基于道路試驗(yàn)的制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振客觀測(cè)量與主觀評(píng)價(jià)

張立軍, 黃 健, 孟德建, 張頻捷

(1.同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院， 上海 201804; 2. 同濟(jì)大學(xué) 智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心， 上海 201804)

基于道路試驗(yàn)的制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振客觀測(cè)量與主觀評(píng)價(jià)

張立軍1,2, 黃 健1,2, 孟德建1,2, 張頻捷1,2

(1.同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院， 上海 201804; 2. 同濟(jì)大學(xué) 智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心， 上海 201804)

蠕動(dòng)顫振是一種典型汽車制動(dòng)器摩擦振動(dòng)和噪聲問題，業(yè)界尚未建立公認(rèn)的試驗(yàn)規(guī)范與主客觀評(píng)價(jià)方法。綜合考慮驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、懸架變形和制動(dòng)停車強(qiáng)度影響因素，在7個(gè)工況下開展3種車型的蠕動(dòng)顫振道路試驗(yàn)，并進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量。以主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為依據(jù)，通過系統(tǒng)對(duì)比不同試驗(yàn)車輛和不同工況下蠕動(dòng)顫振的差異，剖析了停車制動(dòng)強(qiáng)度、懸架變形和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小的影響方式與程度。建立了車型靈敏度高、工況靈敏度高和函數(shù)靈敏度高三個(gè)準(zhǔn)則，并基于該準(zhǔn)則逐步從40個(gè)基于振動(dòng)加速度的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中篩選出與主觀評(píng)價(jià)具有最佳映射關(guān)系的指標(biāo)，并擬合建立了其與主觀評(píng)價(jià)的函數(shù)關(guān)系。

汽車制動(dòng)器； 蠕動(dòng)顫振； 主觀評(píng)價(jià)； 客觀測(cè)量； 道路試驗(yàn)

制動(dòng)顫振是一種完全不同于低頻制動(dòng)抖動(dòng)和高頻制動(dòng)尖叫的制動(dòng)器摩擦振動(dòng)和噪聲問題，具有顯著的沖擊特點(diǎn)[1-3]。近年來，隨著汽車保有量的劇增，城市交通擁堵日益加劇，汽車低速爬行工況愈加頻繁，制動(dòng)顫振，尤其是蠕動(dòng)顫振與異響問題日趨嚴(yán)重，成為工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的關(guān)注熱點(diǎn)問題[4-5]。

目前，業(yè)界尚未建立制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的試驗(yàn)規(guī)范或測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[6]，不同研究者按照各自研究目的建立了不同的試驗(yàn)方法與相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)。例如， Bettella等[7]通過對(duì)制動(dòng)鉗振動(dòng)和近場(chǎng)噪聲與駕駛室內(nèi)的噪聲進(jìn)行測(cè)量和相干分析，確定了制動(dòng)顫振的主要結(jié)構(gòu)聲傳遞路徑， Crowther等[8]則通過整車道路試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了制動(dòng)顫振的瞬時(shí)脈沖性和長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)態(tài)性雙重特征，Abdelhamid等[9]開展制動(dòng)顫振的轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架試驗(yàn)，采用心理聲學(xué)指標(biāo)表征制動(dòng)顫振的強(qiáng)度，以反映主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。綜合來看，目前研究雖然對(duì)蠕動(dòng)顫振的發(fā)生工況和基本特征有了較為全面的認(rèn)識(shí)[10-12]，但對(duì)其發(fā)生機(jī)理和關(guān)鍵影響因素仍然缺乏深刻認(rèn)識(shí)，尚未建立切實(shí)有效的控制措施。其中的關(guān)鍵原因之一就是目前的試驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)以主觀評(píng)價(jià)為主，不僅耗時(shí)較長(zhǎng)，重復(fù)性較差，而且由于沒有建立主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與客觀測(cè)量指標(biāo)之間的映射關(guān)系，嚴(yán)重影響了關(guān)鍵影響因素的診斷和有效控制措施的開發(fā)。

