劉尚芬

摘 要：轎車高速制動(dòng)抖動(dòng)問題屬于制動(dòng)問題中的重要問題。本文就轎車在車速80Km/h左右踩制動(dòng)踏板，出現(xiàn)方向盤及車身抖動(dòng)問題進(jìn)行調(diào)查分析。首先進(jìn)行問題現(xiàn)象確認(rèn)，收集問題現(xiàn)象后在實(shí)車上進(jìn)行再現(xiàn)試驗(yàn)，測量制動(dòng)卡鉗、制動(dòng)踏板、方向盤以及座椅的抖動(dòng)情況，分析振動(dòng)源，尋找問題原因并提出對策可行性方案。研究表明，高速制動(dòng)抖動(dòng)與制動(dòng)盤的DTV存在明顯關(guān)系，振源是前輪制動(dòng)盤制動(dòng)。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)抖動(dòng);再現(xiàn)試驗(yàn);制動(dòng)盤DTV

1 引言

汽車制動(dòng)的頭等難題是制動(dòng)抖動(dòng)和制動(dòng)異響問題[1]，而高速制動(dòng)抖動(dòng)是制動(dòng)系統(tǒng)的典型問題，不同于低速制動(dòng)抖動(dòng)，它在新車時(shí)不易出現(xiàn)，一般在車輛經(jīng)過一定的行駛里程后出現(xiàn)。車輛出現(xiàn)高速制動(dòng)抖動(dòng)時(shí)，會(huì)傳遞到方向盤、制動(dòng)踏板、座椅等部位。這些問題不僅影響駕駛員的操作舒適性，還影響乘坐者的舒適性，故障表現(xiàn)最多的是制動(dòng)時(shí)方向盤抖動(dòng)的問題。所以制動(dòng)抖動(dòng)問題直接影響企業(yè)的品牌，研究和解決該問題是非常必要的[2]。

本文就制動(dòng)抖動(dòng)引起的問題進(jìn)行調(diào)查研究，收集問題車輛的零部件與新零部件裝車后進(jìn)行道路對比試驗(yàn)，測定制動(dòng)卡鉗、方向盤、制動(dòng)踏板和座椅導(dǎo)軌四個(gè)零件在xyz三個(gè)方向的振動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)收集的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)零件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，尋找振動(dòng)源，分析問題的可能原因。相關(guān)調(diào)查采取從主觀評(píng)價(jià)到客觀數(shù)據(jù)測定，為解決制動(dòng)抖動(dòng)問題提供調(diào)查的參考方法。

2 制動(dòng)抖動(dòng)問題車故障現(xiàn)象確認(rèn)

收集問題車故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題車行駛里程主要集中在3-5萬公里，在問題現(xiàn)場對兩臺(tái)里程在該范圍車輛進(jìn)行故障現(xiàn)象確認(rèn)。通過實(shí)車道路主觀確認(rèn)，車輛制動(dòng)性能正常，未出現(xiàn)制動(dòng)跑偏、制動(dòng)不良等現(xiàn)象。對制動(dòng)抖動(dòng)故障車故障現(xiàn)象確認(rèn)結(jié)果如下表1：

其中，1#車更換摩擦塊并排換制動(dòng)液后，進(jìn)行實(shí)車道路主觀評(píng)價(jià)，制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象減弱。2#車更換摩擦塊，同樣進(jìn)行實(shí)車道路主觀評(píng)價(jià)，制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象同樣減弱，但均不能根除該問題現(xiàn)象。為進(jìn)一步調(diào)查解決問題，將故障車制動(dòng)盤和摩擦塊回收進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

3 制動(dòng)抖動(dòng)道路再現(xiàn)試驗(yàn)

針對故障車零件（制動(dòng)盤和摩擦塊）進(jìn)行再現(xiàn)試驗(yàn)，是為了進(jìn)一步分析制動(dòng)抖動(dòng)引起車內(nèi)方向盤、制動(dòng)踏板和座椅的振動(dòng)特征、振動(dòng)源、振動(dòng)的傳遞途徑、行駛車速的關(guān)系等[3]。將故障車的制動(dòng)盤和摩擦塊，裝配到正常車上進(jìn)行道路再現(xiàn)試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下：

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

3.1.1 試驗(yàn)車準(zhǔn)備

試驗(yàn)車信息為：配置信息1.6MT，行駛里程2168Km，生產(chǎn)日期2017/02/06，輪胎氣壓200Kpa。試驗(yàn)前將輪胎氣壓調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)值，并組織進(jìn)行實(shí)車道路主觀評(píng)價(jià)，無抖動(dòng)問題。

