汽車盤式制動器尖叫研究進(jìn)展探析

湯丙浩 金成希

浙江亞太機(jī)電股份有限公司 浙江 杭州 311200

引言

目前在汽車工業(yè)中盤式制動器由于具備優(yōu)異的性能而得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是這種制動器在汽車運(yùn)行制動過程中會產(chǎn)生尖叫問題，受到了社會的廣泛關(guān)注。制動尖叫所產(chǎn)生的巨大噪音不僅會對人們的身心健康產(chǎn)生一定程度的損害，而且對于汽車本身的競爭力也會產(chǎn)生一定的影響。目前，很多知名的汽車企業(yè)以及大型的研究機(jī)構(gòu)投入了大量的精力來研究這個(gè)問題。

1 制動尖叫產(chǎn)生激勵

1.1 摩擦特性理論

在相對滑動速度產(chǎn)生變化的時(shí)候會導(dǎo)致摩擦系數(shù)也產(chǎn)生變化，在這種情況下就會使得整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生粘-滑自激振動現(xiàn)象，一直以來這種現(xiàn)象都被當(dāng)成是汽車產(chǎn)生制動尖叫的具體原因。但是近年來一些研究人員在針對摩擦特性進(jìn)行深入分析，并針對多自由度系統(tǒng)的不穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究，以此來解釋制動尖叫實(shí)際的產(chǎn)生機(jī)理。Shin在具體針對制動盤面外以及面內(nèi)運(yùn)動進(jìn)行分析的過程中引入了雙質(zhì)量2自由度非線性系統(tǒng)，通過研究認(rèn)為在滑動速度產(chǎn)生變化的過程中摩擦系數(shù)也會相應(yīng)的出現(xiàn)負(fù)斜率變化特性，而這種特性最終導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生了不穩(wěn)定性。在Popp - Stelter是我提出的動摩擦特性基礎(chǔ)上，Yang通過進(jìn)一步建立3自由度非平滑動力學(xué)系統(tǒng)，來具體針對周期運(yùn)動、擬周期運(yùn)動以及混沌動力特性進(jìn)行了深入分析[1]。但是，在大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車處于恒速運(yùn)動過程中脫滯制動工況下也會發(fā)出尖叫，這就充分說明在針對制動尖叫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行解釋的過程中摩擦特性解釋并不全面。

1.2 自鎖-滑動理論

該理論主要是充分利用相對比較簡單的2自由的模型，以運(yùn)動約束層面針對恒定摩擦性條件下的不穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究，對整個(gè)摩擦過程因?yàn)闀霈F(xiàn)參激振動從而使得提升不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了進(jìn)一步闡述，與此同時(shí)還從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層面對制動尖叫機(jī)理的研究提出了一種新的研究思路。

2 盤式制動器尖叫影響因素分析

制動尖叫由于會受到摩擦系數(shù)等多種不同因素的嚴(yán)重影響，因此不同類型的制動器實(shí)際產(chǎn)生尖叫的具體原因也會存在較大的差異性。日本曙光制動器工業(yè)株式會社在針對盤式制動器制動尖叫具體的影響因素進(jìn)行總結(jié)歸納之后，對盤式制動器尖叫的深入研究提供了具有極高參考價(jià)值的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上也形成了以下一些觀點(diǎn)。

（1）制動器尖叫的主要影響因素是摩擦系數(shù)，隨著摩擦系數(shù)的不斷增大，制動尖叫出現(xiàn)的幾率會更高。而摩擦系數(shù)會受到溫度、濕度、車速、制動壓力等多種因素的影響從而產(chǎn)生變化，而對于汽車來說摩擦襯片實(shí)際所使用的材料組成成分在很大程度上又會對上述幾種因素的具體影響程度產(chǎn)生一定程度的影響。

