汽車盤式制動器尖叫研究進(jìn)展探討

吳昊 莫東明 陳金梁

摘要：汽車盤式制動器在汽車制動器中的一種重要類型，但是由于盤式制動器在使用的過程中經(jīng)常出現(xiàn)尖叫的情況，因此在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)研究和討論汽車盤式制動器的尖叫情況就成為了一個汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的研究重點(diǎn)。目前，我國的學(xué)者在盤式制動器尖叫領(lǐng)域內(nèi)的研究主要是從尖叫的產(chǎn)生機(jī)理、數(shù)值分析方法、試驗(yàn)方法研究與影響因素、抑制技術(shù)等幾個方面開展的，本文就進(jìn)行對這些方面中國內(nèi)外學(xué)者的研究觀點(diǎn)的綜合論述，進(jìn)而為我國的汽車工業(yè)事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步提供更多可供參考的理論建議。

關(guān)鍵詞：汽車盤式制動器;制動尖叫;研究進(jìn)展;摩擦特性

0 ?引言

盤式制動器在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)屬于汽車中的一種重要的制動部件，這種制動器的制動性能較好，且穩(wěn)定性較強(qiáng)，因此在汽車制造過程中得到了廣泛的應(yīng)用與關(guān)注。但是盤式制動器在使用的過程中存在較為明顯的制動尖叫情況，這種尖叫所出現(xiàn)的噪聲不僅會造成噪聲污染情況，還會降低盤式制動器所使用的汽車的市場競爭力。因此許多企業(yè)以及學(xué)者都著重關(guān)注到汽車的盤式制動器尖叫的情況，分析如何才能更加準(zhǔn)確、有效的預(yù)估汽車的盤式制動器機(jī)理情況，并研究解決方法與抑制措施。在幾十年的研究中，學(xué)者們已經(jīng)取得了較多的研究成果，尤其是在制動技術(shù)與制動尖叫、影響因素等方面，本文就主要論述了這些研究成果及研究進(jìn)展情況。

1 ?汽車盤式制動器尖叫的產(chǎn)生機(jī)理研究進(jìn)展

經(jīng)過整理和總結(jié)，在過往的文獻(xiàn)研究中，學(xué)者們針對汽車盤式制動器尖叫的產(chǎn)生機(jī)理的研究較為關(guān)注，大部分文獻(xiàn)顯示，學(xué)者們的研究主要集中在摩擦特性、自鎖-滑動理論、模態(tài)耦合理論、統(tǒng)一理論四個理論方面中，而產(chǎn)生尖叫情況的主要機(jī)理原因通過這四個理論觀點(diǎn)也可以得到初步的明確。學(xué)者陳光雄、Yang等基于摩擦模型的建立，討論了在不同角度中摩擦特性的情況與相關(guān)理論，產(chǎn)生尖叫情況與摩擦特性之間的關(guān)系特點(diǎn)，然后分析了摩擦表面的變形效果與粗糙程度，進(jìn)而分析導(dǎo)致尖叫的原因;學(xué)者Vayssiere、Sinou等通過2自有模型的建立，簡要的分析了自鎖與滑動的不穩(wěn)定性特點(diǎn)，進(jìn)行了平衡點(diǎn)的分岔行為研究。模態(tài)耦合理論的研究主要是指摩擦力引入的條件性形成自由度系統(tǒng)（自由度摩擦振動模型如圖1），然后基于不對稱性判定制動器的尖叫發(fā)展趨勢，明確運(yùn)動條件的特點(diǎn)與效果，分析得出不同運(yùn)動情況下的模態(tài)耦合系統(tǒng)的不穩(wěn)定特點(diǎn)，這一研究目前在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)屬于熱點(diǎn)，學(xué)者Hamabe、Hoffmann等都在研究中有詳細(xì)的論述，并且取得了有價值的理論成果。最后是統(tǒng)一理論，統(tǒng)一理論主要是在早期的機(jī)理研究中存在，目前研究較少，研究人員在研究統(tǒng)一理論的時候主要是想通過某一理論來進(jìn)行對尖叫現(xiàn)象的解釋，但是后來隨著越來越多的研究表明，單一的機(jī)理因素不能完全的解釋尖叫情況。

2 ?汽車盤式制動器尖叫的數(shù)值分析方法研究進(jìn)展

盤式制動器尖叫的過程中基于有限元模型的數(shù)值進(jìn)行分析，主要得出了各種仿真類型的制動器，不同制動器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)條件等都有所差異，目前許多學(xué)者就針對汽車盤式制動器尖叫的數(shù)值分析方法進(jìn)行了研究討論，為仿真結(jié)果提供了詳細(xì)的理論研究方向與思路。

2.1 復(fù)特征值法的理論研究

復(fù)特征值法主要是通過對汽車制動器在耦合作用下受到的作用力情況進(jìn)行有限元建模分析，分析出不同系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)中的制動尖叫情況。在這個研究中，Chung、AbuBakar等國外學(xué)者都針對性的建立了制動塊的磨損程度模型，實(shí)現(xiàn)了對磨損中的不穩(wěn)定模態(tài)的建立，實(shí)現(xiàn)了對模態(tài)數(shù)據(jù)的有效分析;我國的學(xué)者管迪華等人也針對性的進(jìn)行了分析，充分借助了有限元和模態(tài)綜合技術(shù)進(jìn)行對摩擦耦合模型的建立，采用復(fù)特征值法進(jìn)行分析討論，研究得出不子結(jié)構(gòu)彈性振動情況對于系統(tǒng)尖叫傾向的影響作用。

