桂軍

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

汽車制動(dòng)典型模式噪音分析和研究

桂軍

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

汽車制動(dòng)噪音嚴(yán)重影響整車NVH性能，為了能更好地研究汽車制動(dòng)過程產(chǎn)生的噪音，根據(jù)噪音產(chǎn)生的不同頻率，對(duì)典型的制動(dòng)噪音模式進(jìn)行了分類和研究，并針對(duì)各典型制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，依據(jù)實(shí)車的失效模式，給出了較為全面的解決方法.

NVH；制動(dòng)；噪音；頻率

1 引言

在汽車行駛過程中，在調(diào)整行駛狀態(tài)、出現(xiàn)異常情況或者停止行駛時(shí)會(huì)對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，由于制動(dòng)過程是制動(dòng)鉗與制動(dòng)盤的摩擦過程，會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦聲音，而這種摩擦聲音超出正常的承受范圍后，會(huì)影響汽車的NVH性能，應(yīng)被判定為制動(dòng)噪音［1］.

為了能夠更好地避免汽車制動(dòng)過程產(chǎn)生的噪音，需要對(duì)制動(dòng)噪音進(jìn)行深入的研究.由于產(chǎn)生制動(dòng)噪音的原因較多，一般是在樣件完成后進(jìn)行專門的試驗(yàn)檢測(cè)和匹配來分析噪音源、噪音頻率，從而消除制動(dòng)噪音問題［2］.制動(dòng)噪音通常根據(jù)噪音頻率來進(jìn)行分類，它的典型模式如表1所示.

表1 制動(dòng)噪音典型模式

2 制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因

制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因與制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等部件有關(guān)，一般與下列因素關(guān)系比較密切：

1）摩擦片：摩擦材料配方、壓縮性、摩擦系數(shù)、幾何形狀、倒角結(jié)構(gòu)、固有頻率等，例如摩擦片設(shè)計(jì)倒角尺寸較小，為5.75 mm，緊急制動(dòng)時(shí)摩擦片與制動(dòng)盤產(chǎn)生相對(duì)徑向移動(dòng)，蠕變量相對(duì)較大引起車體震動(dòng)產(chǎn)生異響，摩擦片的倒角改為13 mm后異響消除；

2）制動(dòng)鉗：剛性、勾爪部分的結(jié)構(gòu)、勾爪橋部結(jié)構(gòu)、固有頻率等；

3）制動(dòng)盤、轉(zhuǎn)向節(jié)：固有頻率、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等；

4）制動(dòng)罩殼：厚度、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等，例如前制動(dòng)盤罩殼板厚設(shè)計(jì)為0.5 mm，板厚不足，車速為35～45 km/h在比利時(shí)路行駛時(shí)發(fā)生共振產(chǎn)生異響，罩殼厚度由0.5 mm調(diào)整到0.8 mm，以35～45 km/h在比利時(shí)路行駛時(shí)異響消除；

5）懸架系統(tǒng)：阻尼、結(jié)構(gòu)、剛度.

在噪音分析過程中，振動(dòng)產(chǎn)生的原因很難確定，不作為噪音分析的工作重點(diǎn)，重點(diǎn)是確定有效的改進(jìn)措施減少或消除制動(dòng)噪音的產(chǎn)生［3］.為了能夠更好地研究制動(dòng)噪音，需要進(jìn)行制動(dòng)噪音測(cè)試試驗(yàn)，區(qū)分噪音產(chǎn)生的頻率和真因.

3 制動(dòng)噪音試驗(yàn)

制動(dòng)噪音試驗(yàn)一般和整車NVH試驗(yàn)在一起進(jìn)行，也可以針對(duì)制動(dòng)噪音進(jìn)行單獨(dú)的試驗(yàn)，而試驗(yàn)?zāi)Ｊ揭话惴譃榕_(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)［4］：

1）臺(tái)架試驗(yàn)：常用試驗(yàn)程序?yàn)镾AE J2521；

2）道路試驗(yàn)：道路試驗(yàn)是選取各種典型的路況，市區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)和各種典型制動(dòng)工況組合成的整車試驗(yàn)程序，目的是檢查制動(dòng)器在各種可能發(fā)生的工況、路況下是否有噪音發(fā)生，并通過儀器采集不同頻率噪音信號(hào).

4 典型模式制動(dòng)噪音解決方案

圖1 配合間隙調(diào)整圖

1）低噪音（頻率100～1000 Hz）：該類型噪音在車速很低時(shí)容易出現(xiàn)，出現(xiàn)幾率低.經(jīng)了解車輛后輪出現(xiàn)Moan噪音后，通過將阻尼減震器安裝在制動(dòng)鉗的導(dǎo)向銷螺釘上進(jìn)行消除.通常的解決方案為：a）懸架系統(tǒng)剛度和阻尼調(diào)整；b）制動(dòng)系統(tǒng)零部件優(yōu)化；c）摩擦片配方優(yōu)化；d）增加阻尼減震塊；e）調(diào)節(jié)制動(dòng)鉗對(duì)制動(dòng)塊的壓力分布（例如在消音片上開橡膠槽）.圖1為摩擦片與制動(dòng)鉗配合間隙優(yōu)化調(diào)整的例子.

摩擦片上錘頭與鉗體配合處的間隙設(shè)計(jì)值0.1 mm，下錘頭與鉗架配合處間隙0.37 mm，前進(jìn)制動(dòng)時(shí)摩擦片隨鉗體扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏磨，在倒車制動(dòng)過程中因摩擦片偏磨，整車出現(xiàn)Moan異響.

通過增大摩擦片上錘頭與鉗體配合處間隙至2.1 mm，減小下錘頭與鉗架配合處間隙至0.27 mm，避免了前進(jìn)制動(dòng)時(shí)摩擦片隨鉗體扭轉(zhuǎn)造成偏磨及倒車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的撞擊音.

