汽車盤(pán)式制動(dòng)器低頻尖叫初探

張維

(三環(huán)集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430000)

隨著汽車工業(yè)不斷地發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)于出行的舒適性正在提出越來(lái)越高地要求,汽車制動(dòng)過(guò)程中地噪聲控制正在越來(lái)越受到用戶及生產(chǎn)商地重視。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者將噪聲根據(jù)頻率劃分為低頻振動(dòng)(10-3000Hz)和高頻噪聲(3000-20000Hz)。近幾年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)外研究者不斷地進(jìn)行探索和研究,在車輛制動(dòng)和尖叫控制方面已經(jīng)取得了不錯(cuò)的效果,雖然在這些方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但是很多汽車在運(yùn)行的過(guò)程中依然會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)器低頻尖叫的現(xiàn)象。本文主要對(duì)汽車盤(pán)式制動(dòng)器進(jìn)行全方位的研究,然后再對(duì)降低尖叫的措施作出詳細(xì)的研究。

1 制動(dòng)噪聲的分類

制動(dòng)噪聲本身的頻率范圍非常的寬,可以從幾十赫茲到上萬(wàn)赫茲不等。通常制動(dòng)噪聲的主頻率比較單一,但同時(shí)還伴有幅度非常低的諧波成分。[1]不同研究者對(duì)于制動(dòng)噪聲的分類是不同的,但是一般都可以被分為低頻振動(dòng)噪聲、中高頻振動(dòng)噪聲和其他幾種類型的噪聲。整體制動(dòng)噪聲的頻率雖然一直都在不斷地變化,但是其振動(dòng)地路徑都是由底盤(pán)直接傳遞到車身,因此在車輛制動(dòng)過(guò)程中,乘務(wù)員有時(shí)能明顯感受到車身的振動(dòng)。

2 制動(dòng)系統(tǒng)的整體組成部分

汽車制動(dòng)系統(tǒng)的總體組成部分主要包括供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)器。供能裝置主要負(fù)責(zé)通過(guò)更好地調(diào)節(jié)供給的能量來(lái)改善傳能介質(zhì)的狀態(tài),其中又將產(chǎn)生制動(dòng)能量的部分被稱為制動(dòng)能源;控制裝置主要包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和制動(dòng)效果的部件,制動(dòng)踏板就是最常用的一種裝置。將制動(dòng)的能量更好地傳輸?shù)礁鱾€(gè)制動(dòng)器的部件被稱之為傳動(dòng)裝置,負(fù)責(zé)這一環(huán)節(jié)的主要是制動(dòng)主缸和制動(dòng)輪缸。[2]又把產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)行或者驅(qū)動(dòng)能力的部件被稱之為制動(dòng)器。

圖1 盤(pán)式制動(dòng)器總成幾何模型

圖2 盤(pán)式制動(dòng)器總成有限元模型

3 盤(pán)式制動(dòng)器幾何模型和有限元模型的建立

3.1 盤(pán)式制動(dòng)器幾何模型的建立

在本課題研究的過(guò)程中,主要用到的是盤(pán)式制動(dòng)器幾何模型的建立。主要的結(jié)構(gòu)由制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鉗殼體、制動(dòng)鉗支架、摩擦片和其他結(jié)構(gòu)共同組成,主要的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 盤(pán)式制動(dòng)器有限元模型的建立

在建立起盤(pán)式制動(dòng)器總成的幾何模型之后,需要對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行網(wǎng)格式的劃分,之后才能夠更好地建立起屬于自己的有限元模型。制動(dòng)器的有限元模型還需根據(jù)制動(dòng)器總成中各零部件的實(shí)際裝配情況進(jìn)行相應(yīng)的約束,以盡可能接近制動(dòng)器的實(shí)際工況。其主要的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

4 非線性靜力分析法

制動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生尖叫的主要原因就是制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)的襯片在相互運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦,從而使得系統(tǒng)在制動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生了不穩(wěn)定的現(xiàn)象,因此在解決汽車盤(pán)式制動(dòng)器低頻尖叫的過(guò)程中,尤其要注意分析制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)襯片之間的摩擦關(guān)系。[3]然后才能更好的進(jìn)行非線性靜力分析,在分析的過(guò)程中尤其要重視對(duì)接觸對(duì)和定義邊界的概念進(jìn)行定義,然后再在適當(dāng)?shù)那闆r下通過(guò)施加轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行全面的分析。在整體分析的過(guò)程中我們可以看出,由于還沒(méi)有對(duì)制動(dòng)盤(pán)施加一定的轉(zhuǎn)速,因此制動(dòng)襯片接觸面上的接觸應(yīng)力呈對(duì)稱分布的模式。而在進(jìn)行到第二個(gè)步驟時(shí),制動(dòng)襯片已經(jīng)施加了相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,因此整體制動(dòng)襯片上的接觸應(yīng)力呈現(xiàn)的是不對(duì)稱分布的模式,由此可以推斷出轉(zhuǎn)速對(duì)于制動(dòng)襯片表面的應(yīng)力分布的影響是非常大的。

