汽車盤式制動器尖叫研究進展探討

吳昊 莫東明 陳金梁

摘要：汽車盤式制動器在汽車制動器中的一種重要類型，但是由于盤式制動器在使用的過程中經常出現尖叫的情況，因此在學術研究領域內研究和討論汽車盤式制動器的尖叫情況就成為了一個汽車工業領域內學者的研究重點。目前，我國的學者在盤式制動器尖叫領域內的研究主要是從尖叫的產生機理、數值分析方法、試驗方法研究與影響因素、抑制技術等幾個方面開展的，本文就進行對這些方面中國內外學者的研究觀點的綜合論述，進而為我國的汽車工業事業的發展與進步提供更多可供參考的理論建議。

關鍵詞：汽車盤式制動器;制動尖叫;研究進展;摩擦特性

0 ?引言

盤式制動器在汽車工業領域內屬于汽車中的一種重要的制動部件，這種制動器的制動性能較好，且穩定性較強，因此在汽車制造過程中得到了廣泛的應用與關注。但是盤式制動器在使用的過程中存在較為明顯的制動尖叫情況，這種尖叫所出現的噪聲不僅會造成噪聲污染情況，還會降低盤式制動器所使用的汽車的市場競爭力。因此許多企業以及學者都著重關注到汽車的盤式制動器尖叫的情況，分析如何才能更加準確、有效的預估汽車的盤式制動器機理情況，并研究解決方法與抑制措施。在幾十年的研究中，學者們已經取得了較多的研究成果，尤其是在制動技術與制動尖叫、影響因素等方面，本文就主要論述了這些研究成果及研究進展情況。

1 ?汽車盤式制動器尖叫的產生機理研究進展

經過整理和總結，在過往的文獻研究中，學者們針對汽車盤式制動器尖叫的產生機理的研究較為關注，大部分文獻顯示，學者們的研究主要集中在摩擦特性、自鎖-滑動理論、模態耦合理論、統一理論四個理論方面中，而產生尖叫情況的主要機理原因通過這四個理論觀點也可以得到初步的明確。學者陳光雄、Yang等基于摩擦模型的建立，討論了在不同角度中摩擦特性的情況與相關理論，產生尖叫情況與摩擦特性之間的關系特點，然后分析了摩擦表面的變形效果與粗糙程度，進而分析導致尖叫的原因;學者Vayssiere、Sinou等通過2自有模型的建立，簡要的分析了自鎖與滑動的不穩定性特點，進行了平衡點的分岔行為研究。模態耦合理論的研究主要是指摩擦力引入的條件性形成自由度系統（自由度摩擦振動模型如圖1），然后基于不對稱性判定制動器的尖叫發展趨勢，明確運動條件的特點與效果，分析得出不同運動情況下的模態耦合系統的不穩定特點，這一研究目前在汽車工業領域內屬于熱點，學者Hamabe、Hoffmann等都在研究中有詳細的論述，并且取得了有價值的理論成果。最后是統一理論，統一理論主要是在早期的機理研究中存在，目前研究較少，研究人員在研究統一理論的時候主要是想通過某一理論來進行對尖叫現象的解釋，但是后來隨著越來越多的研究表明，單一的機理因素不能完全的解釋尖叫情況。

2 ?汽車盤式制動器尖叫的數值分析方法研究進展

盤式制動器尖叫的過程中基于有限元模型的數值進行分析，主要得出了各種仿真類型的制動器，不同制動器的結構與參數條件等都有所差異，目前許多學者就針對汽車盤式制動器尖叫的數值分析方法進行了研究討論，為仿真結果提供了詳細的理論研究方向與思路。

2.1 復特征值法的理論研究

復特征值法主要是通過對汽車制動器在耦合作用下受到的作用力情況進行有限元建模分析，分析出不同系統穩定狀態中的制動尖叫情況。在這個研究中，Chung、AbuBakar等國外學者都針對性的建立了制動塊的磨損程度模型，實現了對磨損中的不穩定模態的建立，實現了對模態數據的有效分析;我國的學者管迪華等人也針對性的進行了分析，充分借助了有限元和模態綜合技術進行對摩擦耦合模型的建立，采用復特征值法進行分析討論，研究得出不子結構彈性振動情況對于系統尖叫傾向的影響作用。