在此背景下，本文設(shè)計(jì)了由7個(gè)工況組成的制動(dòng)蠕動(dòng)顫振整車道路試驗(yàn)方法，同步開展主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)量。以主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為依據(jù)，在深入剖析制動(dòng)蠕動(dòng)顫振關(guān)鍵影響因素和關(guān)鍵特征的基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計(jì)分析方法優(yōu)選能夠反映主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，并建立主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果的等效關(guān)系。研究結(jié)果不僅可以定量客觀描述制動(dòng)蠕動(dòng)顫振的強(qiáng)度，而且可以對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)明的主觀定量評(píng)價(jià)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 整車道路試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)置

試驗(yàn)對(duì)象為3輛裝備自動(dòng)變速裝置的緊湊型轎車。車輛的基本配置和特性參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)車輛基本配置與特性參數(shù)

試驗(yàn)車輛保養(yǎng)良好，試驗(yàn)時(shí)輪胎氣壓根據(jù)使用說明嚴(yán)格調(diào)整，試驗(yàn)載荷狀態(tài)按照《汽車道路試驗(yàn)方法通則》[13]調(diào)整。

1.2 主觀評(píng)價(jià)設(shè)置

為了保證主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)工況的一致性，采用駕駛席與副駕駛席2個(gè)評(píng)價(jià)人員同時(shí)評(píng)價(jià)的方法。評(píng)價(jià)人員為汽車企業(yè)的資深專業(yè)試車員。評(píng)價(jià)人員對(duì)發(fā)生制動(dòng)蠕動(dòng)顫振的振動(dòng)與噪聲的惱人程度做出獨(dú)立評(píng)價(jià)，并根據(jù)10分制的評(píng)價(jià)體系評(píng)分[14]。詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如附錄1所示[15]。

1.3 客觀測(cè)量信號(hào)設(shè)置

前期研究表明，前輪制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振對(duì)車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)最大，且左右制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的基本特征類似[16]。因此，試驗(yàn)中僅在左前輪制動(dòng)器的制動(dòng)鉗活塞側(cè)端面處布置1個(gè)3向加速度傳感器，并在制動(dòng)鉗附近布置1個(gè)傳聲器測(cè)量其近場(chǎng)噪聲。詳細(xì)的測(cè)點(diǎn)布置位置如圖1所示。所有信號(hào)的采樣頻率為10.24 kHz。

圖1 傳感器布置位置示意圖

1.4 試驗(yàn)工況設(shè)置

制動(dòng)蠕動(dòng)顫振存在各種復(fù)雜的影響因素，包括溫度、濕度、路面坡度、起步驅(qū)動(dòng)力矩大小[17]以及懸架系統(tǒng)的變形等[18]。為了嚴(yán)格區(qū)分不同的影響因素，通過各個(gè)工況之間的相互對(duì)比，揭示各個(gè)影響因素對(duì)制動(dòng)顫振的作用方式和影響程度，為制動(dòng)顫振的控制措施提供明確的方向，本文設(shè)計(jì)了由7種工況組成的系列試驗(yàn)工況，各個(gè)工況的操作要求以及工況目的如表2所述。其中，緩?fù)Ｆ鸩焦r作為基準(zhǔn)工況，因?yàn)樗懦舜蟛糠钟绊懸蛩?，起步時(shí)只受到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的作用。坡道工況的坡度值為5°。

2 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果分析

為了提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每個(gè)工況重復(fù)試驗(yàn)三次，評(píng)價(jià)人員根據(jù)三次試驗(yàn)的綜合感受給出主觀評(píng)分，結(jié)果如表3所示。

表3中的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明：兩個(gè)評(píng)價(jià)人員的評(píng)分相近，基本趨勢(shì)相同，因此可以采用平均化處理的評(píng)價(jià)結(jié)果分析不同車型不同工況之間的區(qū)別。

