利用LMS設(shè)備對制動Moan噪音的排查

摘 要：文章介紹了常見的制動噪音的類型，以及LMS系統(tǒng)在制動噪音排查上的應(yīng)用 。并通過介紹某一新能源車型開發(fā)過程中Moan噪音的解決，詳細(xì)介紹LMS設(shè)備在制動噪音上的排查過程和導(dǎo)致噪音的原因，改善了車輛的制動NVH性能，提高了產(chǎn)品競爭力。

關(guān)鍵詞：制動噪音 倒車異響 LMS設(shè)備 Moan噪音

0 前言

隨著近年來中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)汽車的制造水平得到顯著提高，消費(fèi)者對于汽車產(chǎn)品的要求也越來越高。之前消費(fèi)者更多地關(guān)注于汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、通過性等，如今對于舒適性的要求隨之提高，其中整車NVH性能對于舒適性的影響極為重要，而汽車制動系統(tǒng)產(chǎn)生的噪音容易被消費(fèi)者察覺，大部分噪音對于整車的舒適性影響極大。汽車制動系統(tǒng)的開發(fā)過程中，合理地規(guī)避制動噪音以及遇到制動噪音時快速、準(zhǔn)確的找到噪音來源、分析原因可以節(jié)約汽車制動系統(tǒng)的開發(fā)時間以及減少開發(fā)成本。本文主要介紹某新能源車型在開發(fā)過程中利用LMS設(shè)備的輔助，對噪音進(jìn)行分析，確認(rèn)噪音產(chǎn)生原因，對問題進(jìn)行改善。

1 制動噪音的分類

對于制動噪音的分類，主要根據(jù)制動時產(chǎn)生噪音的頻率對其進(jìn)行區(qū)分，頻率在1000Hz以下，200Hz以上的稱為低頻噪音；頻率在1000Hz以上的稱為中高頻噪音。按照不同噪音自身產(chǎn)生的原因?qū)ζ溥M(jìn)行命名，以下四種制動噪音是最為常見，也是消費(fèi)者反饋?zhàn)疃嗟脑胍鬧1]：

1.1 Squeal尖叫噪音

Squeal噪音消費(fèi)者的投訴率較高，但時有時無，并不會經(jīng)常復(fù)現(xiàn)，出現(xiàn)Squeal噪音的環(huán)境條件主要為凌晨低溫、高溫天氣以及雨天等，多發(fā)生在車輛行駛速度低、輕踩制動時。

造成Squeal的原因一般是制動盤與摩擦片摩擦作為激勵源，從而引起底盤結(jié)構(gòu)件（摩擦片、制動盤、卡鉗、轉(zhuǎn)向節(jié)、減震器、控制臂等）固有頻率相同導(dǎo)致的共振。在Squeal噪音的產(chǎn)生過程中，制動盤起到了一個“擴(kuò)聲器”的作用，聲波從制動盤表面?zhèn)魉统鋈ァ?/p>

Squeal噪音的影響因素如圖2所示，針對圖中的影響因素常見的解決方案有：

①通過修改制動盤與卡鉗的重量或者結(jié)構(gòu)，將制動盤與卡鉗的固有頻率避開容易發(fā)生振動的固有頻率段；將卡鉗支架與后橋連接板或者轉(zhuǎn)向節(jié)安裝點(diǎn)處的位置加厚，這種措施可以避免在低溫、高濕度的室外條件，頻率1-4kHz的Squeal噪音；②確認(rèn)卡鉗支架與摩擦片之間的配合尺寸，對這一部分進(jìn)行檢查和精度控制；③修改摩擦片配方與結(jié)構(gòu)形式，如微調(diào)消音片；消音片也被稱為摩擦阻尼片或減震片，在摩擦片選型工作中，通過改變消音片的配方及結(jié)構(gòu)形式等方式能夠改善高頻噪音；如在阻尼片開槽，可以優(yōu)化制動壓力的分布狀態(tài)或者在消音片上額外再添加一個金屬片，以解耦方式改善部分高頻噪音；對于摩擦材料，可以通過選取不同的配方或者對摩擦片材料進(jìn)行開槽倒角，完成后進(jìn)行模態(tài)仿真分析，優(yōu)化固有頻率來改善噪音。

