制動(dòng)噪音及其處理方式

程煜　景園

摘 要：制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因多種多樣，為了提高消費(fèi)者的駕乘舒適性，需要在設(shè)計(jì)時(shí)針對制動(dòng)噪音進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)避。本文通過分析制動(dòng)噪音產(chǎn)生的原因，提出相關(guān)的噪音解決方案，并提出了制動(dòng)噪音試驗(yàn)的相關(guān)測試流程。本文的分析思路及優(yōu)化過程，對于后續(xù)項(xiàng)目的制動(dòng)系統(tǒng)NVH性能開發(fā)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)噪音 摩擦片 試驗(yàn)測試

Brake Noise and the Way to Deal with it

Cheng Yu，Jing Yuan

Abstract：There are various causes of brake noise， and in order to improve consumers' driving comfort， it is necessary to design to avoid brake noise during design. This paper analyzes the causes of brake noise， proposes related noise solutions， and proposes the relevant test procedures of brake noise test. The analysis ideas and optimization process of this paper have certain reference significance for the development of NVH performance of braking system in subsequent projects.

Key words：brake noise， friction plates， experiment test

1 制動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因

汽車制動(dòng)噪聲產(chǎn)生的因由大體可分為兩個(gè)方面：制動(dòng)時(shí)摩擦振動(dòng)頻率與其它零部件固有頻率相同而產(chǎn)生共振；由于外部影響促使某制動(dòng)系統(tǒng)零件變形或與周邊件干涉等而發(fā)生的噪聲。

除來自外界異物造成的噪聲外，某車型產(chǎn)生噪聲多是由于制動(dòng)襯片、制動(dòng)對偶、連接件和制動(dòng)器之間等制動(dòng)系統(tǒng)零件之間的不匹配造成[1]。由于不同車型零件的差異，固定材質(zhì)的摩擦片匹配不同的車型，其制動(dòng)噪聲的表現(xiàn)也不一致[2]，主機(jī)廠會(huì)針對其不同車型單獨(dú)進(jìn)行摩擦片的開發(fā)。

2 制動(dòng)噪聲分類及振動(dòng)介紹

2.1 制動(dòng)噪聲的分類

2.2 常見的制動(dòng)噪聲及振動(dòng)問題

客戶關(guān)于制動(dòng)方面的抱怨多數(shù)是：制動(dòng)嘯叫、蠕動(dòng)噪聲、Moan噪聲。

2.2.1 制動(dòng)嘯叫

制動(dòng)嘯叫是制動(dòng)剎車時(shí)最主要的噪聲，可通過減少振動(dòng)來最小化噪聲。一般由制動(dòng)片和制動(dòng)盤的摩擦產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)共振頻率，由制動(dòng)盤發(fā)出噪聲，且制動(dòng)盤起到擴(kuò)音器的效果。

2.2.2 蠕動(dòng)噪聲

蠕動(dòng)噪聲（Groan）是車輛制動(dòng)時(shí)盤片摩擦產(chǎn)生的一種低層噪聲，頻率低于800Hz，車內(nèi)的乘客也可以明顯感知到，一般是由于車體結(jié)構(gòu)的共振所引起。

當(dāng)車身隨制動(dòng)前傾時(shí)；車速較低時(shí)容易產(chǎn)生該噪聲，在自動(dòng)擋汽車上出現(xiàn)頻次較高。噪聲表現(xiàn)為一連串的有節(jié)奏的震動(dòng)，這種連續(xù)有節(jié)奏的震動(dòng)是由于剎車片和制動(dòng)盤間的蠕動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生的。

造成制動(dòng)Groan噪聲的潛在因素有：（1）剎車片熱變形；（2）剎車片/制動(dòng)盤之間以及剎車片/卡鉗之間的壓力分布；（3）制動(dòng)盤變形，即表面起槽，形成波紋及表面處理形態(tài)等；（4）摩擦力和速度；（5）卡鉗剛度；（6）軸套剛度。

2.2.3 Moan噪聲

Moan噪聲一般是車輛低速行駛時(shí)，輕踩或不踩制動(dòng)踏板時(shí)，發(fā)出的一種低沉噪聲，頻率低于1kHz。該噪聲可以輕易被駕乘人員注意，通常會(huì)在車輛車速較低、很小或者沒有制動(dòng)壓力、制動(dòng)轉(zhuǎn)向或非制動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生。

Moan噪聲產(chǎn)生的原因一般與制動(dòng)部件、軸及懸掛系統(tǒng)的剛度有關(guān)，例如制動(dòng)與懸掛裝置之間處于鎖死狀態(tài)；剎車片和制動(dòng)片以及卡鉗與摩擦片的壓力分布不均；非制動(dòng)拖滯力矩過大等。

3 解決制動(dòng)噪聲的方法

3.1 制動(dòng)噪聲解決方案

制動(dòng)噪聲的解決方案一般可以分為兩大類：一是改變制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；二是改變制動(dòng)系統(tǒng)的重量。這兩種解決方案都是為了改變制動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，可以在開發(fā)前期使用CAE分析等手段來進(jìn)行前期方案驗(yàn)證[3]。在主機(jī)廠中為了降低更改成本會(huì)采取更改摩擦片或者更改制動(dòng)卡鉗重量的方式來進(jìn)行。其中更改摩擦片是最主要的解決方案。一般的摩擦片更改方案有：

