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某型輕客制動噪音問題的研究

文檔作者：張超鄭朋輝蘇媛文檔來源：安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月27日
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汽車實用技術(shù)2017年第4期
設(shè)計研究AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY 2017 N0．4
10．16638／j．cnki．167卜7988．2017．04．001
某型輕客制動噪音問題的研究
張超，鄭朋輝，蘇媛
(安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥230009)
摘要：文章通過對某型輕客制動噪音問題的研究分析和改進(jìn)，通過引入轎車的SAE J252l測試方法，對不同摩擦
襯片材料、結(jié)構(gòu)及消音片材料等不同方案進(jìn)行優(yōu)化，最終對該車的制動高頻尖叫問題進(jìn)行有效治理。
關(guān)鍵詞：制動噪音；高頻尖叫；SAE J2521；摩擦材料；消音片
中圖分類號：U469．1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1 671—7988(2017)04—01—04
Study on a certain light passenger braking nOise
ZIlaIlg Cha0，zheng Penghui，Su Yuall
(Anhui JiaTl曲uai Automobile TecllIlology Center，A1111ui Hefei 230009)
Abstract：hl mis article，t11rough tlle sttIdy ofa certain type ofli曲t passenger brake noise problem analysis and improVement，
by irItroducing a car SAE J252 1 test metllod，the difrerem銜ction liner materials，s饑Icture a11d silencing slice materiaIs
di虢rent scheme is optimized，and finally to the problem of the car’s br{心ng hi曲nquency scre鋤for e仃ectiVe
management．
Key words：brake noise；high fl-equency scream；SAE J252l；fnction material；silencer
CLC NO．：U469．1 Document Code：A Anicle ID：167l一7988(2017)04-0l-04
刖吾
隨著車輛的普及及人民生活水平的提升，消費(fèi)者在追求
車輛功能、性能和可靠性的同時，對舒適性的關(guān)注也與日俱
增。制動系統(tǒng)作為涉及汽車安全性的重要系統(tǒng)，制動性能對
于車輛來說是至關(guān)重要的。在有些情況下，由于系統(tǒng)匹配、
制動工況、安裝及使用、行駛環(huán)境和駕駛習(xí)慣不同等原因，
將會使制動器在制動過程中不可避免會出現(xiàn)產(chǎn)生劇烈的振動
和噪聲，影響乘員的舒適性，嚴(yán)重的振動噪聲還會引起制動
力的衰退，影響車輛的安全性。據(jù)統(tǒng)計，北美地區(qū)的汽車生
產(chǎn)商每年用在制動NⅧ領(lǐng)域(制動噪聲與制動抖動)是顧客
抱怨非常主要的汽車故障之一。同時汽車在剎車時產(chǎn)生的噪
音已成為城市的主要噪聲污染源之一，高頻制動噪聲往往非
作者簡介：張超(1982一)，男，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)
股份有限公司，主要從事車輛制動系統(tǒng)開發(fā)。
常刺耳，通?？筛哌_(dá)110dB。但制動噪音又是制動系統(tǒng)日常使
用中不可避免會出現(xiàn)的情況；故此發(fā)生概率和顧客可接受度
之間的平衡是處理制動噪音問題的主要方向。本文所研討的
某型輕型客車在市場上時有反饋制動時會有不同程度的噪音
