關于車輛制動Rattle噪聲問題的改進措施分析

關鍵詞：制動;Rattle噪聲;改進;配合間隙;驗證

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A

0引言

液壓盤式制動器結構技術成熟、應用廣泛，目前被大量使用在各型汽車上，但制動噪聲一直以來卻是困擾各大汽車廠商的售后難題之一。提高產品生產質量固然可以降低問題產生的幾率，但最根本的解決措施還是應該從設計改進入手。

Rattle噪聲作為制動噪聲比較普遍的一種，在工作生活中也是時常會遇到，筆者結合實際工作經驗在這里重點分析Rattle噪聲問題。通過對這類問題進行分析和改進，整理出合適的經驗方法，可方便以后在工作中處理類似的問題，提供工作思路，提高工作效率。

1Rattle噪聲類型和產生原因

Rattle噪聲車輛在非制動狀態下顛簸路面行駛時，制動器發生的金屬撞擊聲音，在制動時消失。常見的Rattle產生原因介紹如下。

1.1制動片與支架敲擊

車輛在顛簸路面或不規則路面低速行駛時（低于30km/h），如果制動片與支架的配合間隙過大，當受到來自于顛簸路面的沖擊時，制動片與支架發生金屬碰撞，導致敲擊噪聲。當制動時，在制動力作用下，制動片與制動盤完全貼緊，制動片無相對移動，噪聲消失。

1.2導向銷敲擊

車輛在顛簸路或不規則路面低速行駛時（車速一般低于30km/h），如果導向銷與支架銷孔的配合間距過大，或者導向銷與橡膠襯套的過盈尺寸較小，當受到來自于顛簸路面的沖擊時，導向銷與支架銷孔壁發生金屬碰撞，或者橡膠襯套的過盈量不足以消除沖擊，無法緩沖金屬碰撞，導致敲擊噪聲。當制動時，導向銷與支架銷孔無相對移動，噪聲消失。

1.3制動片與制動盤敲擊

車輛在顛簸路或不規則路面低速行駛時（車速一般低于30km/h），如果制動片與制動盤存在間隙，當受到來自于顛簸路面的沖擊時，制動片與制動盤發生碰撞，導致敲擊噪聲。當制動時，在制動力作用下，制動片與制動盤完全貼緊，噪聲消失。

2改進措施分析

根據Rattle噪聲的原因分析，分別對應從3個方面提出改進方案。

2.1支架改進

針對制動片與支架敲擊產生的Rattle噪聲，可采用支架改進的方法解決。支架的改進主要是支架槽寬尺寸的變化，該方案使制動片與支架的配合間隙的公差最小化，改善敲擊（圖1）。

首先，需對支架改進后進行剛度強度分析。在0.6g的減速度工況下，數據顯示改進前后的卡鉗支架最大應力均為325MPa，卡鉗支架的變形量均為0.16mm。改進后的支架與改進前的支架均滿足要求，且強度基本沒有變化。

其次，需對支架改進后進行固有頻率分析。具體測試方法為，對每個支架同一位置進行敲擊，3次取平均值，再取M1～M10的十階頻率作為結果，要求變化率在3%以內。具體測試結果如圖2所示，改進后的支架固有頻率基本沒有變化。

2.2導向銷及襯套改進

針對導向銷敲擊所產生的Rattle噪聲，可采用導向銷及襯套改進的方法解決。通過增加導向銷與銷孔以及襯套的配合過盈量，以增加導向銷和襯套之間的滑移力，可以抑制由于殼體在軸向方向的竄動，所導致的摩擦片與制動盤面撞擊產生的噪聲，以及導向銷在銷孔內晃動產生敲擊銷孔的噪聲。改進尺寸如圖3所示，導向銷尺寸由5.65mm增大到5.75mm，可增大導向銷與銷孔過盈量;襯套尺寸1由9.30mm減小為9.10mm，襯套尺寸2由10.38mm減小為10.18mm，可增大導向銷與防塵罩過盈量。

以上更改，使導向銷與支架銷孔的配合間隙的公差最小化，增大橡膠襯套過盈以進一步緩沖敲擊。

2.3回位彈簧片改進

針對制動片與制動盤敲擊所產生的Rattle噪聲，可采用回位彈簧片改進的方法解決。回位彈簧片主要改進措施為，去除橡膠層以及特氟隆涂層，不銹鋼部分厚度從0.40mm改為0.50mm。由表1可以看出，改進后的彈簧片回位力增加，最大應力無明顯區別。該方案優化殼體和摩擦片滑移力，優化滑動卡簧支撐力，保持盤片間隙，進一步抑制制動片撞擊支架、制動片撞擊制動盤產生的Rattle噪聲。

3更改后的配合間隙計算結果

制動片與支架、導向銷和支架銷孔改進前后的間隙計算結果對比如表2所示。

4臺架驗證

針對上述改進措施進行臺架驗證。測試設備根據隨機路譜自動計算總的振動能量，然后基于總的振動能量，設備隨機設置振動參數（表3）。

卡鉗按照實車裝車角度制作夾具，麥克風與卡鉗中心線對齊，距離卡鉗300.00mm，具體臺架安裝如圖4所示。試驗過程的配置以及測試結果如下。

（1）模擬制動片與支架名義配合間隙，零件均為當前狀態（改進前）;設置制動片與支架開槽切向間隙為0.40mm，制動片與支架開槽徑向間隙為0.56～0.64mm，測得振動噪聲為62dB。

