利用LMS設備對制動Moan噪音的排查

摘 要：文章介紹了常見的制動噪音的類型，以及LMS系統在制動噪音排查上的應用 。并通過介紹某一新能源車型開發過程中Moan噪音的解決，詳細介紹LMS設備在制動噪音上的排查過程和導致噪音的原因，改善了車輛的制動NVH性能，提高了產品競爭力。

關鍵詞：制動噪音 倒車異響 LMS設備 Moan噪音

0 前言

隨著近年來中國汽車工業的高速發展，國內汽車的制造水平得到顯著提高，消費者對于汽車產品的要求也越來越高。之前消費者更多地關注于汽車的動力性、燃油經濟性、通過性等，如今對于舒適性的要求隨之提高，其中整車NVH性能對于舒適性的影響極為重要，而汽車制動系統產生的噪音容易被消費者察覺，大部分噪音對于整車的舒適性影響極大。汽車制動系統的開發過程中，合理地規避制動噪音以及遇到制動噪音時快速、準確的找到噪音來源、分析原因可以節約汽車制動系統的開發時間以及減少開發成本。本文主要介紹某新能源車型在開發過程中利用LMS設備的輔助，對噪音進行分析，確認噪音產生原因，對問題進行改善。

1 制動噪音的分類

對于制動噪音的分類，主要根據制動時產生噪音的頻率對其進行區分，頻率在1000Hz以下，200Hz以上的稱為低頻噪音；頻率在1000Hz以上的稱為中高頻噪音。按照不同噪音自身產生的原因對其進行命名，以下四種制動噪音是最為常見，也是消費者反饋最多的噪音[1]：

1.1 Squeal尖叫噪音

Squeal噪音消費者的投訴率較高，但時有時無，并不會經常復現，出現Squeal噪音的環境條件主要為凌晨低溫、高溫天氣以及雨天等，多發生在車輛行駛速度低、輕踩制動時。

造成Squeal的原因一般是制動盤與摩擦片摩擦作為激勵源，從而引起底盤結構件（摩擦片、制動盤、卡鉗、轉向節、減震器、控制臂等）固有頻率相同導致的共振。在Squeal噪音的產生過程中，制動盤起到了一個“擴聲器”的作用，聲波從制動盤表面傳送出去。

Squeal噪音的影響因素如圖2所示，針對圖中的影響因素常見的解決方案有：

①通過修改制動盤與卡鉗的重量或者結構，將制動盤與卡鉗的固有頻率避開容易發生振動的固有頻率段；將卡鉗支架與后橋連接板或者轉向節安裝點處的位置加厚，這種措施可以避免在低溫、高濕度的室外條件，頻率1-4kHz的Squeal噪音；②確認卡鉗支架與摩擦片之間的配合尺寸，對這一部分進行檢查和精度控制；③修改摩擦片配方與結構形式，如微調消音片；消音片也被稱為摩擦阻尼片或減震片，在摩擦片選型工作中，通過改變消音片的配方及結構形式等方式能夠改善高頻噪音；如在阻尼片開槽，可以優化制動壓力的分布狀態或者在消音片上額外再添加一個金屬片，以解耦方式改善部分高頻噪音；對于摩擦材料，可以通過選取不同的配方或者對摩擦片材料進行開槽倒角，完成后進行模態仿真分析，優化固有頻率來改善噪音。

1.2 Creep Groan起步噪音

主要有摩擦片與制動盤表面的動-靜摩擦系數的變化以及整車懸架系統的剛度引起，在車輛起步，車輛由靜止轉換為運動的瞬間，發生Creep Groan噪音的概率接近100%。

Creep Groan 噪音的影響因素如圖3所示，主要有3個因素會對Creep Groan噪音產生影響：

①摩擦材料特性對動-靜摩擦系數的影響：根據現在所采用的摩擦材料，對于起步噪音這一類別的噪音，表現優異的順序一般為NAO＞Semi Met＞medium friction low-met＞high friction low-met。因此，選取NAO作為摩擦材料，能夠有效降低動-靜摩擦系數變化對于起步噪音的影響，大幅減小Creep Groan噪音；