圖2所示為三種車型在7種工況下的主觀評(píng)分的平均化處理結(jié)果。由圖2分析可知：

(1) 不同車型評(píng)分的差別：在大部分試驗(yàn)工況下，A車型的評(píng)分稍高于C車型或與之持平，而B車型則明顯低A、C兩個(gè)車型。坡道起步工況(N檔和D檔)下三輛車的評(píng)分相近。

(2) 三種車型在7種工況下的評(píng)分優(yōu)劣呈基本相同的趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為：① 低溫起步工況與緩?fù)Ｆ鸩焦r差別很小，說明發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)的低溫狀態(tài)對(duì)蠕動(dòng)顫振強(qiáng)度影響不大；② 急停起步工況相比緩?fù)Ｆ鸩焦r顯著變差，說明緊急制動(dòng)時(shí)懸架壓縮變形產(chǎn)生的內(nèi)力的影響很大；③ 帶油門起步、坡道起步相比緩?fù)Ｆ鸩矫黠@變差，而且坡道起步工況(無論是N檔還是D檔)是所有工況中最差的，說明坡道重力分量遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力越大，蠕動(dòng)顫振問題越嚴(yán)重。

因此，不同工況的優(yōu)劣排序?yàn)椋壕復(fù)Ｆ鸩焦r最好，低溫起步與停車起步稍差，急停起步、帶油門起步與坡道起步工況顯著變差，其中坡道起步工況最差。

表2 蠕動(dòng)顫振整車道路試驗(yàn)工況表

表3 主觀評(píng)價(jià)評(píng)分結(jié)果

圖2 3種車型7種工況下的主觀評(píng)分柱狀圖

3 客觀測(cè)量結(jié)果分析

由于客觀測(cè)量信號(hào)可以充分體現(xiàn)制動(dòng)蠕動(dòng)顫振的基本特征，所以本節(jié)基于采集獲得的振動(dòng)和噪聲信號(hào)，分析顫振的基本特征，并與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，為建立與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果一致的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

初步分析發(fā)現(xiàn)，由于制動(dòng)鉗距離發(fā)動(dòng)機(jī)很近，顫振異響和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲存在頻率重疊，因此制動(dòng)鉗近場(chǎng)噪聲不適合用于客觀評(píng)價(jià)，予以舍棄。

附錄2所示為7種試驗(yàn)工況下三種車型的制動(dòng)鉗三向振動(dòng)加速度時(shí)域曲線。通過細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)顫振振動(dòng)具有以下特征：

(1) 信號(hào)總體特征：在大部分的試驗(yàn)工況下，蠕動(dòng)顫振信號(hào)都以多次間歇性沖擊瞬態(tài)信號(hào)為主，但在少部分工況下也出現(xiàn)了持續(xù)性的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)。

(2) 不同方向的加速度存在一定的差異性。例如，各車型蠕動(dòng)顫振時(shí)的制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度幅值最大方向并不相同，A車型與B車型X方向(制動(dòng)盤切向)和Y方向(制動(dòng)盤徑向)的振動(dòng)幅值都較大，而C車型X方向的振動(dòng)幅值遠(yuǎn)大于其他方向。

(3) 不同車型的顫振振動(dòng)加速度信號(hào)幅值大小與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果基本相符。B車型在各工況下的幅值均大于A車型與C車型，A車型與C車型之間的差別較小。坡道起步工況(D檔和N檔)下三個(gè)車型加速度信號(hào)幅值差別不大。

(4) 不同試驗(yàn)工況下顫振振動(dòng)加速度信號(hào)幅值對(duì)比情況也與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，具體表現(xiàn)為：① 各個(gè)車型低溫起步工況下的振動(dòng)幅值比緩?fù)Ｆ鸩焦r稍大；② 急停起步工況(見附圖4)的振動(dòng)幅值相對(duì)緩?fù)Ｆ鸩焦r(見附圖3)顯著增大；③ 帶油門起步工況(見附圖5)、坡道起步(見附圖6和附圖7)與緩?fù)Ｆ鸩?見附圖3)相比，振動(dòng)幅值增大顯著。

