乘用車制動(dòng)噪音及解決方法

李東

摘要：制動(dòng)噪音來自摩擦產(chǎn)生的自激振動(dòng)，經(jīng)由聲壓波傳送到人耳，俗稱汽車制動(dòng)NVH，屬于汽車舒適性領(lǐng)域;制動(dòng)噪音通常用振動(dòng)強(qiáng)度以聲壓級(jí)dB來表示。人類對(duì)噪音的敏感頻率范圍通常在20至20000Hz。不同國家地區(qū)對(duì)制動(dòng)噪音的敏感重視度不一樣，通常中日韓等亞洲和北美地區(qū)的關(guān)注度要明顯高于歐洲。為此我們有必要對(duì)中國汽車市場的制動(dòng)噪音技術(shù)進(jìn)行深入探討研究。

Abstract： Brake noise are from the self-motivated vibration producing by friction behavior， and will be transferred to Man's ear via sound pressure wave， which is also called Automobile NVH and belongs to field of Auto Comfort. Brake noise is generally described with vibration Strength by sound pressure dB. Men's sensible Noise frequency are between 20～20000Hz. Different Country has different view of sensibility to the brake noise， i.e. in Asia and north America like China， Japan…h(huán)as more focus on the brake noise than Europe. So it's very necessary to have a deep research on brake noise in China Auto Market.

關(guān)鍵詞：制動(dòng)噪音;影響因素;解決方案;試驗(yàn)評(píng)價(jià)

Key words： brake noise;influence factor;solutions;test evaluation

中圖分類號(hào)：U463.51? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0129-02

0? 引言

制動(dòng)噪音作為汽車制動(dòng)技術(shù)的一個(gè)重要分支，在日常駕駛中會(huì)經(jīng)常碰到，嚴(yán)重的制動(dòng)噪音會(huì)刺激耳膜，引起客戶嚴(yán)重的制動(dòng)舒適性抱怨。本文結(jié)合多年的行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于在OEM制動(dòng)開發(fā)過程中遇到的各種整車制動(dòng)噪音問題進(jìn)行了詳細(xì)的歸納解析并找到切實(shí)可行的辦法去改善各種噪音問題，為工程技術(shù)人員實(shí)際解決制動(dòng)噪聲問題提供一定參考經(jīng)驗(yàn)。

1? 制動(dòng)噪音類別特點(diǎn)

圖1是常見的汽車制動(dòng)噪音及其發(fā)生頻率范圍：通常在4000Hz以下為低頻噪音，4000Hz以上為高頻噪音。通常中高頻制動(dòng)噪音與制動(dòng)摩擦副（制動(dòng)鉗/盤/片）關(guān)系密切;低頻噪音與轉(zhuǎn)向節(jié)影響較大;Groan和Moan噪音與懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)性更大。

2? 常見制動(dòng)噪音問題

根據(jù)實(shí)踐開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以下四類制動(dòng)噪音是最常見最易引起用戶抱怨的噪音：

①Creep Groan起步噪音（<500Hz）;

②Squeal尖叫噪音（1-4kHz/4-16kHz）;

③Moan低頻Moan噪音（<1kHz）;

④Rattle敲擊噪音（<1kHz）。

2.1 Creep Groan起步噪音（<500Hz）

主要由整個(gè)懸架系統(tǒng)的剛度及摩擦材料和制動(dòng)盤表面相互作用的動(dòng)-靜摩擦系數(shù)變化引起。一般發(fā)生在自動(dòng)擋車輛起步或手動(dòng)及自動(dòng)擋車輛上下坡時(shí)，車輛由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)的一剎那，再現(xiàn)率接近100%。為此，Creep Groan影響因素包含：

①摩擦材料特性對(duì)動(dòng)-靜摩擦系數(shù)的影響：通過研究發(fā)現(xiàn)，起步噪音的優(yōu)異表現(xiàn)順序一般為NAO>Semi Met>medium friction low-met>high friction low-met。為此選擇NAO摩擦片，可以有效降低動(dòng)-靜摩擦系數(shù)的變化，大幅減小Creep Groan噪音。

②離合器的形式，對(duì)車輛由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦片與制動(dòng)盤是否帶壓力的影響。