②離合器形式的影響：對于車輛由靜止狀態變換為運動狀態時，摩擦片與制動盤之間是否會有壓力會對Creep Groan噪音產生影響。雙離合結構的自動變速箱起步噪音效果要好于液力變矩器形式變速箱，這主要與變速器半制動時的動力輸出有關。對此，采用雙離合形式變速器的車輛可以在一定程度上消除起步噪音。但對于新能源汽車來說，車上沒有配備離合器，可忽略變速箱的影響；

③懸架剛度：提高懸架的剛度對于Creep Groan有很好的抑制作用，但從整車開發角度考慮，提高懸架的剛度工程上實現的難度很高并且會相應的增加很高的一部分成本。

1.3 Rattle噪音

制動系統的零件內部的配合空襲比較大，當車輛行駛通過某些通過條件較差的路面時（如搓衣板路面），會引起摩擦片和制動盤或者卡鉗之間的共振，即產生Rattle噪音。只要在制動踏板松開時，Rattle才會產生，若踩下制動踏板，產生制動壓力時，此時摩擦片與制動盤接觸，噪音消失。

1.4 Moan噪音

Moan噪音通常出現在扭力梁配置的車型上，一般頻率＜500Hz，出現Moan噪音的工況如下：

①低速；②無制動力或低制動壓力；③行駛時帶轉向；④濕度高，如洗車后或者雨天；⑤室外停車第二天冷啟動。

Moan噪音一般由懸架系統和制動系統的低頻共振導致，這類噪音也是本文的主要討論分析的對象。Moan 噪音的產生原因主要是駕駛員輕踩剎車或者卡鉗發生拖磨現象從而產生激勵源，如果底盤部分結構件的模態參數匹配不當，會相應激勵源，產生共振，從而產生Moan噪音。

2 噪音的發現與排查經過

2023年秋，某車型試驗車在進行客戶耐久試驗時發現車輛在雨后倒車產生低頻異響且聲音較大，后經研發人員對噪音確認，試驗車出現的噪音符合Moan噪音的特征。同時，為了鎖定噪音的來源，并且確定噪音是否為偶發，選擇3輛同型號同配置的試驗車進行噪音排查試驗。

2.1 Moan噪音的排查試驗方法

在Moan噪音評價試驗開始前，需要在外界環境溫度低于25℃的戶外夜間，對前后制動器進行噴水后靜置8小時以上，通常為試驗前一夜進行潑水，第二天早晨進行噪音評價。從車位出發，提速至10km/h，車輛出車位擺正后做10km/h空擋滑行制動，有制動時的制動減速度為0.07g，制動盤溫度＜40℃。以后制動工況一致，后續工況分別對應直行、倒車直行、倒車入庫、倒車出庫、倒車直行、前進直行、前進入庫8中工況。整個試驗過程中一共停車制動16次。

2.2 Moan噪音復現結果

噪音復現試驗共對3臺車進行復現，3臺車均成功復現噪音，同時在噪音的復現過程中發現車輛在前進過程中并未復現噪音，噪音只有在倒車過程中能夠復現，其中，左轉向倒車入庫出現Moan噪音的概率為10%，倒車直行出現Moan噪音的概率為40%，又轉向倒車入庫出現Moan噪音的概率為80%，復現頻率最高，并且3臺試驗車出現噪音的位置為均左后制動器處。

2.3 排查初步結論

該車型后橋為扭力梁結構，左右結構完全對稱，而根據噪音復現的結果來看，右轉向倒車入庫出現噪音的概率遠大于左轉向倒車入庫，且噪音的來源為左后制動器位置，基于上述試驗的現象，懸架系統和制動系統的整體設計出現問題的可能性不大，后橋與制動器連接處的細節設計以及加工精度是否需要改善以及提高，是后續工作的主要方向。

3 利用LMS系統進行排查

3.1 LMS系統介紹

LMS系統主要用于工程領域，包括汽車、航空航天、鐵路、能源等行業，用于進行產品設計、測試、仿真和驗證。本次主要利用LMS設備對車輛的機械振動和噪聲的特性進行測量，測試設備主要有聲音傳感器、振動傳感器、數據采集系統和LMS分析軟件。對于需要測量和分析的部位進行布置聲音傳感器和振動傳感器能夠得到需要的噪聲信號和振動信號，通過數據采集系統和LMS分析系統能夠將采集到的噪聲信號和振動信號轉化為數字信號，然后通過分析軟件對收集到的信號進行信號處理與信號分析。

