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乘用車制動NVH整車道路試驗方法研究
2021-10-27 00:45:44· 來源：汽車NVH之家
作者 | 韓厚祿，觀致汽車有限公司來源 | 汽車NVH之家摘要：乘用車制動NVH問題是行業(yè)內比較關注的行駛品質問題，同時也是制動系統(tǒng)開發(fā)的重難點之一。探討了乘用車
作者 | 韓厚祿，觀致汽車有限公司
來源 | 汽車NVH之家
摘要：乘用車制動NVH問題是行業(yè)內比較關注的行駛品質問題，同時也是制動系統(tǒng)開發(fā)的重難點之一。探討了乘用車制動噪聲及抖動的整車道路試驗方法及評價規(guī)范，介紹了黃山試驗路線的選取、試驗方法、主觀和客觀評價方法及基準，并在這些工作的基礎上，完善了制動黃山道路試驗的企業(yè)標準。同時，該路試方法及評價基準對于行業(yè)內的制動系統(tǒng)零部件的開發(fā)也具有一定的參考意義。
隨著車輛的普及和人民生活水平的提升，消費者在追求車輛安全、功能配置和可靠性的同時，對駕乘時的整車NVH性能表現的關注度也與日俱增。其中汽車制動系統(tǒng)的NVH性能主要指制動噪聲和制動抖動方面的性能表現，是汽車行業(yè)內比較關注的行駛品質之一，同時也是制動系統(tǒng)開發(fā)的重難點課題之一。
由于車輛行駛時受到制動工況、路面環(huán)境、駕駛習慣及車輛維修保養(yǎng)情況等諸多因素的影響，制動系統(tǒng)在制動過程中不可避免地產生劇烈的振動和噪聲。一方面會影響駕乘人員的舒適性，另一方面也會加快摩擦片、制動盤的磨損，降低制動零部件的使用壽命，增加用戶的維修成本。
面對制動系統(tǒng)NVH問題，如何開展比較客觀、公正、定量而又具有可實操的測試和評價，是從業(yè)人員面臨的重要課題。當前在國際上比較著名的整車制動NVH性能試驗有西班牙Mojacar和美國洛杉磯LACT制動噪聲耐久試驗，用來評價乘用車的制動噪聲、抖動和磨損等性能表現。過去在國內沒有相關的法規(guī)標準以及行業(yè)內認可的規(guī)范，基本是依靠各自內部的經驗積累、試驗人員的主觀評價進行評估，也缺乏充分、公開的專業(yè)文獻供行業(yè)參考及探討。
雖然近年來國內汽車行業(yè)迅速發(fā)展，但也僅有極少數主機廠和制動系統(tǒng)零部件供應商具備了整車制動噪聲試驗和評價的能力，一些自主品牌企業(yè)這方面還處于起步階段。因此，在行業(yè)內形成一套統(tǒng)一的標準，來規(guī)范各自的試驗方法，有利于制動系統(tǒng)及零部件的設計、優(yōu)化和驗證，便于行業(yè)內的溝通交流，提升整個行業(yè)的設計開發(fā)能力。
鑒于此，2019年5月，在中國汽車工業(yè)協(xié)會制動器委員會的牽頭組織下，國內多家主機廠、基礎制動系統(tǒng)及零部件廠家共同研討、制定了基于在黃山地區(qū)開展的《乘用車制動噪聲及抖動整車道路試驗方法及評價》團體標準，作為業(yè)內評價整車制動NVH的路試評價標準。
為了在產品開發(fā)階段提前發(fā)現制動噪聲、抖動和磨損等方面的性能表現及提前發(fā)現問題，觀致汽車有限公司經過多年的探索，結合多個項目車型的實際開發(fā)經驗，不斷完善路試標準和試驗流程，也在黃山地區(qū)確定了一條與團體標準近似的試驗路線。該路線符合團體標準論證的耐久試驗方法和評價流程所需條件，并配備了各種測試測量設備和工具等，進一步完善了這項制動系統(tǒng)的試驗評價方法，確保了在新車型新項目的開發(fā)階段可以充分、有效地評估整車的制動噪聲、抖動、磨損等實車表現。
制動NVH整車道路試驗方法
1.試驗路線的選取
