基于某車型制動抖動優化的研究

2021-09-10 05:25:00康金濤翔KangJintaoYuanJunWuYingHanXiang

北京汽車 2021年4期

康金濤，袁軍，吳膺，韓翔Kang Jintao，Yuan Jun，Wu Ying，Han Xiang

基于某車型制動抖動優化的研究

康金濤1，袁軍1，吳膺2，韓翔2
Kang Jintao1，Yuan Jun1，Wu Ying2，Han Xiang2

（1. 上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122；2. 上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

針對某車型高速路況出現制動抖動的現象，通過對故障車輛進行測試及對關鍵零部件的檢測，確定了抖動的類型。結合臺架試驗及整車道路試驗的對比驗證，通過調整摩擦片的配方，可有效降低整車制動抖動。為后續類似問題解決提供了經驗和借鑒。

制動抖動；制動面厚薄差（DTV）；制動力矩波動（BTV）

0 引言

隨著汽車產品越來越普及以及多樣化，人們對汽車產品的要求不斷提升。近年來，汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動、聲振粗糙度）性能已成為汽車廣告的主打內容之一。人們對車輛舒適性的要求成為購車的一個重要參考因素。在目前的NVH客戶抱怨中，制動抖動及制動噪聲占據很大比例；針對某車型高速制動抖動進行了分析及優化研究，為類似抖動現象分析提供一定的經驗。

1 概述

1.1 制動抖動分類

制動抖動是車輛在一定速度范圍內制動時，車輛的制動踏板、轉向盤、車身地板及座椅出現抖動的現象。根據產生的機理主要分為冷抖動與熱抖動。冷抖動主要出現在車輛冷態啟動后產生抖動現象，主要由于制動盤因加工、安裝、磨損及腐蝕等原因造成幾何不規則變化導致制動壓力或制動力矩波動，一般制動盤溫度低于200 ℃。

熱抖動主要在車輛進行連續制動后制動盤溫度超過300 ℃進行制動后產生抖動，在溫度降低后，抖動現象減弱或消除。主要由于制動過程中制動盤DTV（Disc Thickness Variation，制動面厚薄差）剛開始被摩擦片壓縮有所減小，隨著溫度的升高，制動盤DTV逐漸增大，制動結束后達到最大，隨著溫度降低逐漸復原[1]。區別于冷抖動，熱抖動在制動盤初始的DTV及LRO（Lateral Run-Out，端面跳動）較小的情況下，依然可能出現制動抖動。除此之外，制動抖動與制動盤和摩擦片間局部不均勻熱膨脹金屬材料相變相關[2]。制動抖動嚴重影響著車輛行駛的安全性及舒適性。

1.2 制動抖動產生機理

制動抖動主要由制動系統通過不同路徑傳遞至其他系統，從而導致不同形式的抖動。傳遞路線如圖1所示，主要的激勵源為制動壓力波動（Brake Pressure Variation， BPV）和制動力矩波動（Brake Torque Variation，BTV），其中BPV主要通過制動管路傳遞至制動踏板，表現為制動踏板抖動；BTV通過懸架系統傳遞至轉向系統與車身兩大系統，前者通過轉向節系統，傳遞至轉向盤，表現為駕駛轉向盤抖動，后者通過車身將抖動傳遞至地板，使車內乘客及駕駛員感到明顯的抖動[3]。

BPV與BTV的產生主要由制動盤DTV和LRO超差引起，特別是熱態時，隨著溫度的升高，DTV與LRO會相應變大。如圖2所示，LRO超差主要與制動盤幾何尺寸、初始跳動、初始DTV及熱變形性能有關；摩擦系數的波動主要與制動盤材質、涂層和摩擦片的配方、MPU（Material Pick Up，材料轉移）及壓縮比有關，需要同時關注初始狀態及熱態情況時各指標的變化情況[4]。

圖1 制動抖動傳遞路線

圖2 BPV/BTV影響因素

2 問題分析

2.1 問題描述

某車型上市一年后客戶反映高速制動工況會出現轉向盤及地板抖動。通過走訪調查，抱怨里程主要集中在3萬～4萬km，抱怨車輛在冷車狀態啟動時，多不存在抖動現象；經過高速行駛（車速100 ～120 km/h）并多次制動后，輕踩制動踏板時出現轉向盤及地板抖動，抖動一旦出現，會越來越大，在低速行駛制動時仍然可以再現，車輛如果長時間停放（比如過夜停放），再次冷車啟動時，抖動狀況暫時消失，見表1。綜上，判定該現象屬于熱抖動。此外，被抱怨的車輛有山路或高速駕駛經歷。

