基于某車型制動抖動優(yōu)化的研究

康金濤 袁 軍 吳 膺 韓 翔

(1.上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122；2.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805)

1 前言

隨著汽車的不斷發(fā)展，汽車產(chǎn)品也越來越普及化及多樣化，因此人們對汽車產(chǎn)品的要求也不斷提升。近年來，汽車NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能被多次成為汽車產(chǎn)品廣告的主打板塊?？梢娙藗儗囕v舒適性的要求成了購車選擇的一個重要因素。而目前的NVH抱怨中，制動抖動及制動噪音占據(jù)了很大比例。因此本文針對某車型高速制動抖動進(jìn)行了分析及優(yōu)化研究，為類似抖動現(xiàn)象提供一定的分析指導(dǎo)及匹配建議。

2 概述

2.1 制動抖動分類

制動抖動是指車輛在一定速度范圍內(nèi)，進(jìn)行制動時車輛產(chǎn)生制動踏板、方向盤、車身地板及座椅抖動的現(xiàn)象。根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理可主要分為冷抖動與熱抖動。冷抖動主要出現(xiàn)在車輛冷態(tài)啟動后產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，主要由于制動盤因加工、安裝、磨損及腐蝕等原因造成幾何不規(guī)則變化而導(dǎo)致的制動壓力或制動力矩波動，一般制動盤溫度低于200 ℃。

而熱抖動主要在車輛進(jìn)行連續(xù)制動后制動盤溫度在300 ℃以上進(jìn)行制動后產(chǎn)生抖動，在溫度降低后，抖動現(xiàn)象減弱或消除。主要由于在制動過程中制動盤DTV剛開始被摩擦片壓縮，有所減小，隨著溫度的升高，制動盤DTV逐漸加劇，制動結(jié)束后達(dá)到最大，并隨著溫度降低，逐漸復(fù)原[1]。故區(qū)別于冷抖動，熱抖動在制動盤初始周向厚度差(Disc Thickness Variation，簡稱DTV)和斷面跳動(Lateral Run-out，簡稱LRO)較小的情況下，依然可能出現(xiàn)制動抖動。除此之外，還與制動盤與摩擦片間局部不均勻熱膨脹金屬材料相變相關(guān)[2]。制動抖動嚴(yán)重影響著車輛行駛的安全性及舒適性。

2.2 制動抖動產(chǎn)生機(jī)理

制動抖動主要為制動系統(tǒng)通過不同路徑傳遞至其他系統(tǒng)，從而導(dǎo)致不同的形式的抖動表現(xiàn)。傳遞路線如下圖1所示，主要的激勵源為制動壓力波動(Brake Pressure Variation,簡稱BPV)和制動力矩波動，其中制動壓力波動主要通過制動管路傳遞至制動踏板，表現(xiàn)為制動踏板抖動；而另一路徑的制動力矩波動通過懸架系統(tǒng)可傳遞至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車身兩大系統(tǒng)，前者通過轉(zhuǎn)向節(jié)系統(tǒng)傳遞至方向盤，表現(xiàn)為駕駛方向盤抖動，而后者通過車身將抖動傳遞至地板，使車內(nèi)乘客及駕駛員感到顯著的抖動現(xiàn)象[3]。

圖1 制動抖動傳遞路線Fig.1 Brake jitter transmission route

BPV與BTV的產(chǎn)生主要與制動盤的DTV和LRO超差引起的，特別為熱態(tài)情況的狀態(tài)，隨著溫度的升高，DTV與LRO也會相應(yīng)變大。具體如圖2所示，LRO的超差主要與制動盤幾何尺寸、初始跳動、初始DTV及熱變形性能有關(guān)；摩擦系數(shù)的波動主要由制動盤材質(zhì)及涂層，摩擦片的配方，材料轉(zhuǎn)移及壓縮比有關(guān)，需要同時關(guān)注初始狀態(tài)及熱態(tài)情況時上述指標(biāo)的變化情況[4]。

圖2 BTV/BPV影響因素Fig.2 BTV/BPV influencing factors

3 問題描述與分析

3.1 問題描述

某車型在上市一年后，根據(jù)售后客戶反饋在高速制動工況出現(xiàn)方向盤及地板抖動，因此成立調(diào)查小組開展對抱怨車輛相關(guān)信息搜集工作及實車試駕評價。通過走訪調(diào)查，如下表1抱怨里程主要集中在三至四萬公里，抱怨工況為在經(jīng)多次制動后，車速為100 km/h～120 km/h輕踩制動踏板時出現(xiàn)方向盤及地板抖動。在冷車狀態(tài)制動時，不存在抖動現(xiàn)象，故該現(xiàn)象屬于熱抖動。此外，抱怨車輛多為山路高速駕駛使用習(xí)慣。

表1 售后信息表Tab.1 After-sales information sheet

3.2 檢測與分析

3.2.1 靜態(tài)檢測

為進(jìn)一步分析，對制動盤DTV、跳動、卡鉗拖滯力矩及摩擦片磨損量進(jìn)行了檢測。根據(jù)如表1所示，車輛2#及車輛3#的左側(cè)制動盤DTV均大于20 μm且熱抖動現(xiàn)象劇烈，而車輛1#及車輛4#相對DTV結(jié)果較小在10 μm左右，抖動輕微。一般制動盤DTV在15 μm以上，有經(jīng)驗的駕駛員會輕微感受到抖動，而大于20 μm以上會出現(xiàn)明顯的抖動感。而目前車輛主要為熱抖動，冷態(tài)無顯著抖動現(xiàn)象，由于DTV增長主要集中在車輛左側(cè)，右側(cè)無顯著增長，抖動激勵被均布弱化，所以可解釋車輛2#及車輛3#無顯著冷抖動。