1.2 Creep Groan起步噪音

主要有摩擦片與制動盤表面的動-靜摩擦系數(shù)的變化以及整車懸架系統(tǒng)的剛度引起，在車輛起步，車輛由靜止轉(zhuǎn)換為運(yùn)動的瞬間，發(fā)生Creep Groan噪音的概率接近100%。

Creep Groan 噪音的影響因素如圖3所示，主要有3個因素會對Creep Groan噪音產(chǎn)生影響：

①摩擦材料特性對動-靜摩擦系數(shù)的影響：根據(jù)現(xiàn)在所采用的摩擦材料，對于起步噪音這一類別的噪音，表現(xiàn)優(yōu)異的順序一般為NAO＞Semi Met＞medium friction low-met＞high friction low-met。因此，選取NAO作為摩擦材料，能夠有效降低動-靜摩擦系數(shù)變化對于起步噪音的影響，大幅減小Creep Groan噪音；

②離合器形式的影響：對于車輛由靜止?fàn)顟B(tài)變換為運(yùn)動狀態(tài)時，摩擦片與制動盤之間是否會有壓力會對Creep Groan噪音產(chǎn)生影響。雙離合結(jié)構(gòu)的自動變速箱起步噪音效果要好于液力變矩器形式變速箱，這主要與變速器半制動時的動力輸出有關(guān)。對此，采用雙離合形式變速器的車輛可以在一定程度上消除起步噪音。但對于新能源汽車來說，車上沒有配備離合器，可忽略變速箱的影響；

③懸架剛度：提高懸架的剛度對于Creep Groan有很好的抑制作用，但從整車開發(fā)角度考慮，提高懸架的剛度工程上實(shí)現(xiàn)的難度很高并且會相應(yīng)的增加很高的一部分成本。

1.3 Rattle噪音

制動系統(tǒng)的零件內(nèi)部的配合空襲比較大，當(dāng)車輛行駛通過某些通過條件較差的路面時（如搓衣板路面），會引起摩擦片和制動盤或者卡鉗之間的共振，即產(chǎn)生Rattle噪音。只要在制動踏板松開時，Rattle才會產(chǎn)生，若踩下制動踏板，產(chǎn)生制動壓力時，此時摩擦片與制動盤接觸，噪音消失。

1.4 Moan噪音

Moan噪音通常出現(xiàn)在扭力梁配置的車型上，一般頻率＜500Hz，出現(xiàn)Moan噪音的工況如下：

①低速；②無制動力或低制動壓力；③行駛時帶轉(zhuǎn)向；④濕度高，如洗車后或者雨天；⑤室外停車第二天冷啟動。

Moan噪音一般由懸架系統(tǒng)和制動系統(tǒng)的低頻共振導(dǎo)致，這類噪音也是本文的主要討論分析的對象。Moan 噪音的產(chǎn)生原因主要是駕駛員輕踩剎車或者卡鉗發(fā)生拖磨現(xiàn)象從而產(chǎn)生激勵源，如果底盤部分結(jié)構(gòu)件的模態(tài)參數(shù)匹配不當(dāng)，會相應(yīng)激勵源，產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生Moan噪音。

2 噪音的發(fā)現(xiàn)與排查經(jīng)過

2023年秋，某車型試驗(yàn)車在進(jìn)行客戶耐久試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)車輛在雨后倒車產(chǎn)生低頻異響且聲音較大，后經(jīng)研發(fā)人員對噪音確認(rèn)，試驗(yàn)車出現(xiàn)的噪音符合Moan噪音的特征。同時，為了鎖定噪音的來源，并且確定噪音是否為偶發(fā)，選擇3輛同型號同配置的試驗(yàn)車進(jìn)行噪音排查試驗(yàn)。