4 客觀評(píng)價(jià)與主觀評(píng)價(jià)關(guān)系建立

4.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)建立準(zhǔn)則

通常，客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)建立重點(diǎn)考慮如何描述蠕動(dòng)顫振的特征和強(qiáng)度。然而，面向建立客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)間關(guān)系的目標(biāo)，在建立和選擇客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，必須充分反映主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果及趨勢(shì)，否則就難以建立客觀評(píng)價(jià)結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的映射關(guān)系。本文按照三個(gè)準(zhǔn)則予以保證：

(1) 工況靈敏度高準(zhǔn)則，盡可能反映同一車型在不同試驗(yàn)工況下的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的差異，顯著區(qū)分主要影響因素的貢獻(xiàn)；

(2) 車型靈敏度高準(zhǔn)則，盡可能反映不同車型蠕動(dòng)顫振的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣；

(3) 函數(shù)靈敏度高準(zhǔn)則，主客觀指標(biāo)之間的擬合函數(shù)具有盡可能好的線性度與盡可能高的靈敏度。

4.2 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)初建

文獻(xiàn)[19]根據(jù)道路試驗(yàn)結(jié)果提出的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)具有很好的指導(dǎo)意義。本文參考該文獻(xiàn)，初步建立五個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，用于后續(xù)遴選。

為此，需要定義蠕動(dòng)顫振的持續(xù)時(shí)間T。它是指制動(dòng)鉗X方向振動(dòng)加速度的幅值超過車輛怠速靜止?fàn)顟B(tài)下信號(hào)有效值3倍的時(shí)段。分別針對(duì)顫振時(shí)段T內(nèi)的振動(dòng)加速度信號(hào)，建立5個(gè)客觀指標(biāo)為

(1) 加速度峰峰值Q1

Q1=amax-amin

(1)

式中，amax為時(shí)段T內(nèi)信號(hào)最大峰值,amin為時(shí)段T內(nèi)信號(hào)最小峰值。

(2) 加速度均方值Q2

(2)

(3) 加速度的二階矩Q3

(3)

(4) 顫振的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)Q4

Q4=T

(4)

(5) 加速度最大脈沖的四階矩根值Q5

(5)

式中,Timpulse為時(shí)段T內(nèi)幅值最大脈沖的持續(xù)時(shí)段。

為了使后續(xù)的指標(biāo)建立盡可能完備，還需考慮以下因素：

(1) 時(shí)域分析已經(jīng)表明，蠕動(dòng)顫振時(shí)制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度三個(gè)方向的幅值分布情況在不同車型上存在較大的差別，而且不同方向的振動(dòng)加速度到車內(nèi)噪聲的傳遞特性也可能不同。因此，在后續(xù)分析中，將三個(gè)方向的振動(dòng)加速度，以及由它們合成的綜合加速度都作為客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。合成方向綜合加速度是指將直接測(cè)量得到的三向加速度信號(hào)計(jì)算其空間幅值(見式(6))，用以代表空間振動(dòng)的強(qiáng)弱。

(6)

(2) 前期有關(guān)振動(dòng)和噪聲主觀評(píng)價(jià)研究發(fā)現(xiàn)，人對(duì)于振動(dòng)或噪聲的量化感受在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下可能會(huì)具有更好的線性度[20]。因此，后續(xù)分析將分別在線性與對(duì)數(shù)坐標(biāo)下分析主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果之間的關(guān)系。

綜合以上分析，為了便于表達(dá)和分析，以Qijk表示所要利用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，下標(biāo)i為不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的序號(hào)，i=1,2,3,4,5，對(duì)應(yīng)式(1)～式(5)；下標(biāo)j為不同振動(dòng)加速度方向，j=1,2,3,4，分別表示X、Y、Z和合成方向；下標(biāo)k為不同坐標(biāo)系，k=1,2，分別表示線性坐標(biāo)和對(duì)數(shù)坐標(biāo)。