發(fā)生，主要表現(xiàn)為低速(車速小于20h汕)緩制動時，車輛
會有持續(xù)的尖銳“嘰嘰”噪音發(fā)出，影響顧客的主觀感受。
本文通過對噪音現(xiàn)象的識別、分析并制定相關(guān)改善措施，有
效的改善了車輛的噪音的表現(xiàn)。
1、制動噪音機(jī)理
(一)制動噪音綜述
車輛制動噪音問題是整個車輛制動系統(tǒng)中非常難以解決
的問題，目前對于剎車產(chǎn)生噪聲方面有許多的研究文獻(xiàn)，大致
可分為實驗研究和理論研究兩大類方法：同時制動噪音問題
涉及摩擦學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)、振動等多方面的知識，對研究
萬方數(shù)據(jù)
2017年第4期張超等：某型輕客制動噪音問題的研究2
者來說是一個很大的挑戰(zhàn)。2、制動噪音測量與分析
制動噪聲產(chǎn)生與制動鉗總成和制動盤的設(shè)計及其匹配密
切相關(guān)，一般認(rèn)為盤式制動器的制動噪聲產(chǎn)生機(jī)理是通過摩
擦片和制動盤這對摩擦副之間的摩擦振動產(chǎn)生，并通過一定
路徑傳遞的。制動器部件的摩擦振動是由于作為相對速度函
數(shù)的摩擦系數(shù)變化的結(jié)果，而相對速度又產(chǎn)生于制動塊、摩
擦表面和機(jī)械系統(tǒng)的阻尼器之間，當(dāng)兩摩擦表面的相對速度
增加時，若摩擦系數(shù)減少，則產(chǎn)生摩擦振動，引起部件的振
動而發(fā)出噪聲。當(dāng)負(fù)荷達(dá)到足以使制動塊和制動盤的結(jié)構(gòu)尺
寸變化時，以及彈性力引起制動塊和制動盤作瞬間的脫離時，
整個有關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)就會產(chǎn)生輕微的變形，一旦制動塊和
制動盤脫離接觸，機(jī)械系統(tǒng)的彈性力就會很快地使制動塊和
制動盤恢復(fù)到原來的狀態(tài)而在兩接觸表面產(chǎn)生較低的摩擦，
所有的零部件又幾乎恢復(fù)原狀，而這一過程重復(fù)下去，將使
制動卡鉗產(chǎn)生振動，振動能量向周圍環(huán)境輻射產(chǎn)生制動噪聲。
當(dāng)振動頻率低于100Hz時主要表征為車輛的抖動，當(dāng)振
動頻率大于100Hz時主要表征為制動噪音；一般盤式制動器
制動噪聲分為3類：
1)低頻噪聲：制動開始到停車時的“格喳”聲；這種聲
音屬于低頻噪聲，頻率在1000Hz以下，與制動盤和摩擦片
之間的粘滑作用相關(guān)，主要是由于制動鉗的共振引起的。
2)低頻尖叫：制動過程中的尖叫聲；這種是頻率為
ll沮z～繃z的制動噪聲，與制動系統(tǒng)零部件之間的模態(tài)耦
合相關(guān)，主要是由于制動盤的共振所致，聲音非常刺耳。
3)高頻尖叫：停車之際的“嘰嘰”聲；為頻率在4kHz～
16mz的制動噪聲，與制動盤的周向共振相關(guān)，主要是由摩
擦襯塊的彈性振動所引起的。
輔囂
圖1噪音頻率分布圖
制動噪聲的影響因素主要有以下4個方面：
1)摩擦副特性：摩擦片和制動盤／鼓組成的摩擦副是產(chǎn)
生噪聲的來源，不同摩擦材料特性產(chǎn)生的振動激勵不同，進(jìn)
而振動噪聲的強(qiáng)弱也不同：
2)制動器結(jié)構(gòu)：制動器是噪聲的主要傳遞路徑，不同制
動器結(jié)構(gòu)設(shè)計可以抑制或放大來自摩擦副的振動，對制動噪
聲強(qiáng)度有很大影響；
3)環(huán)境：研究表明，環(huán)境因素對制動噪聲影響很大，不
同濕度、溫度條件下，制動噪聲表現(xiàn)不同：
4)制動工況：制動噪聲的產(chǎn)生和制動工況有很大關(guān)聯(lián)性，
有的噪聲僅在某一特定工況下出現(xiàn)，如高速、低速行駛時，
或臨近停車時，或倒車時，或輕制動、重制動時等。
在某型車輛的實際使用過程中，部分車輛低速快要停車
時緩踩制動，會發(fā)出尖銳的聲音；發(fā)生噪音時的車速一般在
20l(rI訛左右，制動強(qiáng)度較低，臨近停車時噪音會比較明顯：
車輛倒車后，再正常行駛緩踩制動，制動噪音不會立即出現(xiàn)，
但反復(fù)進(jìn)行幾次制動后，制動噪音又會出現(xiàn)：車輛發(fā)生噪聲
時主要通過駕駛員進(jìn)行聽覺辨認(rèn)主觀評價，無法有效確認(rèn)產(chǎn)
生制動噪音產(chǎn)生的具體部位；通過全息拍照技術(shù)來鎖定制動
