制動(dòng)噪音分析研究

    引言


    鼓式制動(dòng)器摩托車剎車圈、Drum brake、輪轂剎車圈專業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫九環(huán)2022年5月16日訊  制動(dòng)噪聲是汽車行業(yè)內(nèi)較為關(guān)注的品質(zhì)問(wèn)題,同時(shí)也是行業(yè)內(nèi)難點(diǎn)課題。在汽車制動(dòng)時(shí),制動(dòng)噪音通過(guò)底盤(pán)系統(tǒng)與車身傳輸?shù)今{駛艙,其噪音影響駕駛員的駕駛感。制動(dòng)噪音具有不可重復(fù)性、隨機(jī)性、時(shí)變性、瞬時(shí)性、間歇性和不確定性,其產(chǎn)生機(jī)理十分復(fù)雜,不同制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特征、裝配精度、摩擦片的磨損、制動(dòng)盤(pán)厚薄差等都影響著制動(dòng)噪聲的產(chǎn)生;相同的制動(dòng)器,在不同的溫度、濕度、制動(dòng)力、車速下制動(dòng),也會(huì)形成不同的頻次制動(dòng)噪音。分析制動(dòng)噪音,主要是通過(guò)自激振動(dòng)理論進(jìn)行分析,即制動(dòng)噪聲是由摩擦耦合引起和制動(dòng)器各部件的模態(tài)參數(shù)匹配不當(dāng)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定性,從而產(chǎn)生自激振動(dòng),形成制動(dòng)噪音,制動(dòng)噪音的頻率從幾十赫茲到上萬(wàn)赫茲,根據(jù)不同頻率的噪音進(jìn)行優(yōu)化,改變整車駕駛樂(lè)趣。


    1 制動(dòng)噪音產(chǎn)生機(jī)理


    盤(pán)式制動(dòng)器系統(tǒng)本身是非線性、時(shí)變系統(tǒng),同時(shí)存在大量的不確定因素。例如摩擦表面由于磨損會(huì)產(chǎn)生材料碎屑、硬化薄膜,這些因素的產(chǎn)生、變化以及移除是不確定的或難以確定的,而這些因素會(huì)對(duì)接觸剛度、摩擦特性產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,同時(shí)材料的老化效應(yīng)也是難以預(yù)測(cè)的,而老化效應(yīng)也對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性也產(chǎn)生影響,制動(dòng)噪音產(chǎn)生機(jī)理如下 [1]:①制動(dòng)盤(pán)與摩擦片接觸區(qū)域的瞬時(shí)作用產(chǎn)生沖擊性激勵(lì);②強(qiáng)沖擊激勵(lì)和弱部件模態(tài)耦合、弱沖擊激勵(lì)和強(qiáng)部件模態(tài)耦合產(chǎn)生制動(dòng)尖叫;③制動(dòng)器結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)參數(shù)匹配不當(dāng);④制動(dòng)器結(jié)構(gòu)摩擦閉環(huán)耦合系統(tǒng)不穩(wěn)定。


    制動(dòng)噪音可以分為低頻與高頻噪音,低頻噪音主要由制動(dòng)盤(pán)面外模態(tài)和制動(dòng)鉗體、制動(dòng)鉗支架、摩擦片等部件的模態(tài)耦合;而高頻噪音則主要由制動(dòng)盤(pán)面外模態(tài)與摩擦片模態(tài)的耦合,摩擦片和制動(dòng)盤(pán)相互作用,除了剛體振動(dòng)外還發(fā)生彈性振動(dòng),并且彈性振動(dòng)是制動(dòng)尖叫的根源,它們之間運(yùn)動(dòng)的耦合對(duì)產(chǎn)生制動(dòng)噪音起到重要作用。


    2 制動(dòng)噪音分類


    1. Shudder(judder)(5~100HZ):制動(dòng)時(shí)常見(jiàn)的一種噪音,主要由車輛的懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)共振造成。由輪胎壓力變化,引起部件不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)和制動(dòng)扭矩偏差造成,其抖動(dòng)的感覺(jué)與共振的頻率大小,與車輛本身的敏感性(傳動(dòng)路徑、子系統(tǒng)的共振頻率及阻尼特性)有關(guān)系 [2]