按照式(1)～式(5)計(jì)算所有客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)Qijk，為了與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果(見圖2)直觀比較，附錄2以Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)為例，用柱狀圖的形式表達(dá)不同方向加速度在線性坐標(biāo)下的計(jì)算結(jié)果，對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的結(jié)果只存在坐標(biāo)換算關(guān)系。需要說明的是Q1指標(biāo)有方向性，故在計(jì)算合成方向評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)首先單獨(dú)計(jì)算三個(gè)方向的Q1指標(biāo)，最后根據(jù)式(6)關(guān)系直接合成為綜合方向Q1指標(biāo)。Q4指標(biāo)與方向無關(guān)，各方向均相同。

4.3 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

4.3.1 按照工況靈敏度準(zhǔn)則篩選

利用相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)同一車型在不同工況下的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢(shì)與主觀評(píng)分趨勢(shì)的一致性。計(jì)算相關(guān)系數(shù)時(shí)首先提取某一車型在七個(gè)工況下的主觀評(píng)分，構(gòu)成一個(gè)向量，相應(yīng)地選取該車型在評(píng)價(jià)指標(biāo)Qijk下對(duì)應(yīng)七個(gè)工況的客觀指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)成另一向量，計(jì)算兩個(gè)向量之間的相關(guān)系數(shù)。哪個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越接近1，說明這個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)越符合工況靈敏度高準(zhǔn)則。

考慮到B車型的蠕動(dòng)顫振最嚴(yán)重，主觀評(píng)價(jià)最差，首選B車型進(jìn)行計(jì)算和分析。計(jì)算得到的不同工況下不同客觀指標(biāo)變化趨勢(shì)與主觀評(píng)分趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)結(jié)果如表4所示。由表4可以明顯看出：基于制動(dòng)鉗X方向的振動(dòng)加速度計(jì)算得到的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)最符合工況靈敏度高準(zhǔn)則。這從一定程度上也可以說明，不同方向的蠕動(dòng)顫振到車內(nèi)噪聲的傳遞特性確實(shí)存在差異，X方向振動(dòng)的影響較大。

細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)A車型與C車型的規(guī)律與B車型相似。因此，后續(xù)為了簡(jiǎn)化分析，只選擇X方向的振動(dòng)加速度相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行遴選。

分別計(jì)算三個(gè)車型在不同工況下各種客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)與主觀評(píng)分趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表5所示。規(guī)定對(duì)于三個(gè)車型相關(guān)系數(shù)均超過0.9的評(píng)價(jià)指標(biāo)符合工況靈敏度準(zhǔn)則，從表5中篩選出符合要求的6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)依次為：Q111、Q112、Q212、Q312、Q511、Q512。

表4 B車型不同工況主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)

表5 三個(gè)車型不同工況的主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)(X方向振動(dòng)加速度)

Fig.5 Correlation coefficient of subjective and objective evaluation of different working conditions for three vehicles(Xdirection acceleration)

評(píng)價(jià)指標(biāo)(Qijk)A車型B車型C車型線性(k=1)對(duì)數(shù)(k=2)線性(k=1)對(duì)數(shù)(k=2)線性(k=1)對(duì)數(shù)(k=2)Q110.940.940.930.940.910.90Q210.790.900.940.910.830.96Q310.850.950.800.930.860.96Q410.640.810.810.870.460.60Q510.930.940.920.930.910.90

4.3.2 按照車型靈敏度高準(zhǔn)則篩選

不同車型比較時(shí)采用用戶使用過程中的典型工況。根據(jù)用戶反饋的結(jié)果，停車起步工況(工況Ⅱ)與坡道D檔起步工況(工況Ⅶ)出現(xiàn)的頻率較高，產(chǎn)生蠕動(dòng)顫振噪聲的概率最大。按照發(fā)生頻率，給定停車起步工況的權(quán)系數(shù)為3，坡道D檔起步工況權(quán)系數(shù)為1。