3.1.2 試驗(yàn)樣件準(zhǔn)備

試驗(yàn)樣件準(zhǔn)備：準(zhǔn)備包含原車在內(nèi)的共6個(gè)方案前制動(dòng)盤和摩擦塊樣件，樣件有未使用過的新件，以及故障車零件。

3.1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)測定項(xiàng)目結(jié)合故障車情況，在高速輕制動(dòng)情況下，測量出車輛的平順性，測量點(diǎn)布置在制動(dòng)鉗、方向盤、制動(dòng)踏板和座椅導(dǎo)軌上。所需儀器有踏板力測量儀、胎壓測量儀和加速度測量儀。車速由GPS讀取。

3.1.4 試驗(yàn)工況

（1）試驗(yàn)路況：選取平直瀝青路面，試驗(yàn)時(shí)注意安全。

（2）控制制動(dòng)初速度：50Km/h，60Km/h，70Km/h，80Km/h，90Km/h。

（3）控制離合器：結(jié)合、斷開。

（4）控制制動(dòng)強(qiáng)度：采取輕制動(dòng)，試驗(yàn)前測量制動(dòng)力，控制制動(dòng)力在40-50N。

（5）記錄數(shù)據(jù)：各測量點(diǎn)三個(gè)方向振動(dòng)加速度、各測量點(diǎn)最大加速度時(shí)的車速。

3.1.5 測量點(diǎn)布置

測量點(diǎn)布置如下：

（1）制動(dòng)踏板上安裝踏板力傳感器，根據(jù)踏板力大小控制制動(dòng)強(qiáng)度;

（2）在制動(dòng)卡鉗、方向盤12點(diǎn)位置、主駕駛座椅導(dǎo)軌中點(diǎn)、制動(dòng)踏板臂上分別各布置一個(gè)三向加速度傳感器，分別測量4個(gè)位置的X、Y、Z方向的振動(dòng)加速度，布置如圖1所示。

（3）在試驗(yàn)車上放置GPS，測量車速。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

4.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理主要在各組樣件與整車振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的對比分析，考察制動(dòng)鉗、方向盤、制動(dòng)踏板和駕駛座座椅滑軌測量點(diǎn)最大振動(dòng)數(shù)據(jù)與車速的關(guān)系，為分析振動(dòng)源提供依據(jù)。

6組制動(dòng)盤和摩擦塊樣件分別裝在同一臺(tái)車上進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集4個(gè)傳感器安裝點(diǎn)的X、Y、Z三個(gè)方向振動(dòng)加速度，提取各點(diǎn)三個(gè)方向最大振動(dòng)加速度數(shù)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，曲線如圖2所示。經(jīng)對圖2進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）制動(dòng)鉗X方向的振動(dòng)強(qiáng)度最大，制動(dòng)鉗的振動(dòng)加速度是制動(dòng)踏板和駕駛座座椅滑軌的10倍左右，是方向盤的6倍左右。表明振動(dòng)源是制動(dòng)鉗附近，通過懸架系統(tǒng)零件、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)零件傳遞到車內(nèi)，振動(dòng)幅度減小。

（2）車內(nèi)振動(dòng)強(qiáng)度最大位置是方向盤，方向盤的振動(dòng)加速度是制動(dòng)踏板和駕駛座座椅滑軌的2倍左右，駕駛座座椅滑軌是車內(nèi)振動(dòng)強(qiáng)度最小位置。受傳遞路徑各零件性能影響，車內(nèi)各測量點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度不同。

（3）6組試驗(yàn)樣件振動(dòng)幅值排序?yàn)椋篈4>A5>A6>A3>A2=A1。A4和A5屬于不能接受水平。6組試驗(yàn)方案樣件狀態(tài)影響試驗(yàn)結(jié)果。

4.2 制動(dòng)振動(dòng)原因分析

（1）制動(dòng)初速度和制動(dòng)強(qiáng)度的影響

提取各測量部件振動(dòng)值最大點(diǎn)對應(yīng)的制動(dòng)初速度，具體數(shù)據(jù)如下圖3，由圖中數(shù)據(jù)分析出制初動(dòng)速度與振動(dòng)有一定關(guān)聯(lián)，振動(dòng)最大值對應(yīng)的制動(dòng)初速度主要集中在60-80Km/h。制動(dòng)強(qiáng)度屬于輕度制動(dòng)，制動(dòng)力在40-45N。

（2）制動(dòng)盤DTV對制動(dòng)抖動(dòng)的影響

測量6組制動(dòng)盤工作面的厚度差DTV（Disc thickness variation），周向DTV（指制動(dòng)盤與摩擦塊接觸區(qū)域周向的厚度差）最大值如圖4所示，由圖中可以看出前制動(dòng)盤周向DTV由大到小排序?yàn)锳4>A5>A6>A3>A2=A1，這個(gè)順序與圖1振動(dòng)幅值由大到小的排序一致，所以制動(dòng)盤DTV增量與制動(dòng)抖動(dòng)直接相關(guān)。

