汽車制動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中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車制動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中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

汽車制動噪音嚴重影響整車NVH性能，為了能更好地研究汽車制動過程產生的噪音，根據噪音產生的不同頻率，對典型的制動噪音模式進行了分類和研究，并針對各典型制動噪音產生的原因進行分析，依據實車的失效模式，給出了較為全面的解決方法.

NVH；制動；噪音；頻率

1 引言

在汽車行駛過程中，在調整行駛狀態(tài)、出現異常情況或者停止行駛時會對車輛進行制動，由于制動過程是制動鉗與制動盤的摩擦過程，會產生一定的摩擦聲音，而這種摩擦聲音超出正常的承受范圍后，會影響汽車的NVH性能，應被判定為制動噪音［1］.

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

表1 制動噪音典型模式

2 制動噪音產生的原因

制動噪音產生的原因與制動系統、懸架系統等部件有關，一般與下列因素關系比較密切：

1）摩擦片：摩擦材料配方、壓縮性、摩擦系數、幾何形狀、倒角結構、固有頻率等，例如摩擦片設計倒角尺寸較小，為5.75 mm，緊急制動時摩擦片與制動盤產生相對徑向移動，蠕變量相對較大引起車體震動產生異響，摩擦片的倒角改為13 mm后異響消除；

2）制動鉗：剛性、勾爪部分的結構、勾爪橋部結構、固有頻率等；

3）制動盤、轉向節(jié)：固有頻率、材質、結構等；

4）制動罩殼：厚度、質量、結構等，例如前制動盤罩殼板厚設計為0.5 mm，板厚不足，車速為35～45 km/h在比利時路行駛時發(fā)生共振產生異響，罩殼厚度由0.5 mm調整到0.8 mm，以35～45 km/h在比利時路行駛時異響消除；

5）懸架系統：阻尼、結構、剛度.

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

3 制動噪音試驗

制動噪音試驗一般和整車NVH試驗在一起進行，也可以針對制動噪音進行單獨的試驗，而試驗模式一般分為臺架試驗和道路試驗［4］：

1）臺架試驗：常用試驗程序為SAE J2521；

2）道路試驗：道路試驗是選取各種典型的路況，市區(qū)、郊區(qū)、山區(qū)和各種典型制動工況組合成的整車試驗程序，目的是檢查制動器在各種可能發(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.

4 典型模式制動噪音解決方案

圖1 配合間隙調整圖

1）低噪音（頻率100～1000 Hz）：該類型噪音在車速很低時容易出現，出現幾率低.經了解車輛后輪出現Moan噪音后，通過將阻尼減震器安裝在制動鉗的導向銷螺釘上進行消除.通常的解決方案為：a）懸架系統剛度和阻尼調整；b）制動系統零部件優(yōu)化；c）摩擦片配方優(yōu)化；d）增加阻尼減震塊；e）調節(jié)制動鉗對制動塊的壓力分布（例如在消音片上開橡膠槽）.圖1為摩擦片與制動鉗配合間隙優(yōu)化調整的例子.

摩擦片上錘頭與鉗體配合處的間隙設計值0.1 mm，下錘頭與鉗架配合處間隙0.37 mm，前進制動時摩擦片隨鉗體扭轉產生偏磨，在倒車制動過程中因摩擦片偏磨，整車出現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，避免了前進制動時摩擦片隨鉗體扭轉造成偏磨及倒車制動時產生的撞擊音.

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）摩擦片幾何參數改變（如開槽、增加倒角）；d）調節(jié)摩擦片的壓力分布，可以對消音片進行開香蕉槽，一般該方法適用于多層消音片；e）制動鉗、支架、制動盤等結構優(yōu)化，通常低頻噪音的頻率與某兩個制動部件的固有頻率很接近，通過修改某個部件的結構改變其固有頻率，消除系統耦合，進而消除制動噪音的發(fā)生.

3）高頻噪音（頻率3000～20000 Hz）：該類型噪音一般是由制動系統不穩(wěn)定引起的，通常與摩擦片配方、制動盤結構及材質關系密切，也與整車懸架系統有一定的關系，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）制動塊受力點涂油脂、制動塊背板與消音片之間涂油脂；d）摩擦片外片粘3M膠.下面為摩擦片的結構問題導致的高頻制動噪音，如圖2所示.

圖2 變更前摩擦片結構和噪音頻率圖

圖3 變更后摩擦片結構和噪音頻率圖

制動鉗摩擦片為5×15扇形倒角結構，緊急制動時，制動器總成頻率為4.8 KHz和7.5 KHz，與懸架總成共振，導致嚴重異響.

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

5 摩擦片銹蝕噪音問題

圖4 整改后摩擦片

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

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

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

在摩擦片發(fā)生銹蝕現象后，與制動盤銹粘在一起，當車輛啟動后，會出現啟動制動噪音.當車輛再次進行制動時，銹蝕層易發(fā)生燒蝕現象，產生制動噪音.在發(fā)生燒蝕現象后，需要去掉摩擦片的燒蝕層，同時還應增加增磨劑涂層，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，應該提高燒蝕層一致性，對燒蝕前后重量差進行控制，需要控制重量差為0.4～0.8 g.

6 結論

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

［1］劉惟信.汽車設計［M］.北京：清華大學出版社，2001：67-70.

［2］余志生.汽車理論［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002：106-120.

［3］于清武.汽車制動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.摩擦制動器原理、結構與設計［M］.廣州：華南理工大學版社，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：汽車系統動力學與控制，E-mail：946882393@qq.com.