2.2 瞬態(tài)動力學(xué)分析法理論研究

在制動器進(jìn)行制動的瞬間，各種物理非線性、摩擦表面的非線性等因素也都存在，這就為摩擦系數(shù)、速度、溫度等因素的復(fù)雜關(guān)系提供了瞬態(tài)的模型，這種動態(tài)力學(xué)分析只針對瞬態(tài)，并且存在不穩(wěn)定性，這就是瞬態(tài)動力學(xué)分析法。在這一方面，學(xué)者Chargin與Massi等都有著詳細(xì)的研究，并得出了通過瞬態(tài)動力學(xué)分析的方法實(shí)現(xiàn)對制動塊振動的時域相應(yīng)效果，然后通過頻譜的分析更好的表達(dá)出倍頻現(xiàn)象。

3 ?汽車盤式制動器尖叫的試驗(yàn)方法研究進(jìn)展

對于汽車盤式制動器的尖叫情況，許多學(xué)者在研究過程中不僅通過理論的方式開展研究，還通過試驗(yàn)的方式開展了研究，Mojacar就采用LACT試驗(yàn)程序進(jìn)行了城市交通路況中盤式制動器在制動過程中出現(xiàn)尖叫情況的差異進(jìn)行了試驗(yàn)，設(shè)置速度、強(qiáng)度等作為變量參數(shù)，分析尖叫的強(qiáng)度。還有學(xué)者通過對臺架試驗(yàn)的形式開展了對盤式制動器尖叫情況的試驗(yàn)，有效的減少了由于外部天氣條件、場地條件的影響，從而得到的結(jié)果更有指導(dǎo)價值。整車的零部件與廠商之間的先進(jìn)技術(shù)有著明顯的特征，為了實(shí)現(xiàn)對音量的消除效果，著重分析了不同仿真效果中的解決方案情況，為更深入的探究尖叫噪聲情況提供了思路。

4 ?盤式制動器尖叫的影響因素研究進(jìn)展

對于盤式制動器尖叫的影響因素研究較多，大部分學(xué)者研究過程中都針對盤式制動器尖叫情況分析了什么因素對于尖叫效果有影響，在綜合分析這些文獻(xiàn)之后，可以得出主要的影響因素有摩擦系數(shù)、摩擦襯片、制動塊的阻尼層與消音片、零件結(jié)構(gòu)與剛度四個方面的因素影響效果明顯。（盤式制動器NVH的影響因素如圖2）經(jīng)過學(xué)者的研究與討論，目前可知，摩擦系數(shù)對制動器尖叫有明確影響，且由于摩擦系數(shù)的變化會導(dǎo)致在汽車盤式制動器制動的過程中出現(xiàn)嚴(yán)重尖叫，這與摩擦襯片的材料成分也有著密切的關(guān)系;而摩擦襯片形狀決定了襯片的合理性與穩(wěn)定性，因此一些平整的襯片造成尖叫情況較小，而一些缺角的、不完整的襯片尖叫聲就容易出現(xiàn);另外，制動塊的阻尼層與消音片的合適情況都會影響系統(tǒng)的受力分布，因此，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)也會造成尖叫情況出現(xiàn);最后是汽車盤式制動器中的其他零件結(jié)構(gòu)與剛度情況，如果通過對剛度與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)合理匹配，就能在一定程度上消除尖叫。

5 ?制動尖叫的抑制技術(shù)研究進(jìn)展

針對制動尖叫的抑制技術(shù)研究，在近些年來逐漸增多，大部分學(xué)者基于前文中的機(jī)理、方法以及影響因素的研究成果開展了對尖叫的抑制技術(shù)的探究，進(jìn)而為盤式制動器的尖叫削弱與發(fā)展情況提供了更多的理論建議，并且在傳統(tǒng)技術(shù)手段的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入的研究，使得壓電材料的有源與無源抑制振動技術(shù)都的打了有效的發(fā)展。

在壓電材料的高頻振動的主動地控制技術(shù)研究中，學(xué)者Hochlenert等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，著重通過對制動器尖叫的抑制效果與壓電材料中能量的控制進(jìn)行研究，分析額外的成本和重量，并且得出了盤式制動器需要有源激勵以提供足夠的能量。

針對無源并聯(lián)壓電陶瓷裝置的研究主要是分析了并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)的通過電陶瓷的振動轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對電能的生成，散發(fā)能量，實(shí)現(xiàn)對電容電量剛度的有效抑制，在這一點(diǎn)上也有很多的學(xué)者開展了研究討論，并且得出了新技術(shù)的限制條件，明確了在不同工作情況中下制動器的惡劣變化。

6 ?結(jié)論

總而言之，汽車盤式制動器的尖叫問題一直是汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的問題，大部分學(xué)者都針對汽車盤式制動器的尖叫情況開展了研究，并且在幾十年的研究過程中積累了較多的研究成果與理論觀點(diǎn)，也為汽車盤式制動器尖叫情況的抑制與優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文主要分析了在領(lǐng)域內(nèi)研究中重點(diǎn)研究的尖叫產(chǎn)生機(jī)理、尖叫數(shù)值分析方法、尖叫試驗(yàn)方法、尖叫影響因素以及尖叫的抑制方法方面的研究進(jìn)展情況，通過綜合論述實(shí)現(xiàn)對這些結(jié)論的整合，進(jìn)而為汽車制動事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展提供更多的思路方向。

參考文獻(xiàn)：

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