汽车制动踏板行程及踏板力的评定
工程管理
36 2015年60期汽车制动踏板行程及踏板力的评定
赫蛟龙
身份证：1301301988****0618，河北保定 071000
摘要：物质生活水平的日益提高,人们对汽车的舒适性及操纵方便性的要求也越来越高。作用在汽车制动踏板上的力及其行程,不仅直接影响汽车的制动性能,而且还能说明制动系操纵机构的轻便和舒适程度。汽车制动踏板力-行程检查仪,简称制动踏板检查仪,用于汽车生产线、总装线或汽车检测站及修理厂检测制动时作用于踏板上的力及其行程。它亦可用于检测离合器踏板的力和行程,具有体积小、质量轻、使用方便、省力省时和安全可靠等优点。
关键词：汽车制动；制动踏板；模拟方法；评定
中图分类号：U463.5 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)60-0036-02
1 导言
随着汽车尾气排放及污染日趋严重，并逐渐成为大气环境最突出、最紧迫的问题之一，而且近几年成品油的价格变化成上涨的态势，全球不可再生能源日渐减少，用新能源汽车代替传统汽车是不可否认的事实，其中电动轮汽车有诸多优点，所以本文借助四轮独立驱动电动轮汽车为模型，对制动系统进行系统的研究，提出一些新颖的思想和方法来解决电动汽车制动过程评定性的问题。
2 汽车踏板性能要求和试验方法
汽车行业标准QC/T788—2007对汽车踏板的强度要求如下：
踏板装置在纵向力作用下，踏板表面的永久变形量≤5mm，且无裂纹或损坏等缺陷。试验加载方法是按实车状态固定踏板机构总成，将踏板机构输出端与负载机构连接，并将踏板臂在工作行程的中间位置固定.在踏板几何中心点，施加所规定的垂直于踏板表面的纵向力并保持5s，测量加载点的纵向位移（变形）量。
3 结构原理
根据设计要求,该设备需设置测力计和行程测量仪方可同时检测制动踏板的力和行程。根据使用工况,还需设置安装固定装置,即定位板、限位叉等。要进行力和位移的传递,需设置传递机构,如弹性元件,施力手柄等。根据使用要求,该设备采用了机械式手动方式,以达到快速、可靠和安全的使用效果。测力部分由力传感器、比较仪和显示器等组成,行程测量部分由位移传感器、游标尺和显示器等组成。汽车制动踏板力-行程检查仪的结构简图,如图1所示。
力的检测是由力传感器将位移量进行比较,转换成力,经显示器显示。行程检测,不用转换,该设备可巧妙地将踏板的摆动(弧线)转变成了弦长(直线)进行显示,这就等于直接显示的是踏板的行程。因此该设备使用前或使用一段时间后,需在标定台上重新标定一次,以校核其刻度是否发生变化。
标定台用于标定检查仪的力和行程。为了保证其标定精度,标定台的结构,应能真实地模拟制动踏板的实际工作状况。由于车型不同,制动踏板的空间结构亦有区别。若用于其他车型,则这一部分就应作适当调整。在标定台上还设置了测力计、行程测量器、牵引系统和定位夹紧装置等部件及机构。
图1检查仪结构简图
1—弹性元件;2—定位板;3—限位叉;4—力传感器;
5—比较仪;6—显示器;7—拉线;8手柄;
9—位移传感器;10—游标尺;11—刻尺盘
4 汽车踏板系统模拟
4.1 汽车踏板系统简介
典型的汽车踏板系统总成由支撑支架、踏板臂、套筒、销轴和尼龙衬套等组成.研究发现，各子系统模拟方法不同，会对汽车踏板强度的分析结果产生一定影响。
以一款比较复杂的可变杠杆比汽车踏板为例，结合试验结果，探讨汽车踏板强度的模拟方法。
4.2 分析工况介绍
踏板液压系统原理，可知，根据踏板杠杆比原理，驾驶员在操纵汽车踏板系统装置时，垂直施加在踏板面的载荷Fp 放大为施加在助力装置上的驱动力F1，然后通过液压系统得到执行装置上的载荷F2，最终得到汽车踏板液压系统的管道压力.该压力直接关系到车辆的制动距离或离合系统的行程大小.踏板液压系统遵循帕斯卡定律，汽车踏板模拟方法探讨。
通常情况下，在操纵汽车踏板过程中，支撑支架会产生微小变形，但如果踏板结构设计的不合理，在纵向加载工况容易造成套筒和销轴部分结构屈服严重，导致支撑踏板臂端部的结构产生较大的变形.根据前文分析工况所描述的杠杆比原理，最终造成踏板臂加载点位移过大。
踏板臂及助力装置连接臂与套筒之间采用烧焊连接.从受力角度看，套筒同时承受弯曲与扭转组合载荷的作用，因此，在建立踏板模型时，所建立的烧焊区域大小，会对套筒或销轴产生的屈服程度和扭转变形大小造成直接影响.如果套筒或销轴本身屈服严重，同样会造成踏板加载点位移过大。
为避免金属结构件之间相互接触造成磨损，减小噪音，便于装配和增大接触摩擦力，在设计过程中，套筒与销轴之间会存在一定的间隙，用于布置开口的尼龙衬套，尼龙衬套模型，踏板臂在绕销轴旋转过程中，尼龙衬套承受扭转载荷，在开口位置发生变形。
4.3 汽车踏板不同模拟方案描述及分析
使用Abaqus软件对汽车踏板强度进行模拟，其中踏板支架采用壳单元模拟，焊点采用rod单元模拟，踏板臂采用实体单元模拟，模型中考虑材料非线性。通过几种不同建模方法，将得到的仿真结果与试验结果对比，探讨适合该类踏板且分析精度较高的模拟方法。
在模型细节方面，主要考虑销轴及套筒、焊接区域和踏板臂转轴处尼龙衬套等的模拟方法以及是否考虑接触等，具体为：
从各模拟方法的分析结果来看，对于该类踏板结构，销轴及套筒采用柔性体、尼龙衬套，并且采用接触方法模拟连接，对踏板强度分析影响最大。
5 力的评定
检查仪不仅在原始状态需标定,在使用一段时间后,由于碰撞、跌打等原因,可能会引起变形或仪表各部件位置变化,故需重新标定,以校核其精度。检查仪上力的标定方法,如图2所示。其标定步骤如下：
（1）将踏板总成安装在标定台上。注意该总成空间形状应与所检测的车型的总成相符。
（2）将待标定的检查仪F放置在踏板上。