乘用车制动踏板基于直线作动器的耐久性能试验台架的设计研究

王龙　张喆　王斌　张超　马永伟

摘 要：基于QC/T 788-2018中的对于踏板耐久性的试验要求，设计了一套试验台架，结构简单，使用直线作动器即可满足试验要求。通过更换踏板安装座、调整压簧的压缩量、调整主动杆的位置可以满足不同型号踏板的加载力和加载频率试验要求，具有良好的适应性。

关键词：制动踏板;直线作动器;耐久性

随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车愈来愈成为生活中不可缺少的工具，汽车的舒适性、安全性、操控性也越来越受到消费者的重视。制动踏板是用户对车辆操控性主观评价的媒介之一（制动原理如图1所示）。一个理想状态的制动踏板，其行程与用户脚踩力呈近似线性关系，用户可以通过施加不同的力来控制不同程度的制动效果，从制动踏板初始位置运动至极限位置，随着用户的脚踩力的逐渐递增，制动踏板传递给助力泵的输出力也逐渐递增，制动效果亦随之增强。

由于踏板面中心运动轨迹为圆周运动，其任意两时刻的踏板面中心法线不重合，所以以直接作动器直接加载于踏板面的试验形式无法保证加载力时刻垂直于踏板面。试验过程中，由于踏板运动状态无法很好满足试验条件，其试验结果往往会有不确定性和诸多争议。针对上述问题，踏板生产厂家及检测机构迫切需求一种新型制动踏板疲劳耐久试验装置。

1 制动踏板耐久性试验要求

制动踏板耐久性要求一般如下：

（1）加载位置位置：过踏板平面几何中心;

（2）加载方向：垂直于踏板平面;

（3）加载力：700N;

（4）加载频率：0.7Hz～3Hz;

（5）加载行程：全行程的85%;

（6）加载次数：50万次。

以某型踏板为例，其设计行程为120mm，依据试验要求，在耐久试验运动过程中，踏板由初始位置运动100mm，同时在100mm处的加载力达到700N，往复运动一次为一个循环，一个循环时间为1.4s，即1.4s往复行程200mm。

其中需要解决的问题如下：

（1）在100mm的加载过程中加载力的方向需要始终与踏板平面的垂直，如图2所示踏板实际运动轨迹为圆周运动，任意两个时刻，踏板面的垂直方向都存在夹角a，因此以直线作动器直接加载于踏板表面的形式无法保证在运动过程中，加载力与踏板平面时刻垂直;

（2）在运动至100mm处时加载力恰好达到700N，实际工况条件下，由于有助力泵的存在，因此可以实现位移与力的同步。而试验台架中，控制系统的闭环反馈只能在位移控制和力值控制两中方式选其一，无法保证位移值与力值的统一。因此位移与力值两个条件中一个通过直线作动器的主动闭环控制实现，一个通过机械结构的被动控制实现。

2 制动踏板耐久试验装置的设计

本文所设计的装置的原理如图3所示。O处（踏板转动的圆心）为转动副，A处为直角刚性固定，B处为移动副，可沿BE方向直线运动，C处为转动副，D处为转动副，CD为移动副（模拟直线电缸的往复伸缩运动），E处为转动副，同时E可在导向槽内做以O点为圆心的圆周运动。当CD做往复运动时，带动BE杆摆动与OA杆摆动，由于E点可沿导向槽运动，B处为移动副，所以BE与OA运动中始终平行，同时由于B与E可自由移动，所以整个框架结构会自动调整位置，使得AB杆只受到AB方向的力。

试验装置包括三部分组成，制动踏板部分，摆臂部分，直线作动器部分。具体结构如图4所示。

制动踏板部分：踏板通过螺栓与踏板安装座15固定，踏板安装座15通过螺栓与踏板安装台架16固定，两套直线滑块导轨20通过螺栓固定于踏板安装台架16背部的左右兩侧，角度调节件21通过螺栓固定于直线滑块导轨20中的滑块上，两个滚动轴承23外圈通过过盈配合安装于角度调节件21，直线轴承安装座24通过过盈配合安装于滚动轴承23内圈，直线轴承22通过螺栓固定于直线轴承安装座24，压簧19通过过盈配合安装于负载力调节件18，负载力调节件18通过螺纹连接形式安装于主缸模拟件17，主缸模拟件17一端通过销轴与踏板连接，一端安装于直线轴承22。

摆臂部分：滚动轴承6的外圈通过间隙配合安装于摆臂安装台架7，轴承端盖8通过螺栓固定于摆臂安装台架7，摆臂5通过过盈配合安装于滚动轴承6的内圈，直线滑块导轨10通过螺栓固定于摆臂5的一侧，主动杆与摆臂连接件9通过螺栓固定于摆臂5的另一侧，固定杆11一端通过螺栓固定于直线滑块导轨10的滑块上，另一端通过螺栓固定于力传感器12，力传感器12通过螺栓固定于踏板夹具13，踏板夹具13夹持踏板面，调整夹具位置使固定杆11垂直于踏板面。

直线作动器部分：电动缸3通过销轴安装于电动缸安装连接件2，电动缸安装连接件2通过螺栓固定于电动缸安装台架1，主动杆4一端通过螺纹方式安装于电动缸3，另一端通过销轴与主动杆与摆臂连接件9相连。

通过调整压簧19和负载力调节件18可以调节踏板运动至要求位置时加载力的大小。通过调节主动杆与摆臂连接件9沿摆臂5的位置，可以实现以电动缸小行程的直线运动带动踏板的大行程的圆周运动。

负载力调节件18调节至最大位置，压簧19处于完全松弛状态，电动缸伸出一定位移量（例如30mm），调整主动杆与摆臂连接件9沿摆臂5方向的位置以及电动缸安装台架1与摆臂安装台架7、摆臂安装台架7与踏板安装台架16的相互位置关系，使得踏板从初始状态运动至要求位置（例如85%全行程），调整负载力调节件18使得压簧19一端与，直线轴承安装座24接触，依据力传感器反馈值接续调整调整负载力调节件18使压簧19压缩，直至力值达到要求值（例如500N），电动缸3缩回，至此试验装置调试设置完成。可以开始试验。试验过程中可实时采集力、位移值。

3 结语

本文通过对制动踏板耐久测试方法的研究，重新设计了一种试验台架，使用直线作动器就能够同时满足大行程、高速性、垂直加载的试验条件;通用性强，通过更换踏板安装座可以完成多种型号踏板试验，调整压簧的压缩量满足不同加载力的要求，调整主动杆位置满足不同加载频率的要求;采集数据准确，采集的力值始终为垂直于踏板的力值，角度位移传感器的数据通过踏板尺寸换算可以准确反映踏板的行程;控制精准，采用位移控制模式，通过压簧的调整可以准确满足到达指定位置时加载力的要求。整套装置试验效率高，试验成本低，结构简单，制造成本低，可灵活应用于不同场合，极大的增加了测试工作的效率和便捷性。

参考文献：

[1]QC/T 788-2018《汽车踏板装置性能要求及台架试验方法》.