同樣采用相關(guān)系數(shù)評(píng)價(jià)三個(gè)車型的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)與主觀評(píng)分變化趨勢(shì)的一致性。首先提取一個(gè)車型對(duì)應(yīng)工況Ⅱ與工況Ⅶ的主觀評(píng)分，按照權(quán)系數(shù)計(jì)算出平均主觀評(píng)分；相應(yīng)地選取該車型在評(píng)價(jià)指標(biāo)Qijk下對(duì)應(yīng)工況Ⅱ與工況Ⅶ的客觀指標(biāo)數(shù)據(jù)并按照權(quán)系數(shù)計(jì)算平均客觀指標(biāo)；三個(gè)車型對(duì)應(yīng)的平均主觀評(píng)分與平均客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)各組成兩個(gè)向量，計(jì)算兩個(gè)向量間的相關(guān)系數(shù)。哪個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越接近1，說明這個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)越符合車型靈敏度高準(zhǔn)則。

分別計(jì)算上述符合工況靈敏度準(zhǔn)則的6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的表征車型靈敏度的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表6所示。

表6 不同車型主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)

Fig.6 Correlation coefficient of the change trend of subjective and objective evaluation for different vehicles

評(píng)價(jià)指標(biāo)(Qijk)車型靈敏度相關(guān)系數(shù)Q1110.99Q1120.57Q2120.89Q3120.90Q5110.99Q5120.90

規(guī)定相關(guān)系數(shù)超過0.9的評(píng)價(jià)指標(biāo)符合車型靈敏度準(zhǔn)則，從表6中篩選出符合要求的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)依次為：Q111、Q312、Q511、Q512。

4.3.3 按照函數(shù)靈敏度高準(zhǔn)則篩選

在篩選出符合前兩個(gè)準(zhǔn)則的評(píng)價(jià)指標(biāo)后，繪制主觀評(píng)分與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)散點(diǎn)圖，對(duì)主客觀評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行線性擬合，通過擬合直線的線性度與靈敏度以及判定系數(shù)R2篩選出最佳評(píng)價(jià)指標(biāo)。判定系數(shù)表征回歸模型的擬合程度，判定系數(shù)越接近1，主觀評(píng)分與客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的線性函數(shù)關(guān)系越顯著。

圖3為4個(gè)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)與主觀評(píng)分之間的散點(diǎn)以及擬合曲線對(duì)比圖，表7為各擬合直線的擬合系數(shù)和判定系數(shù)。由表7可知，Q3評(píng)價(jià)指標(biāo)在對(duì)數(shù)化處理后與主觀評(píng)分之間有較好的線性度與靈敏度，判定系數(shù)最大；同時(shí)，由圖3(b)也可以看出，各數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在擬合直線兩側(cè)，擬合效果最好。

(a) Q111評(píng)價(jià)指標(biāo)

(b) Q312評(píng)價(jià)指標(biāo)

(c) Q511評(píng)價(jià)指標(biāo)

(d) Q512評(píng)價(jià)指標(biāo)

觀察圖3還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主觀評(píng)分較高時(shí)，所有客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)與主觀評(píng)分間存在一定誤差，具體表現(xiàn)為A車型與C車型對(duì)應(yīng)于工況Ⅰ(方塊符)與工況Ⅲ(叉

表7 各評(píng)價(jià)指標(biāo)擬合系數(shù)及判定系數(shù)

字符)的主觀評(píng)分相同，但工況Ⅰ的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值大于工況Ⅲ。對(duì)比工況Ⅰ與工況Ⅲ的時(shí)域曲線(見附圖1與附圖3)，可以明顯看出，A車型與C車型在工況Ⅰ下的制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度幅值稍大于工況Ⅲ。這一結(jié)果表明，當(dāng)制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度幅值小于一定閾值后，人無法覺察出細(xì)微的差異，主觀感受非常接近甚至相同。