噪音在整車的產(chǎn)生位置如下圖2，制動噪音定位為前制動鉗
位置，由于車輛處于運(yùn)動中時會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，噪音定位
會往車輛后方偏移，屬于正?，F(xiàn)象。另外通過測試，確認(rèn)該
車實車制動噪音頻率變異主要出現(xiàn)在8kHz和16mz左右的
兩個區(qū)間組合而成；如圖3。
：Z===a．
制功峰
圖2車輛制動噪音部位定位圖
圖3制動噪音頻譜圖
通過整車的測量確定制動噪音產(chǎn)生的部件后，針對具體
的部件系統(tǒng)進(jìn)一步展開臺架模擬測量；目前針對相關(guān)的測量
可以采用QC廠r 564(乘用車)或Qc廠r479(商用車)中的方
法，原來一般要求乘用車不大于76dB、商用車不大于90dB，
顯然其具有較大的局限性和機(jī)械性。目前乘用車采用的方法
主要是基于SAE J252l中的方法展開的，由于其工況覆蓋和
測量參數(shù)比較科學(xué)，能夠更好的支持針對問題的分析和解決；
故此本次也采取SAE J2521標(biāo)準(zhǔn)測試程序在L咖【3000試驗
臺上展開相關(guān)測試和效果的確認(rèn)。
從上圖5可以看出，按照SAE J2521標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行1430次
制動測試過程中，制動噪音發(fā)生的頻率很高，其中大于70dB
的有44．94％、大于80dB的有35．96％、大于90dB的有33．71％、
大于100(1B的有13．48％；遠(yuǎn)超出制動噪音指出率70dB≤
10％、80dB≤5％、90dB≤2．5％、100dB≤1．2％的一般商用車
萬方數(shù)據(jù)
3 汽車實用技術(shù)2017年第4期
設(shè)計要求。但同時臺架上的噪音頻率區(qū)間主要分布在
8．5煳z～9．5kHz和16．5kHz兩個頻率區(qū)間，與實車的8kHz
和16kHz略有偏移；這可能是因為臺架試驗過程中雖然裝配
了輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動盤、制動鉗等部件及部分懸架的鏈接
部件，但與實際車輛還是存有一定的差異的；但其已經(jīng)方向
性的指明了兩者具有較好的再現(xiàn)關(guān)系；可以通過臺架測試來
確定制動噪音的表現(xiàn)水平。
圖4 LINK3000臺架制動噪音測試圖
圖5改善前臺架制動噪音測試結(jié)果
3、改善思路與措施
根據(jù)整車及臺架的測試結(jié)論來看，主要表現(xiàn)為噪音的發(fā)
生概率較高，噪音的頻率在8kHz和16kHz附近；根據(jù)目前
噪音分類原則，是屬于一個高頻的尖叫：目前認(rèn)為較為普遍
的原因主要是由摩擦襯塊的彈性振動所引起的。
將卡鉗及摩擦襯塊系統(tǒng)可以看成粘彈性單自由度振動系
統(tǒng)，如下圖6所示，則可表達(dá)為公式(1)：
m茸O)+c(j(f)一毫，(f))+七C“f)一矗(，))=，(f) (1)
拋開基礎(chǔ)速度)(0的影響，公式(1)可簡化為公式(2)：
mj(f)+cj(f)+h(f)=，(f) (2)
從上述公式(2)中我們可以看出，改善這種噪音，要么
就消除激發(fā)噪音的源頭，即《t)一0；要么就增加阻尼作用，
即增加阻尼系數(shù)c；要么就增加被傳遞物的質(zhì)量、削弱振動，
即增加m以減小加速度及振幅。
實際設(shè)計開發(fā)過程中，卡鉗和摩擦襯片都不可能質(zhì)量做
的特別大，進(jìn)而對各種振動不產(chǎn)生響應(yīng)，況且一般確定的制
動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及質(zhì)量基本也就確定了，所以單純增大m是不可
行的。而要m)一0，則需要卡鉗的液壓恒定，摩擦襯片的摩
擦系數(shù)也要隨著壓力、溫度和速度都要保持一個趨于恒定(穩(wěn)
定)的狀態(tài)，這在實際的工程應(yīng)用中就需要選擇更好的、更
合適的摩擦襯片材料，來降低摩擦系數(shù)對壓力、溫度和速度
的敏感性，這對特定車型來說是需要匹配的。而增大阻尼系
數(shù)c就是要使得系統(tǒng)的阻尼比盡量大于1，使得系統(tǒng)很難振
的起來，這個一般通過調(diào)整摩擦襯片上的消音片來實現(xiàn)。
lf
I～④瓣畦?
