乘用车制动试验中制动强度的试验研究

乘用车制动试验中制动强度的试验研究

制动意图的识别提高汽车安全性的一个重要方面是驾驶员是否能够在紧急情况下有效地停止。车辆在制动过程中,可以看成是由驾驶员、车辆和行驶环境组成的一个闭环系统,这里驾驶员起闭环系统控制器的作用。驾驶员根据车辆当前的行驶环境和行驶工况制动,使车辆的运行状态能适应外界行驶环境的变化。研究发现,在50次被调查的单车道碰撞事故中,78%的驾驶员没有以最大的制动力进行制动;在路面突然出现障碍物而紧急制动时,47%的驾驶员没有以足够大的踏板力进行制动,其中甚至有一些经验丰富的年轻驾驶员。可见如果在紧急制动时,能够识别制动意图并采取相应的控制措施,使制动系统的响应时间缩短,就能够有效提高制动安全性。因此,利用驾驶员在制动踏板上的输入进行制动意图的识别工作有重要意义,而用于进行制动意图识别的具体参数的选择对于汽车能否正确识别驾驶员的制动意图影响深远。Bosch公司开发的制动辅助系统根据驾驶员踩踏板的速度判定是否需要制动辅助系统介入,当踏板速度达到某一门槛值时,制动辅助系统被激活,液压传动装置的放大比例由缓慢制动时的6扩大为紧急制动时的23,该方法能够加速制动力的形成。由于即使在踏板小位移情况下,踏板速度也可以达到很大,因此该方法具有一定局限性。文献中对制动踏板感觉进行了初步研究并取得了一定的成果,但总体来说,对于制动意图识别还处于探索阶段。文中基于整车试验,探索适合驾驶员制动意图识别的输入参数,为驾驶员制动意图的实现提供了试验及理论依据。1制动意图识别参数选择制动踏板位移、制动踏板力、车速和制动管路油压信号在整车试验中较容易获得,且能直接反映驾驶员对整车的操作,故在整车试验中设置制动踏板位移、制动踏板力、车速和制动管路油压传感器,获得所需要的信号数据,以用于进行制动意图识别参数选择的研究。根据国家标准GB12676—1999,在良好路面下,初始车速为60km/h,由10位不同年龄、性别和驾驶经验的人进行整车直线制动试验。试验中测量不同制动工况下车辆在制动过程中制动踏板特性,即制动踏板力、制动踏板位移、制动管路油压和车速等物理量。测量仪器及规格见表1,各个传感器的布置测点如图1所示。2制动管路油压与交通压力的关系对整车道路制动试验进行统计分析,图2为6人进行制动试验时得到的6组传感器测量的信号及其时间历程,图3和图4分别给出了踏板力和制动管路油压与踏板位移和踏板速度的关系;图5和图6分别给出了踏板力及制动管路油压与踏板位移的关系图;对该6组试验数据进行统计,得到表2。从图2~图6及表2可以看出:(1)制动位移越大,制动油压越大,车辆制动减速度越大;(2)制动压力或踏板力建立阶段,制动踏板速度主要表现为正值,在制动解除阶段,制动踏板速度主要表现为负值,在踏板力保持阶段,制动踏板速度由于踏板的小幅振动出现小幅正负交替变化;(3)无论在踏板力建立阶段还是踏板力解除阶段,制动加速度均呈现正负交替变化,而在踏板力保持阶段,制动踏板速度也呈现小幅正负交替变化。3制动意图识别随机性分析由图2和图3可以得到:大强度制动时踏板位移大于中小强度制动,且呈现制动踏板位移越大,制动强度越大的规律;制动强度主要由制动踏板位移决定,与驾驶员的驾驶行为无关,因此,制动踏板位移能准确反映驾驶员的制动意图,可以作为驾驶员制动意图识别的输入参数。由图2中的踏板速度曲线可知:大强度制动下的踏板速度也可能会很小,而中小强度制动下的踏板速度也可能会很大,踏板速度的大小受驾驶员驾驶行为的影响,具有一定的随机性,不适宜单独用于驾驶员的制动意图识别。由图2中的踏板加速度曲线可见:在制动过程中,驾驶员根据车辆具体的运行工况动态调整制动强度,在此过程中,由于制动踏板动态的调节,使制动踏板速度正负交替变化,致使制动踏板加速度信号也正负剧烈变化,即在一定强度下制动踏板的随动调节能够影响到制动踏板加速度的变化,而且制动踏板加速度的幅值变化具有随机性。同时,由于制动操纵系统结构的弹性,在某些非制动过程中出现了制动踏板加速度的正负变化幅值,出现尖峰现象,且噪声数值较大,容易产生误操作,故不适宜用于制动意图识别,若要采用制动踏板加速度进行制动识别,则需要动态调节过程中的制动意图识别方法和门限值,增加了系统的复杂程度。由图2、图4和图5可得:在忽略ABS和液压制动系统延迟的情况下,制动踏板位移越大,制动管路油压越大,而制动减速度也越大。由于制动管路油压受系统结构,如踏板空行程、制动系统间隙、摩擦片磨损状态和液压传感器安装位置等影响较大,其建立时间往往滞后于制动踏板位移,将其作为制动意图识别输入参数将降低驾驶员制动意图识别的实时性,故一般情况下也不宜直接单独作为制动意图识别的输入参数;考虑到制动系统油压和制动踏板位移具有相对稳定的对应关系,可以作为驾驶员制动意图识别的冗余设计,提高系统的可靠性。由图2和图6可见,制动踏板力主要受制动踏板位移的影响,在克服前段的踏板空行程后,踏板力随踏板位移的变化显著,同时也随制动踏板速度增加而小幅增加,故有一定程度的随机性;此外,由于踏板力信号的获取不如踏板位移信号方便,且受制动系统间隙和制动盘磨损状态的影响,实时性和准确性较差,故其也不适宜做驾驶员制动意图识别参数。4制动意图识别的冗余设计制动踏板位移是进行驾驶员制动意图识别的最佳参数,其不受驾驶员驾驶习惯的影响,易测量,并能真实反映出驾驶员的制动意图。由于制动踏板的速度、加速度受驾驶员驾驶习惯影响,具有随机性,且加速度信号在制动强度动态调节过程中存在尖峰现象,易造成识别结果不准,故不宜直接单独作为驾驶员制动意图识别的参数。采用踏板力作为驾驶员制动意图识别的参数,将在有限的影响范围内影响了驾