2.2 檢測與分析

2.2.1 靜態檢測

為進一步分析，對制動盤DTV、跳動、卡鉗拖滯力矩及摩擦片磨損量進行檢測。表1中2#、3#車輛的左側制動盤DTV均大于20 μm且熱抖動現象劇烈，1#、4#車輛DTV值較小，在10 μm左右且抖動輕微。當制動盤DTV超過15 μm，有經驗的駕駛員會感受到輕微抖動；當DTV大于20 μm時，會出現明顯的抖動。目前車輛主要為熱抖動，冷態時無顯著抖動現象，由于DTV增長主要集中在車輛左側，右側無顯著增長，抖動激勵分布不均，解釋了2#、3#車輛無顯著冷抖動的原因。

表1 故障車信息表

通常卡鉗拖滯力矩及摩擦片的偏磨損是導致制動盤DTV快速增長的原因之一。根據圖3及圖4進行拖滯力矩及磨損量檢測，并按照圖3依次從點1至點8進行外片、內片的磨損量測量，所得的磨損量見表2。通過對卡鉗的拖滯力矩及摩擦片磨損量的檢測發現，4輛車輛的拖滯力矩均在4 Nm要求范圍內，摩擦片各點間磨損量差值均小于1 mm要求，沒有出現顯著的偏磨損現象。

圖3 摩擦片磨損量檢測點

表2 摩擦片拖滯力矩及磨損量

圖4 卡鉗拖滯力矩試驗臺

2.2.2 臺架動態檢測

通過動態制動臺架測試檢測BTV，模擬測試整車行駛狀態下制動力矩的波動情況，見表3。對BTV的評價主要有制動力矩最大差值及制動力矩變化率兩個指標。其中制動力矩最大差值為連續的波峰波谷之間的制動力矩最大差值；制動力矩變化率為制動力矩最大差值除以平均制動力矩的百分比。試驗分別選取兩個狀態進行對比試驗，磨損后狀態為抱怨車輛上拆下的制動盤及摩擦片，新狀態1、新狀態2為出廠的新制動盤及新摩擦片。臺架試驗采用制動慣量臺LINK3900進行，如圖5所示，磨損后狀態BTV最大差值為288.4 Nm，新狀態下為121.85 Nm，磨損后較新狀態增大了1.37倍。根據BTV參考要求，新狀態盤片組合BTV最大差值需控制在50 Nm以內，這樣可減小由于BTV引起的DTV增長量及增長速度。按照此要求，目前BTV值較大，需要進行優化。

表3 BTV試驗結果

圖5 BTV試驗臺架

3 優化方案及驗證

由圖2可知，摩擦系數的波動對DTV增長及BTV結果有直接影響，目前制動盤及摩擦片相關檢測均符合設計要求，調整摩擦片配方進行對比驗證及分析。采用配方2開展試驗，結果見表4。新狀態3#、4#均采用配方2，其BTV最大差值平均值為31.3 Nm，較配方1平均值121.85 Nm降低了74.3%；BTV變化率平均值為4.7%，較配方1平均值15.8%降低了70.3%，BTV得到明顯改善。

表4 不同配方摩擦片BTV試驗結果

通過BTV臺架試驗驗證，摩擦片配方2對抖動改善效果明顯，為進一步驗證整車表現，將配方1及配方2分別搭載整車進行道路耐久試驗，并在敏感里程段進行抖動主觀評價，見表5。1#與2#車搭載新狀態配方2摩擦片，3#與4#車搭載原狀態配方1摩擦片，在行駛3萬km時分別進行抖動評價，搭載配方2摩擦片的車輛抖動評分為9.5分、8分，無明顯抖動；搭載配方1摩擦片的車輛抖動評分為3.5分、4分，熱抖動劇烈。整車抖動評價與BTV試驗結果一致，配方2摩擦片對該車型高速制動熱抖動具有顯著改善作用。