*≥ 。
圖6卡鉗與摩擦襯塊振動系統(tǒng)
通過上述的分析我們可以看出，此車型高頻尖叫制動噪
音的解決方向需要從摩擦材料及消音片的匹配優(yōu)化入手進(jìn)行
系統(tǒng)的解決和優(yōu)化；結(jié)合臺架按照SAE J2521進(jìn)行不斷的測
試優(yōu)化進(jìn)行確定方案。最終將摩擦材料由低金屬配方改為陶
瓷配方；同時對摩擦襯片的形狀進(jìn)行優(yōu)化，增加開槽和倒角；
同時選用全新的一種消音片。
圖7摩擦襯片更改前后對比圖
通過對不斷的針對摩擦襯片材料、結(jié)構(gòu)及消音片的優(yōu)化
匹配，最終確定的優(yōu)化方案采用sAE J2521標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試結(jié)
果如下：
圖8改善后臺架制動噪音測試結(jié)果
通過測試可以看出，臺架數(shù)據(jù)顯示大于70dB的有
6．51％、大于80(1B的有4．09％、大于90dB的有2．24％、大
于100dB的沒有；滿足商用車制動噪音指出率70dB≤10％、
80dB≤5％、90dB≤2．5％、100dB≤1．2％的設(shè)計要求。同時通
過整車磨合、冷態(tài)、熱態(tài)及各種速度和制動強(qiáng)度進(jìn)行全面的
主觀評估后，確認(rèn)噪音發(fā)生的概率大幅降低，(下轉(zhuǎn)第12頁)
至j1] 一一蘭孳至垂
萬方數(shù)據(jù)
2017年第4期杜燦誼等：節(jié)能賽車的車身造型設(shè)計與優(yōu)化分析12
于節(jié)能車來說，主要以節(jié)能為主，且其行駛速度較低，可適
當(dāng)增大升力系數(shù)。氣流到達(dá)車身尾部時，氣流流速逐漸減小，
壓力值增大，形成正壓區(qū)C。由于尾部氣流受禍流及氣流分
離的破壞，使得其壓力值小于頭部的壓力值，從而產(chǎn)生了壓
差阻力。壓差阻力占了總氣動阻力的絕大部分，是賽車行駛
阻力的主要來源，因此必須設(shè)法增大尾部壓力，以減小壓差
阻力。
3、總結(jié)
綜合以上車身外流場流態(tài)的分析結(jié)果可知，車身表面氣
流整體較為流暢，壓力分布也較為均勻合理。另外，還可調(diào)
整車身背部傾斜角或?qū)嚿淼拙夁M(jìn)行圓角的方法對車身造型
優(yōu)化，減小分流和渦流，達(dá)到減小風(fēng)阻系數(shù)的目的。
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(上接第3頁)
完全達(dá)到可以接受的水平，并取得了市場上顧客的一致認(rèn)可。
參：考文獻(xiàn)
4、結(jié)語
通過對某型輕型客車制動噪音問題的測試和分析，通過
整車及臺架的測試，確認(rèn)該制動噪音為一種高頻尖叫，是制
動噪音中比較常見的一種形態(tài)。同時通過對系統(tǒng)原理層面的
分析后，從摩擦材料、摩擦襯片結(jié)構(gòu)、消音片材料三個方面
入手進(jìn)行改善，很好的解決了該車型的制動噪音問題。分析
中采用全息拍照技術(shù)、音頻分析技術(shù)以及在商用車上采用
sAE J2521的相關(guān)臺架測試技術(shù)，有效而快速的提升了該問
題的解決進(jìn)度：因此制動噪音問題的解決是必須要建立在相
關(guān)健全的分析工具和分析技術(shù)的基礎(chǔ)上的，這對后續(xù)相關(guān)問
題的解決也提供了一個相對有效的思路和方法。
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