制動噪音及其處理方式

程煜　景園

摘 要：制動噪音產生的原因多種多樣，為了提高消費者的駕乘舒適性，需要在設計時針對制動噪音進行設計規避。本文通過分析制動噪音產生的原因，提出相關的噪音解決方案，并提出了制動噪音試驗的相關測試流程。本文的分析思路及優化過程，對于后續項目的制動系統NVH性能開發具有一定的參考意義。

關鍵詞：制動噪音 摩擦片 試驗測試

Brake Noise and the Way to Deal with it

Cheng Yu，Jing Yuan

Abstract：There are various causes of brake noise， and in order to improve consumers' driving comfort， it is necessary to design to avoid brake noise during design. This paper analyzes the causes of brake noise， proposes related noise solutions， and proposes the relevant test procedures of brake noise test. The analysis ideas and optimization process of this paper have certain reference significance for the development of NVH performance of braking system in subsequent projects.

Key words：brake noise， friction plates， experiment test

1 制動噪聲產生的原因

汽車制動噪聲產生的因由大體可分為兩個方面：制動時摩擦振動頻率與其它零部件固有頻率相同而產生共振；由于外部影響促使某制動系統零件變形或與周邊件干涉等而發生的噪聲。

除來自外界異物造成的噪聲外，某車型產生噪聲多是由于制動襯片、制動對偶、連接件和制動器之間等制動系統零件之間的不匹配造成[1]。由于不同車型零件的差異，固定材質的摩擦片匹配不同的車型，其制動噪聲的表現也不一致[2]，主機廠會針對其不同車型單獨進行摩擦片的開發。

2 制動噪聲分類及振動介紹

2.1 制動噪聲的分類

2.2 常見的制動噪聲及振動問題

客戶關于制動方面的抱怨多數是：制動嘯叫、蠕動噪聲、Moan噪聲。

2.2.1 制動嘯叫

制動嘯叫是制動剎車時最主要的噪聲，可通過減少振動來最小化噪聲。一般由制動片和制動盤的摩擦產生一個或者多個共振頻率，由制動盤發出噪聲，且制動盤起到擴音器的效果。

2.2.2 蠕動噪聲

蠕動噪聲（Groan）是車輛制動時盤片摩擦產生的一種低層噪聲，頻率低于800Hz，車內的乘客也可以明顯感知到，一般是由于車體結構的共振所引起。

當車身隨制動前傾時；車速較低時容易產生該噪聲，在自動擋汽車上出現頻次較高。噪聲表現為一連串的有節奏的震動，這種連續有節奏的震動是由于剎車片和制動盤間的蠕動現象產生的。

造成制動Groan噪聲的潛在因素有：（1）剎車片熱變形；（2）剎車片/制動盤之間以及剎車片/卡鉗之間的壓力分布；（3）制動盤變形，即表面起槽，形成波紋及表面處理形態等；（4）摩擦力和速度；（5）卡鉗剛度；（6）軸套剛度。

2.2.3 Moan噪聲

Moan噪聲一般是車輛低速行駛時，輕踩或不踩制動踏板時，發出的一種低沉噪聲，頻率低于1kHz。該噪聲可以輕易被駕乘人員注意，通常會在車輛車速較低、很小或者沒有制動壓力、制動轉向或非制動轉向時產生。

Moan噪聲產生的原因一般與制動部件、軸及懸掛系統的剛度有關，例如制動與懸掛裝置之間處于鎖死狀態；剎車片和制動片以及卡鉗與摩擦片的壓力分布不均；非制動拖滯力矩過大等。

3 解決制動噪聲的方法

3.1 制動噪聲解決方案

制動噪聲的解決方案一般可以分為兩大類：一是改變制動系統的結構；二是改變制動系統的重量。這兩種解決方案都是為了改變制動系統的振動頻率，可以在開發前期使用CAE分析等手段來進行前期方案驗證[3]。在主機廠中為了降低更改成本會采取更改摩擦片或者更改制動卡鉗重量的方式來進行。其中更改摩擦片是最主要的解決方案。一般的摩擦片更改方案有：