卡鉗拖滯力矩及摩擦片的偏磨損是導(dǎo)致制動盤DTV快速增長的原因之一。根據(jù)表2、圖3及圖4所示，通過對卡鉗的拖滯力矩及摩擦片磨損量的檢測，4輛車輛的拖滯力矩均在要求范圍內(nèi)，摩擦片磨損量較均勻，沒有顯著的偏磨損現(xiàn)象。

表2 摩擦片拖滯力矩及磨損量Tab.2 Friction plate drag torque and wear

圖3 摩擦片磨損量檢測點Fig.3 Friction plate wear detection point

圖4 卡鉗拖滯力矩試驗臺Fig.4 Caliper drag torque test bench

3.2.2 臺架動態(tài)檢測

進(jìn)一步開展動態(tài)制動臺架測試，試驗內(nèi)容為BTV檢測，來模擬測試整車行駛狀態(tài)下，制動力矩的波動情況。試驗分別選取兩個狀態(tài)進(jìn)行對比試驗，磨損后狀態(tài)為抱怨車輛上拆下的制動盤及摩擦片，新狀態(tài)1及新狀態(tài)2為出廠的新盤及新摩擦片。臺架采用LINK公司制動慣量臺LINK3900進(jìn)行，試驗臺架示意圖及結(jié)果如表3及圖5所示，磨損后狀態(tài)制動力矩波動值為288.4 N·m，而新狀態(tài)平均在121.85 N·m，磨損后增大1.37倍。但根據(jù)相關(guān)BTV參考要求，新狀態(tài)盤片組合制動力矩波動需控制在50 Nm及10%以內(nèi)，可抑制由于BTV導(dǎo)致的DTV增長量及增長速度。按照上述要求，目前的BTV結(jié)果較大，需要進(jìn)一步做優(yōu)化研究。

表3 BTV試驗結(jié)果Tab.3 BTV test results

圖5 BTV試驗臺架Fig.5 BTV test bench

4 優(yōu)化方案確定及驗證結(jié)果

根據(jù)圖2 可知，摩擦系數(shù)的波動對DTV增長及BTV結(jié)果有著直接影響，而目前制動盤及摩擦片相關(guān)檢測均符合設(shè)計要求，因此建議調(diào)整摩擦片配方來進(jìn)行對比驗證及分析。挑選配方2開展BTV對比試驗，試驗結(jié)果如表4及圖6分析結(jié)果所示，新狀態(tài)3#及新狀態(tài)4#均采用配方2摩擦片，其BTV扭矩波動量平均為31.3 N·m，較原配方1平均波動量121.85 N·m降低74.3%，BTV改善明顯。

表4 不同配方摩擦片BTV試驗結(jié)果Tab.4 BTV test results of friction plates with different formulations

圖6 不同配方摩擦片BTV數(shù)據(jù)對比Fig.6 Comparison of BTV data of friction plates with different formulations

通過BTV臺架試驗驗證，摩擦片配方2對目前抖動抱怨有正向作用，為進(jìn)一步驗證整車表現(xiàn)，選取配方1及配方2分別搭載整車進(jìn)行道路試驗，并在敏感里程段進(jìn)行抖動主管評價。如下表5所示，1#與2#車搭載新狀態(tài)配方2摩擦片，3#與4#車搭載原狀態(tài)配方1摩擦片，在3萬公里分別安排了抖動評價，配方2摩擦片抖動評分為9.5分及8分，無明顯抖動；配方1抖動評分為3.5分及4分，熱抖動劇烈。整車抖動評價與BTV試驗結(jié)果一致，配方2摩擦片對該車型高速制動熱抖動有顯著改善作用。

表5 整車道路試驗抖動評價Tab.5 Jitter evaluation of the whole vehicle road test

5 結(jié)論

針對某車型高速出現(xiàn)制動抖動問題，通過對制動盤、摩擦片及卡鉗關(guān)鍵影響參數(shù)的檢測及分析，確定抱怨工況類型，結(jié)合BTV臺架試驗對抱怨件及批量新狀態(tài)零件進(jìn)行對比試驗，鎖定制動力矩優(yōu)化點。通過改變摩擦片配方，經(jīng)臺架試驗及整車雙向驗證，對抱怨工況的優(yōu)化效果明顯。

同時得到如下經(jīng)驗，在制動系統(tǒng)開發(fā)試驗中開展BTV臺架試驗項目，同時選取制動盤DTV上限狀態(tài)樣件來模擬制動盤DTV設(shè)計極限狀態(tài)，對該狀態(tài)系統(tǒng)BTV進(jìn)行一定的控制。將初始制動力矩波動控制一定范圍內(nèi)，可有效降低售后的相關(guān)熱抖動的抱怨。此外在整車制動抖動評價環(huán)節(jié)中，除目前黃山休寧高速抖動評價外，同時結(jié)合耐久道路試驗不同里程的抖動評價，來完善整車制動抖動評價體系。