黃山地區(qū)內的交通路況包括山區(qū)道路、鄉(xiāng)村道路、城市道路及高速公路等，各種道路條件交織；一年四季的季節(jié)分明，溫度和濕度變化范圍較大。圍繞黃山山區(qū)選定的試驗路線具有中國地域特色，符合中國市場大部分使用環(huán)境。因為其路況特別，尤其有長距離的上下山的轉彎路況，是考察制動系統(tǒng)綜合性能的良好測試地點，比較適合進行制動噪聲的驗證。同時還可驗證摩擦片和制動盤的磨損狀態(tài)及使用壽命等。目前在黃山地區(qū)設置試驗駐點或試驗基地的企業(yè)，主要有大眾、上汽、奇瑞及吉利等主機廠與天合、大陸、泛博、伯特利及萬向等制動系統(tǒng)供應商，以及一些摩擦片廠家、試驗設備廠商等。
觀致汽車有限公司黃山試驗的路線選擇，是在團體標準的基礎上，主要在黃山選擇的圍繞山區(qū)的一段路線。整個道路測試里程全長為2萬km左右，單個路試循環(huán)約230km，其中，山區(qū)路面約80km，城市道路約50km，鄉(xiāng)村公路約80km，高速公路約20km。每天分為上午和下午兩個班次，單班耗時約4.5h。
基于上文介紹的路試路線，各個測試點的測試內容匯總見表1。具體的Squeal及Groan噪聲的評價方法可參考《乘用車制動噪聲及抖動整車道路試驗方法及評價》團體標準的方式進行操作。
表1 黃山道路試驗評價點確認內容
2.道路試驗前的車輛準備
原則上，每套動力總成配置的試驗車輛數量不少于2臺。試驗車輛的制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、燈光、轉向及喇叭等均按照整車技術條件調整到位，且懸架、轉向節(jié)、軸承及輪胎等關鍵件應已鎖定。車輛完成四輪定位及輪胎動平衡調整，ABS系統(tǒng)功能可以正常工作，確保試驗安全。試驗時應采用新輪胎，試驗開始前應經過至少200km的磨合，若采用舊輪胎，花紋高度應≥3mm，輪胎氣壓符合技術要求。
試驗前車身偽裝及其他車身附件應全部固定，避免產生額外噪聲，干擾試驗評價。試驗過程中收音機、CD等音響系統(tǒng)、空調、中控等應可以手動關閉，車輛四門玻璃升降正常。在正式試驗開始前應評價整車的抖動情況，提前排除非制動系統(tǒng)因素的影響。路試試驗執(zhí)行過程中，載荷分配為80%里程為空載，20%里程為滿載。
整個耐久試驗里程為2萬km，需經過多個班次的循環(huán)。經過培訓的專業(yè)試驗人員，應具備分辯和評價不同類型強度噪聲、制動抖動和非制動抖動的能力。在整個試驗周期中，應由不少于2人的駕駛員在多循環(huán)試驗中交替駕駛，且車輛在車隊中的位置也應經常輪換。路試時駕駛習慣模擬市場普通用戶的駕駛方式，通過不同路況，驗證測試車輛在制動噪聲和抖動方面的性能表現。
3.道路試驗設備及安裝情況
在客觀數據方面，為了更好地采集制動噪聲信號以及車輛制動工況相關參數，在路試前需要安裝相應的試驗檢測設備，詳細記錄包括車輛速度、制動減速度、制動噪聲頻率、聲壓值、制動盤及摩擦片溫度與制動管路壓力和環(huán)境溫濕度等參數。
在試驗車輛上安裝的檢測設備以及試驗過程中常見的配備工具見表2。
表2 安裝的試驗檢測設備
為了考察耐久試驗中的制動抖動問題，在黃山試驗過程中，根據項目實際情況，可以安排每隔3000km試驗里程，測量制動盤的DTV（制動盤厚度變化量）和Run-out（制動盤的端面跳動值）、拖滯力矩（Drag Torque）、磨損等參數。路試開始及路試結束后，拆解摩擦片檢測其磨損量。具體參數見表3。
表3 制動系統(tǒng)定期檢查項目
路試評價
1.客觀評價結果
客觀評價時，通過計算整個里程的客觀噪聲指數ONI（Objective Noise Index），作為客觀評價時的量化方法及判定基準。具體的計算方法見式（1）及表4，接受標準可參考表5。
表4 客觀評價的聲壓值與強度因素
表5 客觀評價的接受標準
式中 n——實測的制動噪聲強度分貝值出現的次數；
IF——相應分貝值對應的強度因素；
N——路試總的制動次數。
以某項目開發(fā)車型為例，路試前，將臺架噪聲匹配完成之后的最優(yōu)方案的摩擦片裝車，進行道路試驗，將采集到的數據結果進行分析處理，驗證實車的噪聲表現。選取里程在3000km左右時的數據匯總結果進行說明。