5 特征值分析法

盤(pán)式制動(dòng)器在制動(dòng)的過(guò)程中最容易出現(xiàn)頻率不穩(wěn)定的現(xiàn)象。上文中提到的非線性靜力分析法就是為了讓整體的盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)在模擬分析的過(guò)程中,能夠更好地體現(xiàn)初始預(yù)應(yīng)力和剛度的作用。只有在進(jìn)行過(guò)非線性靜力分析之后,其特征值的最終分析情況才會(huì)真正符合實(shí)際的情況。在給制動(dòng)盤(pán)施加一定的轉(zhuǎn)速之后,那么上面接觸的點(diǎn)會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),這樣才能夠使得整體制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)襯片在摩擦的過(guò)程中更好地進(jìn)行耦合。[4]而這個(gè)摩擦耦合的情況會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱的效果,而這個(gè)不對(duì)稱就是盤(pán)式制動(dòng)器系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)特征值的根本原因,也會(huì)最終引起汽車盤(pán)式制動(dòng)器的低頻尖叫。

6 抑制汽車盤(pán)式制動(dòng)器低頻尖叫的主要方法

6.1 按照汽車使用手冊(cè)來(lái)進(jìn)行維修

當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽車盤(pán)式制動(dòng)器發(fā)生低頻尖叫的情況時(shí),那么就要嚴(yán)格按照使用手冊(cè)進(jìn)行檢查維修,比如制動(dòng)盤(pán)、摩擦襯片鋼背是否發(fā)生了變形;減振墊片是否安裝到位;橡膠層是否脫落;制動(dòng)鉗支架或殼體是否發(fā)生剛性形變等,在確認(rèn)產(chǎn)生低頻噪聲的原因后,需嚴(yán)格按照使用手冊(cè)來(lái)進(jìn)行修復(fù)或更換。

6.2 新摩擦材料的應(yīng)用

在有效降低制動(dòng)尖叫噪聲的過(guò)程中,添加新摩擦材料是最常見(jiàn)的方法。可以在制動(dòng)系統(tǒng)中埋入并聯(lián)式的電陶瓷來(lái)有效減少尖叫。這個(gè)嵌入的系統(tǒng)可以有效地抓住制動(dòng)尖叫系統(tǒng)的本質(zhì)特征,最終使得噪聲得以最有效地遏制。目前使用的最廣泛地摩擦襯片地材料為硼酸和酚醛樹(shù)脂,不僅非常的廉價(jià)而且還能夠有效地保護(hù)環(huán)境。

6.3 要注意制動(dòng)器摩擦襯片的質(zhì)量

尤其要選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的摩擦襯片和制動(dòng)盤(pán),只有選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品,才能保證制動(dòng)器系統(tǒng)在制動(dòng)過(guò)程中既不會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)疲軟現(xiàn)象,也不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榱慵鸟詈喜划?dāng)而產(chǎn)生異常的噪音現(xiàn)象。[5]如果需要更換的新摩擦襯片,那么最好在安裝新的制動(dòng)襯片后,進(jìn)行數(shù)次的點(diǎn)剎以保證新制動(dòng)襯片與制動(dòng)盤(pán)能充分均勻地磨合;如果在磨合均勻前就進(jìn)行頻繁緊急剎車或長(zhǎng)距離的制動(dòng)極易使耦合件局部摩擦過(guò)度而產(chǎn)生高溫,這種局部摩擦面過(guò)熱會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)器抖動(dòng)或尖叫噪音。

6.4 要注意結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)

另外一種減小制動(dòng)低頻尖叫的方式就是提升制動(dòng)器系統(tǒng)中各個(gè)耦合件的剛度,減小其在制動(dòng)過(guò)程中的形變量;如提升制動(dòng)鉗殼體、制動(dòng)鉗支架、摩擦片鋼背的剛度;又或者對(duì)制動(dòng)盤(pán)及摩擦襯片的邊緣進(jìn)行倒角,在制動(dòng)盤(pán)及摩擦襯片上打孔等等;這些優(yōu)化方案均有減少制動(dòng)過(guò)程中低頻尖叫的效果。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,為了更好地抑制盤(pán)式制動(dòng)器產(chǎn)生低頻尖叫的現(xiàn)象,我們一方面要在使用的過(guò)程中充分注意制動(dòng)器摩擦襯片的質(zhì)量,同時(shí)注意優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);另外一方面也要通過(guò)在制造汽車盤(pán)式制動(dòng)器的過(guò)程中運(yùn)用新式的摩擦材料來(lái)有效減少和避免低頻尖叫的現(xiàn)象。此外,在汽車遭遇故障時(shí),更加要注意按照汽車使用手冊(cè)來(lái)針對(duì)性地維修汽車,這樣才能夠有效延長(zhǎng)汽車的使用壽命。

[1] 蔣東鷹,管迪華.用閉環(huán)耦合模型對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)尖叫的研究.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,(8)：88-92.

[2] 陳孟華.基于虛擬樣機(jī)的轎車盤(pán)式制動(dòng)器噪聲的研究.武漢：武漢理工大學(xué),2013,(5)：68-72.

[3] 田志宇.鉗盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)噪聲分析與控制[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2013,(5)：57-59

[4] 宿新東,管迪華.利用子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計(jì)抑制制動(dòng)尖叫.北京：清華大學(xué),2013,(5)：28-32.

[5] 張建偉.ABAQUS 6.12有限元分析從入門(mén)到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2015,(3)：58-62.