制動抖動分析

吳天玉

摘 要：在整車制動時(shí)，制動抖動是無法避免的，產(chǎn)生制動抖動的因素很多，可以通過對振源、傳遞路徑進(jìn)行分析，抑制制動抖動。

關(guān)鍵詞：制動盤薄厚差；制動盤熱效應(yīng)；摩擦系數(shù)

引言：汽車抖動影響著整車駕駛的舒適性，其中制動抖動是各大汽車廠科研難題，制動抖動是指車輛在制動時(shí)引起方向盤、制動踏板、車身底板和座椅劇烈振動的現(xiàn)象，目前制動引起的抖動分為3類：低頻抖動、中頻顫動和高頻尖叫。低頻抖動主要是由制動力矩波動（BTV）引起的低頻強(qiáng)迫抖動， 制動抖動一般是制動時(shí)形成低階擾動，通過不斷放大，最終形成抖動，制動抖動的頻率與車速呈一定的階次關(guān)系， 其頻率為5-100Hz，制動抖動又分為制動熱抖動和制動冷抖動，一般發(fā)生在連續(xù)多次制動中，制動盤溫度過高，引起制動盤變形，形成制動熱抖動，隨著制動盤的溫度降低，制動熱抖動消失 ，車輛冷車制動時(shí)引起的抖動成為制動冷抖動，主要跟制動盤加工精度、裝配精度等有關(guān)，中頻顫振是由于制動盤和摩擦片的摩擦特性引起的，主要是因摩擦系數(shù)過高，在制動時(shí)引起摩擦系數(shù)變化幅度過大，引起中頻顫振，其頻率為100-1000Hz，高頻尖叫為制動系統(tǒng)各個(gè)部件模態(tài)耦合，與車速無關(guān)，制動尖叫頻率一般在1000Hz以上，可以通過優(yōu)化制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或增加吸振塊來避免制動尖叫。

1制動盤薄厚差（DTV）與制動盤端面跳動（SRO）

制動盤薄厚差（DTV）是指制動盤的厚度沿著圓周方向發(fā)生變化，制動盤端面跳動（SRO）是指制動盤摩擦面旋轉(zhuǎn)一周跳動量，制動盤薄厚差（DTV）、制動盤端面跳動（SRO）會使制動盤與摩擦片接觸壓力分布不均勻和制動等效半徑瞬時(shí)變動引起制動力矩波動（BTV）和制動壓力波動（BPV），試驗(yàn)表明在一定工況下較小的薄厚差會使駕駛員相對減少感覺到制動抖動，制動盤薄厚差（DTV）國標(biāo)要求值0.01mm，現(xiàn)在大部分汽車廠家要求較為嚴(yán)格，為了提高整車駕駛樂趣，前制動盤薄厚差（DTV）設(shè)定在0.004-0.006mm，后制動盤薄厚差（DTV）設(shè)定在0.006-0.008mm，通過控制制動盤的精度，盡量消除激勵(lì)源。汽車在非制動情況下，由于制動輪缸活塞的不完全回位，引起制動拖滯力矩，較長時(shí)間的摩擦也會產(chǎn)生DTV變化，制動壓力波動通過液壓系統(tǒng)傳到制動踏板，表現(xiàn)為制動踏板抖動。制動力矩波動（BTV）導(dǎo)致地面制動力的波動，引起懸架的擺振，制動力矩波動引起的低頻振動通過懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳遞并進(jìn)行放大，從而是轉(zhuǎn)向盤左右擺振，懸架系統(tǒng)的振動傳遞到副車架，引起車身地板的抖動，在車輛車輪轉(zhuǎn)彎半徑過大或車輪上下跳動過大，引起制動盤與摩擦片相互搓動，也會可以引起制動力矩波動（BTV），簧下質(zhì)量不同，引起的波動也不同，非承載式車身對制動抖動更為敏感，由于制動抖動為低頻振動，頻率在100HZ以下，麥弗遜式懸架頻率為40-60HZ，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率為10-20HZ，當(dāng)制動抖動的頻率與懸架系統(tǒng)或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，易引起共振，產(chǎn)生制動抖動現(xiàn)象，而當(dāng)頻率相差較大時(shí)，抖動被相互衰減和吸收。

1.2熱效應(yīng)引起的制動抖動

車輛在高速行駛制動或連續(xù)制動時(shí)過由于制動盤溫度升高會致使制動盤翹曲變形，這就是制動盤熱效應(yīng)，熱效應(yīng)導(dǎo)致制動盤變形，使制動盤變形量與制動盤薄厚差（DTV）進(jìn)行疊加，形成制動熱抖動，或者相互抵消，制動熱效應(yīng)為制動盤外圈相對速度大于內(nèi)圈速度，在長時(shí)間制動時(shí)會在制動盤的外圈產(chǎn)生一個(gè)熱環(huán)，形成制動盤的溫差會導(dǎo)致制動盤發(fā)生翹曲變形（圖一），從而使制動壓力產(chǎn)生波動，為了避免形成制動熱效應(yīng)，提高制動盤的熱容量，并對制動盤熱變形進(jìn)行分析，保證其在一定范圍內(nèi)，或更改制動盤的結(jié)構(gòu)，由實(shí)心制動盤改為通風(fēng)制動盤，并優(yōu)化制動盤的散熱筋。

1.3摩擦系數(shù)的不穩(wěn)定性引起的制動抖動

在制動過程中摩擦系數(shù)是不穩(wěn)定的，靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)，在靜摩擦與動摩擦相互轉(zhuǎn)換時(shí)和溫度升高材料的表面硬度降低，都會引起摩擦系數(shù)產(chǎn)生變化，而制動時(shí)的相對速度和溫度都處于非線性變化，導(dǎo)致了摩擦系數(shù)的不穩(wěn)定性，引起制動力矩波動和制動壓力波動，形成制動抖動，在匹配摩擦系數(shù)時(shí)，系數(shù)盡量在0.38左右，并使用摩擦系數(shù)變化較為穩(wěn)定的材料。

2 結(jié)束語

優(yōu)化制動抖動的方法，包括抑制振源和優(yōu)化傳遞路徑，抑制振源包括提高制動盤加工精度、增加摩擦片壓縮量、優(yōu)化浮動鉗導(dǎo)向銷、合理匹配摩擦系數(shù)、提高裝配精度等，優(yōu)化底盤傳遞路徑，使整車對制動盤厚薄差不太敏感，減弱由此引起的制動抖動，不管通過上訴那種方法進(jìn)行優(yōu)化制動抖動，影響制動抖動因素過多，很難徹底解決，現(xiàn)在各大汽車廠抑制制動抖動主要為優(yōu)化抖動傳遞路徑，可以在整車設(shè)計(jì)過程中對傳遞路徑中各個(gè)部件進(jìn)行CAE分析，避免模態(tài)耦合，從而大大減少制動抖動，同時(shí)進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證，因在不同的環(huán)境下，如濕度、溫度、路況，也可能引起制動抖動，制動抖動為制動系統(tǒng)較為難解決的問題，還需要進(jìn)行大量研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]《盤式制動器制動抖動問題概述》 余卓平， 尹東曉， 張立軍， 寧國寶

[2]《摩擦片壓縮比對低頻制動抖動的影響》 王亞南 王冬成 齊智國 劉全林 李 明

[3]《汽車制動器摩擦顫振綜述》 張立軍 鄭一兵 孟德建 張頻捷endprint