自動(dòng)擋液力變矩器變速箱AQ和雙離合自動(dòng)變速器變速箱DQ的起步噪音主觀對(duì)比，DQ明顯好于AQ，這主要與不同結(jié)構(gòu)變速器的半制動(dòng)時(shí)動(dòng)力輸出相關(guān)。為此，通過雙離合器DSG或帶Standabkoppelung功能的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)可以一定程度消除起步噪音。

③懸架剛度：提升整個(gè)懸架的剛度對(duì)起步噪音也有很好的抑制作用，但從整個(gè)系統(tǒng)角度考慮，工程上實(shí)現(xiàn)難度和成本較高。

2.2 Squeal 低頻和高頻尖叫噪音（1-4kHz）（4-16kHz）

Squeal尖叫噪音是在整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的某個(gè)或多個(gè)固有頻率上發(fā)生的能量異常產(chǎn)生的現(xiàn)象，其激勵(lì)作用來自制動(dòng)對(duì)偶件，但會(huì)牽涉到整個(gè)懸架系統(tǒng)（摩擦片、制動(dòng)盤、卡鉗、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器、控制臂等）。制動(dòng)盤在噪音產(chǎn)生的過程中起到“揚(yáng)聲器”的作用，聲波由制動(dòng)盤表面輻射而出。

Squeal多發(fā)生在車輛低速行駛，輕踩制動(dòng)踏板時(shí)。有時(shí)和溫度以及濕度有關(guān)，有些極端案例多發(fā)生在早晨、低溫天氣或暴熱天氣、雨天。該類噪音再現(xiàn)率不高，時(shí)有時(shí)無的情況較常見，但總體抱怨率很高。

Squeal常見影響因素如圖2。

針對(duì)影響因素常見的解決方案有：

①改制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗的重量或結(jié)構(gòu)，將易引發(fā)共振的固有頻率段移開;

②對(duì)制動(dòng)鉗支架（或轉(zhuǎn)向節(jié)支架）與摩擦片配合部分的尺寸進(jìn)行檢查和控制;

③改進(jìn)摩擦片底料、給摩擦材料開槽、倒角;

④針對(duì)特定噪音頻率選擇適用的減震片;

⑤更換摩擦材料的配方。

下面通過實(shí)例來進(jìn)行介紹：

①通過改變摩擦材料或開槽倒角，再進(jìn)行模態(tài)分析后，進(jìn)而改變其固有頻率優(yōu)化噪音。

②制動(dòng)盤通風(fēng)結(jié)構(gòu)和卡鉗支架結(jié)構(gòu)。

將通風(fēng)盤結(jié)構(gòu)和前制動(dòng)鉗支架增加部分材料（俗稱加肉）可以改變整個(gè)前制動(dòng)的振動(dòng)特性，這種優(yōu)化方式多用在噪音為1-4kHz的Squeal噪音，且多發(fā)在低溫、濕度較大的室外條件。

③摩擦阻尼片微調(diào)。

摩擦阻尼片亦稱消音片或減震片，在制動(dòng)噪音匹配方面占有重要作用，通過不同材料配方的阻尼片進(jìn)行噪音匹配以消除高頻噪音是比較方便快捷的解決制動(dòng)噪音措施。阻尼片改善噪音方式通常有：1）阻尼片開槽，改善制動(dòng)壓力分布狀態(tài);2）采用不同配方和厚度的消音片進(jìn)行多輪匹配優(yōu)化;3）在消音片上再增加一層金屬扣片，以解耦方式改善部分頻段噪音。

2.3 Moan噪音（<1kHz）

Moan噪音特點(diǎn)頻率一般小于500Hz，常發(fā)生在后橋，扭轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)居多，其發(fā)生工況如下：

①低速;

②低壓或者沒有制動(dòng)壓力;

③帶轉(zhuǎn)向;

④室外或地下車庫隔夜停車，第二天早晨冷啟動(dòng)時(shí);

⑤洗車后間隔一段時(shí)間，或者雨天（部分車型）。

Moan噪音發(fā)生的原因有：底盤系統(tǒng)剛度較弱和摩擦片和制動(dòng)盤之間的不穩(wěn)定接觸。通常制動(dòng)零件的頻率高于600Hz，所以大部分Moan噪音都是車輪支架、后橋總成、整車等車橋 、懸掛零件發(fā)生頻率耦合導(dǎo)致的。