制動(dòng)盤的DTV增量問題，可能由以下原因?qū)е拢?/p>

1）生產(chǎn)制造方面的原因，如加工誤差;

2）耐久后的磨損不均[4]，當(dāng)達(dá)到一定的行駛里程時(shí)開始出現(xiàn)振動(dòng)問題，這與制動(dòng)盤與摩擦塊的磨損有關(guān)，可以從配合件的摩擦系數(shù)、零件表面硬度等方面著手分析;

3）一定速度下反復(fù)制動(dòng)時(shí)的熱變形問題[1]。

（3）懸架系統(tǒng)對整車制動(dòng)抖動(dòng)的影響分析

從圖2分析得出車內(nèi)抖動(dòng)最大位置在方向盤的Z方向，其抖動(dòng)幅度是制動(dòng)踏板和座椅滑軌的2倍。分析抖動(dòng)傳遞路徑如下：

A. 方向盤抖動(dòng)傳遞路徑：制動(dòng)盤——制動(dòng)卡鉗——轉(zhuǎn)向節(jié)——轉(zhuǎn)向拉桿接頭——轉(zhuǎn)向柱——方向盤。整條路徑連接約束關(guān)系為球絞、固定副和移動(dòng)副，沒有緩沖的彈性襯套，所以方向盤具有較強(qiáng)的振動(dòng)。

B.車身及座椅滑軌抖動(dòng)傳遞路徑較多，列出主要的兩條為：制動(dòng)盤——輪轂——轉(zhuǎn)向節(jié)——前減震器——車體——座椅滑軌、制動(dòng)盤——輪轂——傳動(dòng)軸——變速器——發(fā)動(dòng)機(jī)——前副車架——車體——座椅滑軌。

C.制動(dòng)踏板抖動(dòng)傳遞路徑：通過制動(dòng)管路中的油壓波動(dòng)反饋到制動(dòng)踏板上，并使駕駛者的腳上有感覺。

B兩條路徑都有彈性元件緩沖，如減震器緩沖件、減震彈簧、減震器、前懸架擺臂前后襯套、發(fā)動(dòng)懸置襯套等緩沖件，在一定程度上將振動(dòng)吸收。C路線中主要是油壓波動(dòng)。綜上制動(dòng)踏板和座椅滑軌振動(dòng)較弱。

5 結(jié)語

本文通過實(shí)車道路耐久試驗(yàn)，對不同方案前輪制動(dòng)盤和摩擦塊裝車狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)并測量振動(dòng)數(shù)據(jù)，明確了振動(dòng)特性和振動(dòng)源，為解決制動(dòng)問題提供一定的參考內(nèi)容，以下是本次調(diào)查研究的主要結(jié)論：

（1）試驗(yàn)車制動(dòng)抖動(dòng)屬于高速（車速60-80km/h）制動(dòng)抖動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度屬于輕度制動(dòng)（踏板力40-45N）;

（2）制動(dòng)時(shí)方向盤抖動(dòng)與前輪制動(dòng)盤DTV增量有直接關(guān)系，與后輪制動(dòng)盤無關(guān);

（3）試驗(yàn)車制動(dòng)抖動(dòng)主要表現(xiàn)在方向盤上，座椅和制動(dòng)踏板抖動(dòng)較弱;

（4）解決制動(dòng)抖動(dòng)引起的方向盤抖動(dòng)問題，需要從振動(dòng)源進(jìn)行對應(yīng)，可以考慮控制制動(dòng)盤的DTV增量;

（5）通過調(diào)整懸架彈性元件的剛度，可以更大程度減輕制動(dòng)抖動(dòng)引起的車身和座椅的抖動(dòng)，但不會(huì)減輕決方向盤抖動(dòng)。

制動(dòng)抖動(dòng)問題是一項(xiàng)復(fù)雜問題，不僅涉及零件的尺寸精度問題，還涉及零件耐久磨損問題，后續(xù)擬從制動(dòng)盤DTV增量變化控制上深入研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2]余桌平，尹東曉，張立軍，等，盤式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)問題概述[J]，汽車工程，2005，27（2），372-376.

[3]寧國寶，張立軍，尹東曉，余桌平，制動(dòng)引起的方向盤抖動(dòng)現(xiàn)象試驗(yàn)研究，中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2004，Vol.2 ?No.3.

[4]鄭為民，制動(dòng)時(shí)方向盤抖動(dòng)與排除，技師手記汽車維修，2014.9.