（2）模擬制動片與支架名義配合間隙，縮小支架開槽尺寸;設置制動片與支架開槽切向間隙為0.40mm，制動片與支架開槽徑向間隙為0.56～0.64mm，測得振動噪聲為52dB。

（3）模擬制動片與支架名義配合間隙，使用0.50mm回位彈簧，使用改進的導向銷和防塵罩;設置制動片與支架開槽切向間隙為0.10mm，制動片與支架開槽徑向間隙0.33～0.43mm，測得振動噪聲為31dB。

（4）模擬制動片與支架最大設計間隙，縮小支架開槽尺寸，使用0.50mm回位彈簧，使用改進的導向銷、防塵罩;設置制動片與支架開槽切向間隙0.36mm，制動片與支架開槽徑向間隙0.45～0.56mm，測得振動噪聲為35dB。

（5）模擬制動片與支架極端間隙，縮小支架開槽尺寸，使用0.50mm回位彈簧，使用改進的導向銷、防塵罩;設置制動片與支架開槽切向間隙0.52mm，制動片與支架開槽徑向間隙0.63～0.67mm，測得振動噪聲為58dB。

（6）評估導向銷單一影響因素，使用當前狀態零件，去除內外側制動片，測得振動噪聲為58dB。

（7）評估導向銷單一影響因素，使用改進的導向銷、防塵罩，去除內外側制動片，測得振動噪聲為36dB。

通過以上振動試驗結果表明，導向銷、防塵罩對于第一種類型的Rattle噪聲改善作用明顯;新方案在設計間隙范圍內，Rattle噪聲輕微;新方案在極端配合間隙下，Rattle噪聲較明顯，但優于當前狀態零件。

另外，除了在臺架上重點驗證振動噪聲，還對結構改進后的制動器進行了卡鉗滑移力、拖滯力、靜態蓄液量以及耗液量等項目的臺架驗證，驗證結果也均滿足要求。

5實車驗證

實車驗證具體步驟和驗證的結果如下。

第一步，使用當前狀態零件復現噪聲，設置制動片與支架配合的切向間隙為0.07～0.13mm，制動片與支架配合的徑向間隙為0.39～0.45mm，驗證結果有Rattle噪聲。

第二步，在第一步基礎上更換為0.50mm回位彈簧，設置制動片與支架配合的切向間隙為0.01mm，制動片與支架配合的徑向間隙為0.29～0.35mm，驗證結果無Rattle噪聲。

第三步，在第二步基礎上，打磨制動片切向尺寸，以達到0.10mm的切向間隙，制動片與支架配合的徑向間隙為0.29～0.35mm，驗證結果無Rattle噪聲。

第四步，在第三步基礎上，打磨制動片耳朵切向尺寸，達到0.38mm最大尺寸鏈計算的切向間隙，制動片與支架配合的徑向間隙為0.29～0.35mm，驗證結果無Rattle噪聲。

第五步，在第四步基礎上，打磨制動片耳朵徑向尺寸，達到0.40mm最大尺寸鏈計算的徑向間隙，制動片與支架配合的切向間隙為0.38mm，驗證結果Rattle噪聲有一點，關窗后無法聽到，可接受。

第六步，在第五步基礎上，繼續增加間隙，制動片與支架的切向配合間隙為0.45mm，制動片與支架配合的徑向間隙為0.45mm，驗證結果有Rattle噪聲，關窗后勉強可以接受。

第七步，路試樣件準備（新支架+新導向銷+新導向銷防塵罩+0.5mm回位彈簧），并裝車進行1000km的路試驗證，驗證結果無Rattle噪聲。

6確定改進方案

基于間隙計算、臺架驗證和實車驗證，證明零件配合尺寸設計合理，新方案測試結果可以接受。在名義間隙和設計間隙范圍內，Rattle噪聲難以發現;在極端配合間隙下，Rattle噪聲仍然優于當前狀態零件。基于消費者的駕駛工況遠沒有試驗時這么苛刻，判斷不會有售后市場的噪聲抱怨發生，改進措施有效。所以，確定的最終改進方案如下。

（1）支架槽尺寸由14.52mm和135.30mm，更改為14.44mm和135.24mm。

（2）導向銷直徑加大，由φ5.65mm更改為φ5.75mm。

（3）導向銷防塵罩內徑收緊，由φ9.30mm和φ10.38mm更改為φ9.10mm和φ10.18mm。

（4）彈簧片厚度更改，材料厚度由0.45mm改為0.50mm。

7結論

降低Rattle噪聲改進方案如上所述，目前部分措施已在逐步推廣，且經過實踐證明已取得了不錯的效果。但是想要徹底解決包括Rattle噪聲在內的制動噪聲問題，還需要不斷努力創新產品結構，才能夠逐步實現。

在可見的未來，汽車的發展方向將會是模塊化、集成化和機電一體化，電子集成式制動系統將會成為未來發展的主流。相對于傳統的液壓制動系統來說，電子集成式制動系統更容易安裝，可靠性更高，結構更緊湊，噪聲發生率也會更低，未來必將成為主流趨勢。

作者簡介：

尹青春，本科，工程師，研究方向為汽車試驗。

李姮，本科，工程師，研究方向為汽車底盤開發。