2.4 Rattle噪音（<1kHz）

Rattle噪音是由于制動(dòng)零件內(nèi)部的空隙較大，在車輛通過特定的壞路面（如面包路面或搓板路面）時(shí)，路面引發(fā)了摩擦片和制動(dòng)盤或者制動(dòng)鉗之間的共振。Rattle噪音產(chǎn)生時(shí)，制動(dòng)踏板必然松開，無制動(dòng)壓力，一旦施加制動(dòng)壓力，摩擦片咬住制動(dòng)盤，噪音消失。

解決Rattle噪音的主要方法有：

①優(yōu)化制動(dòng)鉗、摩擦片的尺寸鏈設(shè)計(jì)，不要造成過大的間隙。

②在兼顧其他制動(dòng)性能要求，無法繼續(xù)優(yōu)化尺寸鏈的前提下，可適當(dāng)收緊殼體導(dǎo)銷與支架孔之間的配合間隙。

3? 制動(dòng)噪音試驗(yàn)評(píng)價(jià)

制動(dòng)噪音試驗(yàn)評(píng)價(jià)分為臺(tái)架和整車試驗(yàn)。

臺(tái)架試驗(yàn)即NVH慣量試驗(yàn)臺(tái)測試，用底盤懸掛總成進(jìn)行測試，國際通用的是SAE J2521標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)卡鉗廠也會(huì)有自己的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，例如大陸的ATE標(biāo)準(zhǔn)、采埃孚的Matrix標(biāo)準(zhǔn)等。試驗(yàn)分為全片和半片的冷態(tài)和熱態(tài)噪音測試。

另一種為整車測試臺(tái)架（也叫NVH轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架），將整車在密閉消音室環(huán)境進(jìn)行整車噪音臺(tái)架模擬，這種在NVH慣量試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上加入汽車的轉(zhuǎn)向等操縱，可以更好的模擬整車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，更準(zhǔn)確的測試整車制動(dòng)噪音。

制動(dòng)噪音整車試驗(yàn)即城市和山區(qū)道路試驗(yàn)，從用戶使用角度出發(fā)主客觀的測試評(píng)價(jià)汽車的整體制動(dòng)噪音水平。該類試驗(yàn)經(jīng)過國內(nèi)近十年的開發(fā)驗(yàn)證已形成標(biāo)準(zhǔn)化。具體內(nèi)容可以參考團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《TCAAMTB 17-2019 乘用車制動(dòng)噪聲及抖動(dòng)整車道路試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)》。該標(biāo)準(zhǔn)定義了車輛的冷態(tài)和熱態(tài)評(píng)價(jià)方法，駕駛員對(duì)每天的制動(dòng)噪音表現(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄和主觀評(píng)價(jià)，并在規(guī)定的里程對(duì)噪音抖動(dòng)等制動(dòng)參數(shù)進(jìn)行客觀測量，最終通過主客觀數(shù)據(jù)對(duì)車輛的總體制動(dòng)系統(tǒng)噪音表現(xiàn)和制動(dòng)磨損等性能進(jìn)行綜合評(píng)估。

當(dāng)前國際、國內(nèi)公認(rèn)的整車道路制動(dòng)噪音耐久試驗(yàn)有：美國LACT，西班牙Mojacar，中國黃山休寧等試驗(yàn)。

4? 小結(jié)

本文從工程實(shí)踐出發(fā)，對(duì)乘用車常見的制動(dòng)噪音進(jìn)行分類介紹，并對(duì)各種噪音的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行剖析，結(jié)合在產(chǎn)品開發(fā)過程中遇到的各種噪音問題從理論和實(shí)際角度提出相應(yīng)切實(shí)可行的解決方案，并不斷積累經(jīng)驗(yàn)解決NVH實(shí)際問題。制動(dòng)噪音的試驗(yàn)評(píng)價(jià)需要一套完整的體系，從NVH慣量臺(tái)架到轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)再到整車路試驗(yàn)證，最終才能開發(fā)出滿足用戶舒適性要求的制動(dòng)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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