綜上所述，針對(duì)本文所研究的三臺(tái)試驗(yàn)車輛，Q3評(píng)價(jià)指標(biāo)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下既可以反映主觀評(píng)價(jià)結(jié)果的基本差異，又可以量化描述蠕動(dòng)顫振強(qiáng)度?？陀^評(píng)價(jià)指標(biāo)與主觀評(píng)分間有明確的映射關(guān)系，可以代替主觀評(píng)價(jià)用于制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。必須要說明的是，由于不同車型制動(dòng)器、懸架結(jié)構(gòu)形式的差異，不同車輛對(duì)應(yīng)的最佳客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)、振動(dòng)加速度方向以及使用坐標(biāo)系必然會(huì)存在一定的差異。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了由7個(gè)工況組成的制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振整車道路試驗(yàn)，開展了主觀評(píng)價(jià)、客觀測(cè)量評(píng)價(jià)以及二者關(guān)系的研究。主要得到如下結(jié)論：

(1) 通過合理設(shè)置試驗(yàn)工況，主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合，不僅可以比較不同車型的顫振性能優(yōu)劣，而且可以發(fā)現(xiàn)作用力矩大小、懸架變形量以及制動(dòng)強(qiáng)度等關(guān)鍵因素對(duì)蠕動(dòng)顫振的作用方式和影響程度，為顫振控制指明方向。

(2) 試驗(yàn)中同步測(cè)量獲得的制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度信號(hào)可以定性反映主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果，對(duì)比不同車型、不同工況下振動(dòng)加速度時(shí)間歷程的差異，可以發(fā)現(xiàn)蠕動(dòng)顫振的總體特征以及不同車型之間的振動(dòng)差異。

(3) 可以按照工況靈敏度高、車型靈敏度高和函數(shù)靈敏度高三個(gè)準(zhǔn)則遴選最優(yōu)的蠕動(dòng)顫振客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，與主觀評(píng)價(jià)形成非常好的映射關(guān)系，為以客觀測(cè)量代替主觀評(píng)價(jià)，加快關(guān)鍵影響因素診斷和控制措施開發(fā)提供重要基礎(chǔ)。

[1] CANTONI C, CESARINI R, MASTINU G, et al. Brake comfort-a review[J]. Vehicle System Dynamics, 2009, 47(8): 901-947.

[2] GOUYA M, NISHIWAKI M. Study on disc brake groan[C]//SAE Paper 900007. United States: SAE International, 1990.

[3] 孟憲皆, 王歡, 吳光強(qiáng). 汽車制動(dòng)顫振的研究綜述[J]. 公路交通科技, 2009, 26(2): 124-128.

MENG Xianjie, WANG Huan, WU Guangqiang.Review of research on brake groan[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development, 2009, 26(2): 124-128.

[4] YOON K W, LEE J C, CHO S S. The study of vehicle structural characteristics for creep groan noise[C]//SAE Paper, 2011-01-2363. United States: SAE Inter-national, 2011.

[5] WU Guangqiang, JIN Shuyi. Combination of test with simulation analysis of brake groan phenomenon[C]//SAE Paper,2014-01-0869. United States: SAE Inter-national, 2014.

[6] RIEFE M, THOMPSON J, ROGUS M, et al. SAE low-frequency brake noise test procedure[C]//SAE Paper, 2010-01-1696. United States: SAE International,2010.

[7] BETTELLA M, HARRISON M F, SHARP R S. Investigation of automotive creep groan noise with a distributed-source excitation technique[J]. Journal of Sound & Vibration, 2002, 255(3):531-547.

[8] CROWTHER A R, YOON J, SINGH R. An explanation for brake groan based on coupled brake-driveline system analysis[C]//SAE Paper, 2007-01-2260. United States: SAE Inter-national,2007.

[9] ABDELHAMID M K, BRAY W.Braking systems creep groan noise: detection and evaluation[C]//SAE Paper,2009-01-2103. United States: SAE International, 2009.