2.1 Moan噪音的排查試驗(yàn)方法

在Moan噪音評價試驗(yàn)開始前，需要在外界環(huán)境溫度低于25℃的戶外夜間，對前后制動器進(jìn)行噴水后靜置8小時以上，通常為試驗(yàn)前一夜進(jìn)行潑水，第二天早晨進(jìn)行噪音評價。從車位出發(fā)，提速至10km/h，車輛出車位擺正后做10km/h空擋滑行制動，有制動時的制動減速度為0.07g，制動盤溫度＜40℃。以后制動工況一致，后續(xù)工況分別對應(yīng)直行、倒車直行、倒車入庫、倒車出庫、倒車直行、前進(jìn)直行、前進(jìn)入庫8中工況。整個試驗(yàn)過程中一共停車制動16次。

2.2 Moan噪音復(fù)現(xiàn)結(jié)果

噪音復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)共對3臺車進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，3臺車均成功復(fù)現(xiàn)噪音，同時在噪音的復(fù)現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)車輛在前進(jìn)過程中并未復(fù)現(xiàn)噪音，噪音只有在倒車過程中能夠復(fù)現(xiàn)，其中，左轉(zhuǎn)向倒車入庫出現(xiàn)Moan噪音的概率為10%，倒車直行出現(xiàn)Moan噪音的概率為40%，又轉(zhuǎn)向倒車入庫出現(xiàn)Moan噪音的概率為80%，復(fù)現(xiàn)頻率最高，并且3臺試驗(yàn)車出現(xiàn)噪音的位置為均左后制動器處。

2.3 排查初步結(jié)論

該車型后橋?yàn)榕ちα航Y(jié)構(gòu)，左右結(jié)構(gòu)完全對稱，而根據(jù)噪音復(fù)現(xiàn)的結(jié)果來看，右轉(zhuǎn)向倒車入庫出現(xiàn)噪音的概率遠(yuǎn)大于左轉(zhuǎn)向倒車入庫，且噪音的來源為左后制動器位置，基于上述試驗(yàn)的現(xiàn)象，懸架系統(tǒng)和制動系統(tǒng)的整體設(shè)計出現(xiàn)問題的可能性不大，后橋與制動器連接處的細(xì)節(jié)設(shè)計以及加工精度是否需要改善以及提高，是后續(xù)工作的主要方向。

3 利用LMS系統(tǒng)進(jìn)行排查

3.1 LMS系統(tǒng)介紹

LMS系統(tǒng)主要用于工程領(lǐng)域，包括汽車、航空航天、鐵路、能源等行業(yè)，用于進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、測試、仿真和驗(yàn)證。本次主要利用LMS設(shè)備對車輛的機(jī)械振動和噪聲的特性進(jìn)行測量，測試設(shè)備主要有聲音傳感器、振動傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和LMS分析軟件。對于需要測量和分析的部位進(jìn)行布置聲音傳感器和振動傳感器能夠得到需要的噪聲信號和振動信號，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和LMS分析系統(tǒng)能夠?qū)⒉杉降脑肼曅盘柡驼駝有盘栟D(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后通過分析軟件對收集到的信號進(jìn)行信號處理與信號分析。

3.2 噪聲信號的收集與分析

根據(jù)噪音復(fù)現(xiàn)的結(jié)果與初步結(jié)論，在試驗(yàn)車的扭力梁、左后卡鉗支架、左后擋泥板、左后卡鉗鉗體上布置了傳感器。

在上述位置布置好傳感器后，按照Moan噪音的排查方法進(jìn)行右轉(zhuǎn)向倒車，收集各個位置產(chǎn)生噪音時的噪聲信號和振動信號并在LMS系統(tǒng)中對信號進(jìn)行分析處理，經(jīng)處理和分析后發(fā)現(xiàn)，卡鉗安裝支架螺栓和扭力梁中間位置的振動頻率與噪聲頻率接近，均在450Hz左右，且振動最為明顯的時間與車輛產(chǎn)生Moan噪音的時間重合。（圖8、圖9）

結(jié)合噪音復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)的試驗(yàn)現(xiàn)象與利用LMS設(shè)備對各個位置噪聲信號與振動信號的分析來看，噪音的激勵源來自于卡鉗，通過卡鉗支架與扭力梁連接板傳遞至扭力梁上，從而在扭力梁中部位置將噪聲放大，出現(xiàn)噪音。

4 噪音產(chǎn)生原因的分析與解決

如上節(jié)所分析，噪聲的來源為摩擦片與制動盤接觸時產(chǎn)生，通過卡鉗支架與后橋左側(cè)連接板接合處傳遞至后橋中間，對于噪音產(chǎn)生的具體原因分析如下：