（1）消除激發(fā)噪聲的源頭（如倒角設(shè)計(jì)或者開槽，摩擦材料配方的優(yōu)化）；

（2）增加阻尼（如消音片配方優(yōu)化）；

（3）消除制動(dòng)部件耦合的狀態(tài)；

（4）改變接觸面的壓力分布，不同包角設(shè)計(jì)制動(dòng)壓力分布見圖3。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證更改前后的制動(dòng)噪聲改善效果，使用臺(tái)架和實(shí)車路試進(jìn)行制動(dòng)噪聲的測試[1]。為了保證臺(tái)架測試的試驗(yàn)精度，一般要求：

（1）前/后制動(dòng)器總成及懸架件均為工裝件；

（2）發(fā)生頻率2kHz～17kHz之間需要制動(dòng)器總成；

（3）發(fā)生頻率0.9kHz～17kHz之間需要制動(dòng)器總成+1/4懸架；

（4）鼓式制動(dòng)試驗(yàn)檢測頻率在0.5kHz～17kHz。

摩擦片試驗(yàn)臺(tái)架匹配優(yōu)化方案實(shí)例見表2，試驗(yàn)臺(tái)架測試示意圖見圖4。

臺(tái)架測試使用SAE J2521標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試[4]，其優(yōu)點(diǎn)有：

（1）在可控環(huán)境下提供驗(yàn)證試驗(yàn)；

（2）低成本、高效率、針對性強(qiáng)，比路試快捷。

但是臺(tái)架匹配結(jié)果不能完全代表實(shí)車，因此實(shí)車驗(yàn)證環(huán)節(jié)是必不可少的噪聲路試，通常以主機(jī)廠的試驗(yàn)規(guī)范來作為測試程序，進(jìn)行磨合、山路駕駛和階段評價(jià)等項(xiàng)目[5]，為了保證噪聲路試結(jié)果的有效性一般會(huì)要求：

（1）至少需要一臺(tái)試驗(yàn)車，最好兩臺(tái)以上；

（2）試驗(yàn)車輛需滿足設(shè)計(jì)狀態(tài)，盡可能接近量產(chǎn)狀態(tài)；特別懸架系統(tǒng)為操穩(wěn)調(diào)教后狀態(tài)；

（3）不少于2人的駕駛員在多循環(huán)試驗(yàn)中交替駕駛。

路試過程中要采集：車速、車輛減速度、噪聲頻率、噪聲聲壓級、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、制動(dòng)盤磨損與摩擦片磨損等參數(shù)，來幫助判斷制動(dòng)噪聲的改善效果。

路試時(shí)可分為四個(gè)階段：

第一階段路況為山路和鄉(xiāng)村小道的綜合路況，該路況制動(dòng)強(qiáng)度中等，前期為熱態(tài)制動(dòng)，后期為常溫制動(dòng)。

第二階段路況為鄉(xiāng)村小道+山路+國道，該路況制動(dòng)強(qiáng)度覆蓋較為全面，前期多為初級制動(dòng)，中段為熱態(tài)制動(dòng)，后期為常溫制動(dòng)。

第三階段路況為國道，模擬高速路況，主要考察高速制動(dòng)工況下，車輛是否存在制動(dòng)抖動(dòng)的情況。

第四階段路況為山路，該路況制動(dòng)頻繁，基本為中等強(qiáng)度制動(dòng)（制動(dòng)減速度0.3～0.6g），屬于熱態(tài)制動(dòng)，同時(shí)可以考察是否存在Groan噪聲。

通過制動(dòng)路試可以通過儀器設(shè)備測得制動(dòng)時(shí)制動(dòng)噪聲產(chǎn)生時(shí)的特定工況，工程師后期針對該工況即可進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以通過設(shè)計(jì)摩擦片倒角或者更改消音片材料的方式來消除制動(dòng)噪聲。圖5為某車型通過路試測出的噪音發(fā)生頻率圖。

針對噪音產(chǎn)生的頻率可以制定相應(yīng)的改善方案和測試流程，見表3。

最后，不同主機(jī)廠會(huì)對路試噪聲提出不同接受標(biāo)準(zhǔn)，以SNI值舉例，某主機(jī)廠要求路試驗(yàn)證SNI≤1.75。

4 結(jié)語

引起制動(dòng)噪聲的原因復(fù)雜，不僅有單一性的激勵(lì)和系統(tǒng)性的激勵(lì)，且受環(huán)境因素影響較大，如晨起噪聲、地域性噪聲等。正因?yàn)橹苿?dòng)噪聲復(fù)雜性，制動(dòng)噪聲不僅成為各主機(jī)廠的瓶頸技術(shù)難題，也成為是制動(dòng)器供應(yīng)商的行業(yè)難題。制動(dòng)噪聲的可控因素有控制零部件之間的共振，經(jīng)各部件自身材質(zhì)、壓縮、結(jié)構(gòu)、剛度或者部件間的配合方式的改善，可降低或有效預(yù)防噪聲的產(chǎn)生。同時(shí)制動(dòng)噪聲的不可控因素包括零部件自身磨耗及老化；道路的加載與震動(dòng)；不良使用；及使用的自然氣候環(huán)境（高溫、高濕、高鹽分等）。希望通過本文對制動(dòng)噪聲的開發(fā)與試驗(yàn)驗(yàn)收有一定啟發(fā)作用。

項(xiàng)目：2022AH052362安徽省高校科研項(xiàng)目（自然科學(xué)類）-基于純電動(dòng)汽車振動(dòng)和噪聲問題的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。

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