3.2 噪聲信號的收集與分析

根據噪音復現的結果與初步結論，在試驗車的扭力梁、左后卡鉗支架、左后擋泥板、左后卡鉗鉗體上布置了傳感器。

在上述位置布置好傳感器后，按照Moan噪音的排查方法進行右轉向倒車，收集各個位置產生噪音時的噪聲信號和振動信號并在LMS系統中對信號進行分析處理，經處理和分析后發現，卡鉗安裝支架螺栓和扭力梁中間位置的振動頻率與噪聲頻率接近，均在450Hz左右，且振動最為明顯的時間與車輛產生Moan噪音的時間重合。（圖8、圖9）

結合噪音復現試驗的試驗現象與利用LMS設備對各個位置噪聲信號與振動信號的分析來看，噪音的激勵源來自于卡鉗，通過卡鉗支架與扭力梁連接板傳遞至扭力梁上，從而在扭力梁中部位置將噪聲放大，出現噪音。

4 噪音產生原因的分析與解決

如上節所分析，噪聲的來源為摩擦片與制動盤接觸時產生，通過卡鉗支架與后橋左側連接板接合處傳遞至后橋中間，對于噪音產生的具體原因分析如下：

（1）在輕踩制動（One-Box主缸壓力在0-1bar）主缸壓力加大后，便不會出現噪音，考慮是否為One-Box制動力輸出較為線性，而傳動真空助力器結構的制動控制結構存在制動力輸入的階越值，從而避開會產生Moan噪音的制動壓力范圍。該車型還有配備真空助力器的配置，為此，將發生Moan噪音的問題車整個后橋與未發生過噪音且配備真空助力器配置的試驗車整個后橋進行對調對比試驗。對調后發現，噪聲跟隨著后橋發生轉移，真空助力器配置的試驗車搭載原先進行噪音復現試驗的試驗車后橋依舊出現Moan噪音，從而排除了One-Box制動力輸出過于線性導致出現Moan噪音這一假設。

（2）在噪音復現試驗過程中，無制動的情況下也會出現Moan噪音，同時發現左后制動盤拖磨嚴重，右后制動盤則無拖磨情況，制動盤拖磨也是Moan噪音產生的原因之一，若該車型的Moan噪音問題是由拖磨導致，那么解決掉拖磨的問題，從而可以解決Moan噪音問題。首先測試左后制動盤的端跳是否符合要求，經檢驗，制動盤的端跳符合要求，其次，檢測卡鉗支架與后橋連接板的平面度與平行度是否符合要求，若平面度與平行度不一致，會導致制動盤與摩擦片發生斜磨，出現異常磨損。為此，對卡鉗支架與后橋連接的尺寸進行檢測。

經過三坐標測量發現，后橋右側上下安裝點與軸承安裝面，實物坐標與3D數據坐標基本相同，差值在0.1mm以內；左側軸承安裝面與上安裝點，差值在0.1mm以內，但與下安裝點，差值在0.6mm左右。根據上述測試結果可以的處結論：左側制動盤實物在3D數據設計位置，但卡鉗由于下安裝點偏向內側，導致卡鉗支架是歪的，盤片總的間隙減小0.6mm，從而導致制動盤出現拖磨。在挑選一個后橋加工合格的后橋換到原先出現Moan噪音的試驗車上，發現制動盤拖滯現象消失，同時進行Moan噪音評價試驗，Moan噪音在各個工況下均未出現。

5 展望

制動噪音會降低司乘的駕乘感受，尤其是Moan噪音這類低頻、高分貝的噪音。隨著技術的發展，在整車的開發過程中，LMS設備在節約研發人員解決問題時間的同時還能夠幫助研發人員更加準確地判斷和鎖定噪音的來源和傳遞過程以及確定噪聲的頻率。

本次利用LMS設備對制動Moan噪音進行排查和解決無論是對于設備使用熟練度的提升還是解決制動噪音問題經驗的豐富，都是給我們提供了寶貴的經驗，為后續其他車型的開發提供了寶貴的技術支持！

參考文獻

[1]黃炎清.制動噪音研究及實例分析[A]汽車實用技術，2023.