    2. Moan(小于500Hz):該類型噪音在車速很低時(shí)易出現(xiàn),在很小或者沒(méi)有制動(dòng)壓力,或制動(dòng)轉(zhuǎn)向或非制動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生。通常與制動(dòng)部件、軸以及懸架系統(tǒng)的剛性、制動(dòng)與懸架裝置之間處于鎖死狀態(tài)、摩擦片和制動(dòng)盤(pán)以及制動(dòng)鉗與摩擦片的壓力分布和非制動(dòng)拖滯力矩有關(guān)。

    3. Groan(小于600HZ):通常坐在駕駛室的駕駛員能感覺(jué)到,車身隨制動(dòng)前傾時(shí),在自動(dòng)檔車很容易發(fā)生,噪音為一連串的有節(jié)奏的震動(dòng)。這種連續(xù)有節(jié)奏的震動(dòng)是由于摩擦片和制動(dòng)盤(pán)間的蠕動(dòng),出現(xiàn)幾率低,主要因素為摩擦片熱變形、摩擦片與制動(dòng)盤(pán)之間以及摩擦片與制動(dòng)鉗之間的壓力分布、制動(dòng)盤(pán)變形、摩擦力與車速、卡鉗剛性、軸套剛性相關(guān)。

    4.  Squeal(1000~3000Hz):由制動(dòng)器與懸架系統(tǒng)的各零部件之間固有頻率耦合引起的。

    5.  Middle Frequency Squeal(3000~6000Hz):該類型噪音一般是由制動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定引起的,通常與摩擦片配方、制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)及材質(zhì)關(guān)系密切,也與整車懸架系統(tǒng)有一定的關(guān)系,發(fā)生幾率高。


    3 制動(dòng)噪音匹配方案


    主要內(nèi)容如下幾點(diǎn):①消除激發(fā)噪聲的源頭(摩擦片增加倒角、摩擦材料配方優(yōu)化、消音片匹配);②增加阻尼,摩擦材料加底料(減震層),制動(dòng)盤(pán)和加減震片,制動(dòng)鉗增加諧振塊;③改變摩擦片與制動(dòng)盤(pán)接觸面的壓力分布;④更改制動(dòng)盤(pán)彈性模量;⑤改善制動(dòng)盤(pán)厚薄差;⑥更改摩擦片摩擦系數(shù);⑦改變制動(dòng)盤(pán)熱容量;⑧優(yōu)化制動(dòng)盤(pán)內(nèi)外面模態(tài);⑨優(yōu)化制動(dòng)盤(pán)的散熱形式和熱變形;⑩優(yōu)化制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)部件的固有頻率,避免產(chǎn)生頻率耦合;11減少制動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的制動(dòng)拖滯力矩;12優(yōu)化噪音傳遞路徑;13優(yōu)化制動(dòng)鉗的布置形式;14增加汽車隔音材料(吸引材料包括尼龍、人造絲、聚酯等)。


    結(jié)束語(yǔ)


    制動(dòng)噪聲機(jī)理復(fù)雜,不能依據(jù)一個(gè)模型進(jìn)行分析并解決,需做大量的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。相同的制動(dòng)器在不同的工況下產(chǎn)生的噪音會(huì)有不同機(jī)理,根據(jù)制動(dòng)噪音頻率的不同進(jìn)行細(xì)化分析,確定噪音產(chǎn)生的根本原因,進(jìn)行噪音優(yōu)化,并增加試驗(yàn)基數(shù),防止解決方法偶然性,制造噪音涉及到材料學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、摩擦學(xué)等學(xué)科,屬于多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域,影響因素多,需要不斷的探索,促進(jìn)制動(dòng)噪音機(jī)理的研發(fā) [3]

    作者:吳天玉

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