根據該循環(huán)測試采集到的所有噪聲頻率－聲壓的關系圖，左前制動器噪聲發(fā)生的工況為車速在低速5～10km/h范圍，制動系統(tǒng)管路油壓為0.5～2MPa，摩擦片溫度在高溫100～150℃，制動噪聲聲壓值25～35dB，頻率為12kHz。右前制動器噪聲發(fā)生的工況為車速在中速20～45km/h，系統(tǒng)管路油壓為0.2～2MPa，摩擦片溫度在高溫100～200℃，制動噪聲聲壓值30～40dB，頻率為3.5kHz及4.2kHz左右。另外，試驗車在路試里程內尚未出現制動抖動問題。
根據數據采集的結果，累計里程3000余km，總的制動次數13 858次。其中，左前制動器的噪聲發(fā)生次數累計共47次，發(fā)生率為0.34%，右前制動器的噪聲發(fā)生次數累計共43次，發(fā)生率為0.31%。根據前文計算公式，得出前軸ONI客觀指數的計算結果為0.004＜0.04，前軸左右制動器噪聲的客觀評價結果的表現整體比較優(yōu)秀。
2.主觀評價結果
主觀評價是整個路試過程中非常重要的一部分，試驗人員的主觀評價直觀反應了乘員的主觀感受，而且在突發(fā)試驗設備故障無法記錄噪聲的情況下，主觀評價也可以作為制動噪聲評估的重要補充。
參照SAE J1060主觀評價方法，將主觀評價的指數劃分為1～10分共10個等級，不同的分值對應的噪聲表現的評分標準見表6。駕駛者在每個循環(huán)及評價點進行主觀評價時，需要注意對比分辨前后左右不同制動角模塊的噪聲表現，填寫主觀打分表，記錄每個循環(huán)開始和結束時的里程數、環(huán)境溫濕度等數據，整理主觀評價數據。
表6 制動噪聲主觀評價的評分標準
對制動噪聲進行主觀打分時，主要參考因素包括：可復現程度、噪聲的分貝值、可持續(xù)時間、噪聲頻率、出現制動噪聲時的壓力范圍、盤片溫度、環(huán)境溫濕度、行駛方向（前進或后退）、是否轉向制動時的噪聲以及制動噪聲是發(fā)生在平地還是坡道制動等。若連續(xù)一周的主觀打分的分值低于6分，則認為噪聲表現不合格，需要進行方案優(yōu)化。
主觀評價時，通過計算整個里程的主觀噪聲指數SNI（Subjective Noise Index），作為主觀評價時的量化方法及判定基準。具體的計算方法見式（2）及表7，接受標準可參考表8。
表7 主觀評價的分值與權重關系
表8 主觀評價的接受標準
式中 Ni——制動噪聲評價指數相應分值出現的次數；
VER——相應分值對應的權重；
N——路試總的制動次數。
以某項目開發(fā)車型為例，記錄每個路試循環(huán)在各個評價點應用的Squeal噪聲及Groan噪聲的主觀評分和里程達3000km時的主觀匯總結果，結合前文的SNI計算公式，當前行駛里程下的制動噪聲主觀評價SNI指數的計算結果為1.23，滿足制動系統(tǒng)噪聲的設計要求。
另外，制動噪聲及抖動的主觀評價需要綜合考慮不同用戶、不同制動工況等要素的影響，應該從用戶的角度出發(fā)進行判斷。同時，結合記錄的客觀數據，可以幫助主觀評價人員與實際用戶的使用情況建立緊密關聯(lián)，有助于合理地進行主觀打分。
3.盤片磨損檢測
完成整個黃山試驗2萬km路試里程后，制動盤、摩擦片均有一定程度的磨損，可以安排在試驗開始前、間隔一定里程的中間點檢測時及試驗完成后，記錄整個路試過程中的磨損情況，包括制動盤的端面跳動量、厚度變化量、制動盤及摩擦片的磨損量及拖滯力矩等參數，為評估摩擦片、制動盤的壽命、耐久后的拖滯力矩等性能變化，積累相應的數據。
結語
乘用車制動NVH整車道路試驗方法及評價是一項系統(tǒng)工程，涉及到試驗路線的選取、特定試驗設備的應用、主觀及客觀的評價方法及判定基準等方面。路試評價時需要綜合考察制動系統(tǒng)的噪聲、抖動、磨損及耐久等性能，是一項對制動系統(tǒng)及零部件性能的綜合評價。
本文結合項目實際經驗，制定了一套黃山NVH整車路試評價的試驗流程及評價基準，為今后新開發(fā)制動零部件以及量產車型市場問題的改善等提供了相應的整車路試驗證方法。同時，對于行業(yè)內實施制動噪聲及抖動的試驗評價，也具有一定的參考價值。
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