2.2 瞬態動力學分析法理論研究

在制動器進行制動的瞬間，各種物理非線性、摩擦表面的非線性等因素也都存在，這就為摩擦系數、速度、溫度等因素的復雜關系提供了瞬態的模型，這種動態力學分析只針對瞬態，并且存在不穩定性，這就是瞬態動力學分析法。在這一方面，學者Chargin與Massi等都有著詳細的研究，并得出了通過瞬態動力學分析的方法實現對制動塊振動的時域相應效果，然后通過頻譜的分析更好的表達出倍頻現象。

3 ?汽車盤式制動器尖叫的試驗方法研究進展

對于汽車盤式制動器的尖叫情況，許多學者在研究過程中不僅通過理論的方式開展研究，還通過試驗的方式開展了研究，Mojacar就采用LACT試驗程序進行了城市交通路況中盤式制動器在制動過程中出現尖叫情況的差異進行了試驗，設置速度、強度等作為變量參數，分析尖叫的強度。還有學者通過對臺架試驗的形式開展了對盤式制動器尖叫情況的試驗，有效的減少了由于外部天氣條件、場地條件的影響，從而得到的結果更有指導價值。整車的零部件與廠商之間的先進技術有著明顯的特征，為了實現對音量的消除效果，著重分析了不同仿真效果中的解決方案情況，為更深入的探究尖叫噪聲情況提供了思路。

4 ?盤式制動器尖叫的影響因素研究進展

對于盤式制動器尖叫的影響因素研究較多，大部分學者研究過程中都針對盤式制動器尖叫情況分析了什么因素對于尖叫效果有影響，在綜合分析這些文獻之后，可以得出主要的影響因素有摩擦系數、摩擦襯片、制動塊的阻尼層與消音片、零件結構與剛度四個方面的因素影響效果明顯。（盤式制動器NVH的影響因素如圖2）經過學者的研究與討論，目前可知，摩擦系數對制動器尖叫有明確影響，且由于摩擦系數的變化會導致在汽車盤式制動器制動的過程中出現嚴重尖叫，這與摩擦襯片的材料成分也有著密切的關系;而摩擦襯片形狀決定了襯片的合理性與穩定性，因此一些平整的襯片造成尖叫情況較小，而一些缺角的、不完整的襯片尖叫聲就容易出現;另外，制動塊的阻尼層與消音片的合適情況都會影響系統的受力分布，因此，如果設計不當也會造成尖叫情況出現;最后是汽車盤式制動器中的其他零件結構與剛度情況，如果通過對剛度與結構的設計優化，實現合理匹配，就能在一定程度上消除尖叫。

5 ?制動尖叫的抑制技術研究進展

針對制動尖叫的抑制技術研究，在近些年來逐漸增多，大部分學者基于前文中的機理、方法以及影響因素的研究成果開展了對尖叫的抑制技術的探究，進而為盤式制動器的尖叫削弱與發展情況提供了更多的理論建議，并且在傳統技術手段的基礎上進行了深入的研究，使得壓電材料的有源與無源抑制振動技術都的打了有效的發展。

在壓電材料的高頻振動的主動地控制技術研究中，學者Hochlenert等進行了詳細的研究，著重通過對制動器尖叫的抑制效果與壓電材料中能量的控制進行研究，分析額外的成本和重量，并且得出了盤式制動器需要有源激勵以提供足夠的能量。

針對無源并聯壓電陶瓷裝置的研究主要是分析了并聯電路實現的通過電陶瓷的振動轉化，實現對電能的生成，散發能量，實現對電容電量剛度的有效抑制，在這一點上也有很多的學者開展了研究討論，并且得出了新技術的限制條件，明確了在不同工作情況中下制動器的惡劣變化。

6 ?結論

總而言之，汽車盤式制動器的尖叫問題一直是汽車工業領域內重點關注的問題，大部分學者都針對汽車盤式制動器的尖叫情況開展了研究，并且在幾十年的研究過程中積累了較多的研究成果與理論觀點，也為汽車盤式制動器尖叫情況的抑制與優化奠定了堅實的理論基礎。本文主要分析了在領域內研究中重點研究的尖叫產生機理、尖叫數值分析方法、尖叫試驗方法、尖叫影響因素以及尖叫的抑制方法方面的研究進展情況，通過綜合論述實現對這些結論的整合，進而為汽車制動事業的進步與發展提供更多的思路方向。

參考文獻：

[1]朱琦.消音片結構參數對汽車盤式制動器尖叫的影響分析[D].江蘇大學，2018.

[2]傅人杰，熊璐.汽車盤式制動器低頻尖叫研究[J].農業裝備與車輛工程，2017，55（02）：31-35.