0.2 g、 0.3 g、0.5 g和 0.7 g，將客觀數(shù)據(jù)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(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(shù)關系，進而擴展到其他特征減速度，使主觀評分與客觀數(shù)據(jù)得以關聯(lián)。

以 0.1 g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 軟件的相關系數(shù)函數(shù)對主觀評價分數(shù)和客觀測試數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，建立該減速度下各車型踏板行程數(shù)據(jù)和其所對應的主觀評分的函數(shù)關系，如圖 1 所示。


圖 1 主觀評分與客觀數(shù)據(jù)關聯(lián)

求得相關系數(shù)R=0.776 8，可知，主觀評分與踏板行程客觀測試值具有強相關性。通過該相關系數(shù)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 g、0.3 g、0.5 g和 0.7 g 減速度下的相關系數(shù)方程，求得的相關系數(shù)均在 0.7～0.85 間，具有強相關性。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系數(shù)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(qū)域如圖 2 所示。

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，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(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)域主觀評價分數(shù)較高，大多數(shù)車型集中在此區(qū)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(shù)據(jù)之間通過相關系數(shù)函數(shù)關聯(lián)，并匯總得出具有量化參數(shù)的客觀設計目標。


5 結束語

制動踏板感覺是車輛制動系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)一工況的踏板感客觀試驗，并將二者通過相關系數(shù)函數(shù)關聯(lián)，把主觀的制動踏板感覺轉換為可測量的物理數(shù)據(jù)，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(tǒng)設計開發(fā)。

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(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計反復，節(jié)約了開發(fā)成本，具有良好的應用價值