[10] DONLEY M, RIESLAND D. Brake groan simulation for a McPherson strut type suspension[C]//SAE Paper, 2003-01-1627. United States: SAE International, 2003.

[11] CROWTHER A R, SINGN R. Analytical investigation of stick-slip motions in coupled brake-driveline systems[J]. Nonlinear Dynamics, 2007, 50(3): 463-481.

[12] VADARI V, JACKSON M. An experimental investigation of disk brake creep-groan in vehicles and brake dynamometer correlation[C]//SAE Paper, 1999-01-3408. United States: SAE International,1999.

[13] 汽車道路試驗(yàn)方法通則:GB/T 12534—1990[S].北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1990.

[14] LUCIANO M A, MADRUGA O, COSTA C A. A method for mesuaring creep groan based on brake inertial dinamometer[C]∥SAE Paper， 2005-01-4126. United States: SAE international, 2005.

[15] 海森英,布蘭德爾.汽車行駛動(dòng)力學(xué)性能的主觀評(píng)價(jià)[M]. 北京:人民交通出版社, 2010.

[16] WOO J H, KIM J, KIM K Y, et al. A study on the transfer path analysis of brake creep groan noise[C]//SAE Paper, 2014-01-25100. United States: SAE International, 2014.

[17] JOO K H, JEON H C, SUNG W. Transfer path analysis of brake creep noise[C]//SAE Paper 2013-01-20360. United States: SAE International, 2013.

[18] LIU W, PFEIFER J L. Introduction to brake noise & vibration[R]. Honeywell Friction Materials, 2003.

[19] CROWTHER A R, SINGH R. Identification and quantification of stick-slip induced brake groan events using experimental and analytical investigations[J]. Noise Control Engineering Journal, 2008, 56(4): 235-255.

[20] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動(dòng):理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社, 2006.

附錄1：主觀評(píng)價(jià)評(píng)分準(zhǔn)則

表1 主觀評(píng)價(jià)評(píng)分準(zhǔn)則

附錄2：三種車型各試驗(yàn)工況下的制動(dòng)鉗三向振動(dòng)加速度時(shí)域曲線

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

(b) B車型

(c) C車型

(a) A車型

(b) B車型

(c) C車型

附錄3：線性坐標(biāo)下Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)柱狀圖

Objective measurement and subjective evaluation forbrake creep groan based on road tests

ZHANG Lijun1,2， HUANG Jian1,2， MENG Dejian1,2， ZHANG Pinjie1,2

(1. School of Automotive Engineering，Tongji University, Shanghai 201804, China;2. Collaborative Innovation Center for Intelligent New Energy Vehicle, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Creep groan is a typical automotive brake friction vibration and noise problem. Till now, there are no well-known test regulations, objective measurement and subjective evaluation methods in the circle of automotive industry. Here, total vehicle road tests of three types of passenger cars were carried out under seven combined test conditions, considering effects of driving torque, suspension deformation and braking deceleration. During the road tests, subjective evaluation was done and vibration signals were sampled. On the basis of subjective evaluation results of three cars under seven conditions, the influence modes and levels of braking deceleration, driving torque and suspension deformations on creep groan were investigated. Three criteria for higher sensitivities to vehicle type variation, operation variation and amplitude variation were established and used to choose the index with the optimal mapping relation to subjective evaluation from 40 objective evaluation indexes based on vibration acceleration, the function relationship between this index and subjective evaluation was built with fitting technique.

automotive brake; creep groan; subjective evaluation; objective measurement; road tests

圖8 X方向Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)柱狀圖

圖9 Y方向Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)柱狀圖

圖10 Z方向Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)柱狀圖

圖11 合成方向Q1評(píng)價(jià)指標(biāo)柱狀圖

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51575395； 51541520)

2015-11-17 修改稿收到日期：2016-03-09

張立軍 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，1972年生

孟德建 男，博士，助理教授，1982年生

TH212； TH213.3

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.09.028