（1）消除激發噪聲的源頭（如倒角設計或者開槽，摩擦材料配方的優化）；

（2）增加阻尼（如消音片配方優化）；

（3）消除制動部件耦合的狀態；

（4）改變接觸面的壓力分布，不同包角設計制動壓力分布見圖3。

3.2 試驗驗證

為驗證更改前后的制動噪聲改善效果，使用臺架和實車路試進行制動噪聲的測試[1]。為了保證臺架測試的試驗精度，一般要求：

（1）前/后制動器總成及懸架件均為工裝件；

（2）發生頻率2kHz～17kHz之間需要制動器總成；

（3）發生頻率0.9kHz～17kHz之間需要制動器總成+1/4懸架；

（4）鼓式制動試驗檢測頻率在0.5kHz～17kHz。

摩擦片試驗臺架匹配優化方案實例見表2，試驗臺架測試示意圖見圖4。

臺架測試使用SAE J2521標準進行測試[4]，其優點有：

（1）在可控環境下提供驗證試驗；

（2）低成本、高效率、針對性強，比路試快捷。

但是臺架匹配結果不能完全代表實車，因此實車驗證環節是必不可少的噪聲路試，通常以主機廠的試驗規范來作為測試程序，進行磨合、山路駕駛和階段評價等項目[5]，為了保證噪聲路試結果的有效性一般會要求：

（1）至少需要一臺試驗車，最好兩臺以上；

（2）試驗車輛需滿足設計狀態，盡可能接近量產狀態；特別懸架系統為操穩調教后狀態；

（3）不少于2人的駕駛員在多循環試驗中交替駕駛。

路試過程中要采集：車速、車輛減速度、噪聲頻率、噪聲聲壓級、環境溫度、環境濕度、制動盤磨損與摩擦片磨損等參數，來幫助判斷制動噪聲的改善效果。

路試時可分為四個階段：

第一階段路況為山路和鄉村小道的綜合路況，該路況制動強度中等，前期為熱態制動，后期為常溫制動。

第二階段路況為鄉村小道+山路+國道，該路況制動強度覆蓋較為全面，前期多為初級制動，中段為熱態制動，后期為常溫制動。

第三階段路況為國道，模擬高速路況，主要考察高速制動工況下，車輛是否存在制動抖動的情況。

第四階段路況為山路，該路況制動頻繁，基本為中等強度制動（制動減速度0.3～0.6g），屬于熱態制動，同時可以考察是否存在Groan噪聲。

通過制動路試可以通過儀器設備測得制動時制動噪聲產生時的特定工況，工程師后期針對該工況即可進行相應的設計優化，可以通過設計摩擦片倒角或者更改消音片材料的方式來消除制動噪聲。圖5為某車型通過路試測出的噪音發生頻率圖。

針對噪音產生的頻率可以制定相應的改善方案和測試流程，見表3。

最后，不同主機廠會對路試噪聲提出不同接受標準，以SNI值舉例，某主機廠要求路試驗證SNI≤1.75。

4 結語

引起制動噪聲的原因復雜，不僅有單一性的激勵和系統性的激勵，且受環境因素影響較大，如晨起噪聲、地域性噪聲等。正因為制動噪聲復雜性，制動噪聲不僅成為各主機廠的瓶頸技術難題，也成為是制動器供應商的行業難題。制動噪聲的可控因素有控制零部件之間的共振，經各部件自身材質、壓縮、結構、剛度或者部件間的配合方式的改善，可降低或有效預防噪聲的產生。同時制動噪聲的不可控因素包括零部件自身磨耗及老化；道路的加載與震動；不良使用；及使用的自然氣候環境（高溫、高濕、高鹽分等）。希望通過本文對制動噪聲的開發與試驗驗收有一定啟發作用。

項目：2022AH052362安徽省高校科研項目（自然科學類）-基于純電動汽車振動和噪聲問題的結構優化研究。

參考文獻：

[1]李東.乘用車制動噪音及解決方法[J]. 內燃機與配件，2021，000（019）：P.129-130.

[2]張加樂.基于有限元分析與臺架試驗的某型轎車盤式制動器減振降噪研究[D].天津科技大學，2016.

[3]向永超，姜奇文，張寧，等.盤式制動器制動尖叫噪音優化的研究[J].汽車科技，2022（002）：000.

[4]李虎本，黃巨成，朱亞偉.制動噪音與環境因素的分析及改善措施[J].智能制造，2019（5）：3.

[5]宋明，李巍.乘用車制動噪聲及抖動整車道路試驗方法及評價規范探索[J]. 汽車實用技術，2019（6）：3.