2）低頻噪音（頻率1000～3000 Hz）：該類型的噪音通常是由制動(dòng)器的各零部件之間固有頻率耦合引起的.通常的解決方案：a）摩擦片的配方優(yōu)化；b）匹配合適的消音片；c）摩擦片幾何參數(shù)改變（如開槽、增加倒角）；d）調(diào)節(jié)摩擦片的壓力分布，可以對(duì)消音片進(jìn)行開香蕉槽，一般該方法適用于多層消音片；e）制動(dòng)鉗、支架、制動(dòng)盤等結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通常低頻噪音的頻率與某兩個(gè)制動(dòng)部件的固有頻率很接近，通過修改某個(gè)部件的結(jié)構(gòu)改變其固有頻率，消除系統(tǒng)耦合，進(jìn)而消除制動(dòng)噪音的發(fā)生.

3）高頻噪音（頻率3000～20000 Hz）：該類型噪音一般是由制動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定引起的，通常與摩擦片配方、制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)及材質(zhì)關(guān)系密切，也與整車懸架系統(tǒng)有一定的關(guān)系，發(fā)生幾率高，是非常常見的噪音類型.解決此種高頻噪音，通常選擇專業(yè)噪音匹配裝置以便匹配合適的消音片解決.解決方案為：a）摩擦片配方優(yōu)化；b）選擇合適的消音片；c）制動(dòng)塊受力點(diǎn)涂油脂、制動(dòng)塊背板與消音片之間涂油脂；d）摩擦片外片粘3M膠.下面為摩擦片的結(jié)構(gòu)問題導(dǎo)致的高頻制動(dòng)噪音，如圖2所示.

圖2 變更前摩擦片結(jié)構(gòu)和噪音頻率圖

圖3 變更后摩擦片結(jié)構(gòu)和噪音頻率圖

制動(dòng)鉗摩擦片為5×15扇形倒角結(jié)構(gòu)，緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器總成頻率為4.8 KHz和7.5 KHz，與懸架總成共振，導(dǎo)致嚴(yán)重異響.

優(yōu)化摩擦片結(jié)構(gòu)，如圖3所示，將5×15扇形倒角改為15 mm的J型倒角，將制動(dòng)器總成振動(dòng)頻率調(diào)整為9.5 KHz和13.2 KHz，避免與懸架總成共振問題，消除制動(dòng)尖叫異響.

5 摩擦片銹蝕噪音問題

圖4 整改后摩擦片

在典型制動(dòng)噪音中，摩擦片銹蝕引起的制動(dòng)噪音是非常普遍的現(xiàn)象.摩擦片的銹蝕主要有以下原因：

1）當(dāng)車輛較長時(shí)間停放時(shí)（一般超過一周），車輛長期處于駐車制動(dòng)狀態(tài)，摩擦片和制動(dòng)盤保持貼合狀態(tài)，摩擦片易與制動(dòng)盤發(fā)生銹粘，形成銹蝕現(xiàn)象；

2）在沿海潮濕環(huán)境或夏季雨水多發(fā)季節(jié)，當(dāng)車輛處于駐車制動(dòng)1 d以上時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)長期暴露于潮濕的環(huán)境中，摩擦片和制動(dòng)盤保持貼合在一起，很容易產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象.

在摩擦片發(fā)生銹蝕現(xiàn)象后，與制動(dòng)盤銹粘在一起，當(dāng)車輛啟動(dòng)后，會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)制動(dòng)噪音.當(dāng)車輛再次進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，銹蝕層易發(fā)生燒蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生制動(dòng)噪音.在發(fā)生燒蝕現(xiàn)象后，需要去掉摩擦片的燒蝕層，同時(shí)還應(yīng)增加增磨劑涂層，如圖4狀態(tài)所示為整改后摩擦片.

為避免摩擦片的銹蝕引起的噪音問題，在摩擦片的整改過程中，應(yīng)該提高燒蝕層一致性，對(duì)燒蝕前后重量差進(jìn)行控制，需要控制重量差為0.4～0.8 g.

6 結(jié)論

為了能夠更好地提升汽車的NVH性能，針對(duì)汽車制動(dòng)噪音進(jìn)行研究，根據(jù)噪音產(chǎn)生的不同頻率，將典型模式的制動(dòng)噪音進(jìn)行了分類，并針對(duì)各典型制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，依據(jù)實(shí)車的失效模式，給出了較為全面的解決方案，同時(shí)對(duì)常見的摩擦片銹蝕問題進(jìn)行了分析.通過以上方法，基本可以對(duì)制動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪音進(jìn)行有效判斷和處理.

［1］劉惟信.汽車設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001：67-70.

［2］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002：106-120.

［3］于清武.汽車制動(dòng)噪音成因與消除措施分析［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2008（20）：247-248.

［4］王濤，朱文堅(jiān).摩擦制動(dòng)器原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)［M］.廣州：華南理工大學(xué)版社，1992：23-25.

An Analysis of and a Research on the Typical Automobile BrakeNoise

GUI Jun
(Great Wall Motor Company Limited Technology Center, Automotive Engineering Technology Research Center in Hebei Province,Baoding 071000,China)

The automobile brake noise seriously affects the NVH of the entire vehicle performance.In order to better study the noise produced in the process of automobile braking,the typical patterns of brake noise are classified and researched based on the noise produced by different frequency,and the causes of various typical brake noise are analyzed.On the basis of the real automobile failure mode,a more comprehensive solution is given.

NVH;brake;noise;frequency

U463.51

A

1008-2794（2017）02-0030-03

2016-04-23

桂軍，助理工程師，碩士研究生，研究方向：汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制，E-mail：946882393@qq.com.