某車型制動抖動研究

宋令輝，呂靜波，范伯策

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

制動抖動是汽車售后市場上出現較多的問題之一。同時，人們對車輛乘坐舒適性的要求不斷提高，制動抖動也是汽車企業著重研究的問題。

某款車型SUV存在制動抖動問題，為研究引起制動抖動的因素，對該SUV進行制動抖動試驗。

1 制動抖動機理分析

制動抖動是由制動引起的車輛振動現象，主要表現為方向盤、制動踏板以及車身的低頻振動，通常振動頻率為 10-20Hz。

制動過程從駕駛員踏下制動踏板開始，制動液推動活塞運動，摩擦片與制動盤逐漸建立摩擦并產生制動力矩，車輛最終在地面摩擦力的作用下實現減速。在摩擦片與制動盤接觸摩擦的過程中，制動盤厚薄差、制動盤端跳會導致摩擦面高低不平，由此引起制動力矩的波動，制動力矩波動進一步引起轉向節的振動。

目前，制動盤的加工工藝已經很先進，但依然無法避免制動盤厚薄差的出現。而由于裝配精度問題，制動盤端跳亦是無法避免。這也導致了制動過程中會不斷的產生激勵。制動過程是減速的過程，由此產生的激勵為與輪速相關聯的由高到低的掃頻，當激勵頻率與前懸系統頻率重合時就會引起系統的共振。通常情況下制動盤的二階激勵是主要的振動成分，二階振動峰值主要出現在 10-20Hz，剛好與車輛前懸系統頻率接近。

當制動盤處于常溫狀態時由制動盤厚薄差、端跳引起的抖動稱為冷抖動。隨著制動次數的增加制動盤的溫度不斷升高，當溫度達到一定高度時制動盤會產生熱變形，溫度每升高 250℃大約會產生 10um的厚薄差。由制動盤熱變形引起的制動抖動稱為熱抖動。如果熱變形與制動盤加工產生的厚薄差剛好相互抵消，車輛則變現為冷抖、熱不抖；若熱變形加劇了制動盤厚薄差，則車輛熱抖動更為劇烈。

一般認為有以下傳遞路徑將振動傳遞至駕駛室：

1）轉向節-轉向橫拉桿-方向盤

2）轉向節-懸架-車架-車身

3）轉向節-制動管路-制動踏板

2 制動抖動測試分析

2.1 傳感器布置

使用DEWESoft數據采集前端進行數據采集，LMS Test.Lab軟件進行數據分析，光電傳感器采集半軸轉數，PCB三向加速度傳感器采集振動加速度。

本次試驗主要研究激勵源與響應的關系，對于傳遞路徑不做研究。分別在激勵源及車內響應點布置傳感器。

表1 傳感器布置

2.2 測試分析

2.2.1 制動盤厚薄差對抖動的影響

為研究制動盤厚薄差對制動抖動的影響，選取四組不同厚薄差的制動盤分別進行制動測試，同時盡量保證其他影響因素的一致性。

表2 制動盤厚薄差、端跳值

選取光滑長直路面作為試驗路面，車輛由100km/h開始制動，至車輛停止完成一次數據采集。駕駛人員需盡量保證每次車輛減速度為0.25g，盡量保證每次腳踩制動踏板的速度的一致性。每一組測試需記錄駕駛人員主觀感受。

表3 主觀打分

表4 各組主觀打分

根據主觀感受，分別取方向盤Y向，座椅導軌X向，制動踏板Z向，卡鉗Y向二階振動信號做對比分析。

圖1 方向盤二階振動

圖2 座椅導軌二階振動

圖3 踏板二階振動

圖4 卡鉗二階振動

通過數據處理可以發現，可以看出各位置二階加速度大小隨著制動盤厚薄差的增加而增大。各位置二階振動峰值出現在550rpm左右。

式中：Va——車速；

r——車輪滾動半徑；

n——半軸轉速；

式中：f——頻率；

O——階次；

n——半軸轉速；

通過公式（1），可計算得出車輛發生抖動的速度為75km/h左右；通過公式（2），可計算出車輛發生共振的頻率為18Hz左右。

2.2.2 制動盤端跳對抖動的影響

表5 制動盤厚薄差、端跳值

選取一組制動盤，通過調整安裝得到到不同制動盤端跳，以此分析制動盤端跳對制動抖動的影響。試驗過程與驗證制動盤厚薄差對抖動影響試驗過程一致。

主觀評價結果如下：

表6 各組主觀打分

可以發現，各位置抖動隨著制動盤端跳的增加而增加。

2.1.3 測試結論

該款SUV制動抖動發生車速為75km/h左右，抖動的頻率為 18Hz左右。制動盤厚薄差、制動盤端跳是引起制動抖動的直接原因，車輛抖動程度與制動盤厚薄差及制動盤端跳的大小呈正相關的關系。

圖5方向盤二階振動

圖6座椅導軌二階振動

圖7踏板二階振動

圖8卡鉗二階振動

3 制動抖動改善方案

通常認為制動盤厚薄差是引起制動抖動的主要原因，通過測試分析可以發現制動盤端跳對于抖動的影響也是不能忽視的。而有試驗表明，制動盤的端跳會隨著車輛行駛里程的增加逐漸的轉化為制動盤的厚薄差，這也是多數抖動問題出現在車輛具有一定的行駛里程之后的重要原因。從控制“源”的角度來考慮，以下措施可以改善抖動問題：

（1）提高制動盤端跳、制動盤厚薄差的控制要求；

（2）提高制動盤與軸承安裝面的加工精度要求；

（3）對安裝螺栓力矩嚴格把控，保證各個螺栓打緊力矩相同。

（4）做好前期有限元分析，設計合適的結構，盡量減小制動盤的熱變形。

通過主觀評價、客觀分析可以得知，所測車輛在制動盤厚薄差為22um時，存在較為輕微的抖動。不同的車輛對激勵源產生的抖動的敏感性是不同的，抖動敏感性較低的車輛即便使用較大厚薄差的制動盤依然可以表現良好。也就是車輛在抖動“傳遞路徑”上做的比較好。從傳遞路徑上控制抖動可從以下方面考慮：

（1）調整擺臂襯套的剛度、阻尼，“抑制”轉向節的振動，或“吸收”轉向節的振動；

（2）調整轉向機力，“抵消”掉部分由轉向節傳遞到方向盤的力。

4 結束語

通過對某款SUV的抖動測試，從“激勵源”研究了制動抖動問題。同時提出了可借鑒的改善制動抖動的方案。