（2）通過進(jìn)一步增加制動快阻尼層的厚度并合理的選用消音片, 就能夠讓制動系統(tǒng)整體的阻力得到進(jìn)一步增加, 也能夠讓整個(gè)系統(tǒng)受力分布狀況得到進(jìn)一步改善。在此基礎(chǔ)上，就能夠讓不穩(wěn)定模態(tài)實(shí)際的發(fā)生幾率得到有效控制，并明顯的改善制動噪聲的品質(zhì)。如果消音片在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了不合理的問題，就很可能會導(dǎo)致制動快的剛度產(chǎn)生變化，進(jìn)而對制動器的一些模態(tài)不穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響[2]。

（3）制動器本身的不穩(wěn)定性在一定程度上會受到摩擦襯片形狀的影響。摩擦片在制作過程中經(jīng)過倒角、開槽等一系列的加工工具之后，都會導(dǎo)致其具體的接觸區(qū)域、壓力分布狀況以及各種模態(tài)頻率等都產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如果摩擦襯片形狀能夠保持合理性，能夠讓整個(gè)制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升，這樣就能夠有效抑制制動尖叫的產(chǎn)生。

（4）在針對汽車的摩擦襯片、制動盤、支架等相關(guān)的結(jié)構(gòu)以及具體高度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)零部件之間的高度匹配，就能夠讓整個(gè)系統(tǒng)的造成品質(zhì)得到明顯的改善，在一些情況下甚至能夠?qū)⒅苿蛹饨羞M(jìn)行有效消除。

汽車的制動尖叫體現(xiàn)出了比較強(qiáng)的偶發(fā)性，同一型號的車型，在相同的工況下運(yùn)行的時(shí)候，一些車輛可能會產(chǎn)生尖叫聲，但是另一些車輛則并沒有產(chǎn)生尖叫；另外，在一種工況下汽車可能會產(chǎn)生尖叫，但是改變工況之后尖叫聲有可能會產(chǎn)生變化甚至消失。這主要是因?yàn)槠嚨闹圃?、磨損、運(yùn)行工況等都產(chǎn)生了變化，因此在進(jìn)行制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中必須要對上述幾種因素進(jìn)行全面的考慮，將摩擦系數(shù)等各種因素敏感度受到來自不穩(wěn)定指標(biāo)的影響程度降到最低。而整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最為關(guān)鍵的就是對各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)以及信噪比等進(jìn)行進(jìn)一步的明確，然后充分結(jié)合實(shí)際的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并合理的利用有限元分析方法，對各種控制因素具體的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 制動尖叫抑制新技術(shù)分析

雖然目前針對制動尖叫的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是，對于現(xiàn)在仍然存在的制動器尖叫狀況可以知道，不過仍然采用傳統(tǒng)的消除技術(shù)很難將制動器的尖叫噪聲進(jìn)行有效消除。這個(gè)要求必須要采取新技術(shù)來有效的抑制制動器產(chǎn)生的尖叫噪聲[3]。

充分利用新型的壓電材料來針對高頻振動實(shí)施主動控制，目前在這一領(lǐng)域的研究中已經(jīng)取了一定的成果，但是這種方式必須要通過有源激勵來為整個(gè)系統(tǒng)提供充足的能量，這樣又會導(dǎo)致汽車整體的生產(chǎn)制造成本以及整體的重量都得到進(jìn)一步增加。

4 結(jié)束語

汽車盤式制動器產(chǎn)生尖叫的具體原理非常復(fù)雜，而且隨著汽車運(yùn)行工況的不斷變化，其實(shí)際的產(chǎn)生機(jī)理也會產(chǎn)生一定的差異性。目前在針對這種現(xiàn)象進(jìn)行研究的過程中還并沒有形成完善的分析理論，因此必須要針對不同工礦條件下制動器產(chǎn)生了尖叫噪聲與摩擦界面以及各個(gè)零件結(jié)構(gòu)等相關(guān)因素之間的關(guān)系進(jìn)行深入的分析研究，這樣才能對盤式制動器產(chǎn)生尖叫的原理研究起到一定的促進(jìn)作用。