（1）在輕踩制動（One-Box主缸壓力在0-1bar）主缸壓力加大后，便不會出現(xiàn)噪音，考慮是否為One-Box制動力輸出較為線性，而傳動真空助力器結(jié)構(gòu)的制動控制結(jié)構(gòu)存在制動力輸入的階越值，從而避開會產(chǎn)生Moan噪音的制動壓力范圍。該車型還有配備真空助力器的配置，為此，將發(fā)生Moan噪音的問題車整個后橋與未發(fā)生過噪音且配備真空助力器配置的試驗(yàn)車整個后橋進(jìn)行對調(diào)對比試驗(yàn)。對調(diào)后發(fā)現(xiàn)，噪聲跟隨著后橋發(fā)生轉(zhuǎn)移，真空助力器配置的試驗(yàn)車搭載原先進(jìn)行噪音復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)的試驗(yàn)車后橋依舊出現(xiàn)Moan噪音，從而排除了One-Box制動力輸出過于線性導(dǎo)致出現(xiàn)Moan噪音這一假設(shè)。

（2）在噪音復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)過程中，無制動的情況下也會出現(xiàn)Moan噪音，同時發(fā)現(xiàn)左后制動盤拖磨嚴(yán)重，右后制動盤則無拖磨情況，制動盤拖磨也是Moan噪音產(chǎn)生的原因之一，若該車型的Moan噪音問題是由拖磨導(dǎo)致，那么解決掉拖磨的問題，從而可以解決Moan噪音問題。首先測試左后制動盤的端跳是否符合要求，經(jīng)檢驗(yàn)，制動盤的端跳符合要求，其次，檢測卡鉗支架與后橋連接板的平面度與平行度是否符合要求，若平面度與平行度不一致，會導(dǎo)致制動盤與摩擦片發(fā)生斜磨，出現(xiàn)異常磨損。為此，對卡鉗支架與后橋連接的尺寸進(jìn)行檢測。

經(jīng)過三坐標(biāo)測量發(fā)現(xiàn)，后橋右側(cè)上下安裝點(diǎn)與軸承安裝面，實(shí)物坐標(biāo)與3D數(shù)據(jù)坐標(biāo)基本相同，差值在0.1mm以內(nèi)；左側(cè)軸承安裝面與上安裝點(diǎn)，差值在0.1mm以內(nèi)，但與下安裝點(diǎn)，差值在0.6mm左右。根據(jù)上述測試結(jié)果可以的處結(jié)論：左側(cè)制動盤實(shí)物在3D數(shù)據(jù)設(shè)計位置，但卡鉗由于下安裝點(diǎn)偏向內(nèi)側(cè)，導(dǎo)致卡鉗支架是歪的，盤片總的間隙減小0.6mm，從而導(dǎo)致制動盤出現(xiàn)拖磨。在挑選一個后橋加工合格的后橋換到原先出現(xiàn)Moan噪音的試驗(yàn)車上，發(fā)現(xiàn)制動盤拖滯現(xiàn)象消失，同時進(jìn)行Moan噪音評價試驗(yàn)，Moan噪音在各個工況下均未出現(xiàn)。

5 展望

制動噪音會降低司乘的駕乘感受，尤其是Moan噪音這類低頻、高分貝的噪音。隨著技術(shù)的發(fā)展，在整車的開發(fā)過程中，LMS設(shè)備在節(jié)約研發(fā)人員解決問題時間的同時還能夠幫助研發(fā)人員更加準(zhǔn)確地判斷和鎖定噪音的來源和傳遞過程以及確定噪聲的頻率。

本次利用LMS設(shè)備對制動Moan噪音進(jìn)行排查和解決無論是對于設(shè)備使用熟練度的提升還是解決制動噪音問題經(jīng)驗(yàn)的豐富，都是給我們提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)其他車型的開發(fā)提供了寶貴的技術(shù)支持！

參考文獻(xiàn)

[1]黃炎清.制動噪音研究及實(shí)例分析[A]汽車實(shí)用技術(shù)，2023.