摘 要：制動抖動是由制動引起的車輛振動現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為方向盤、制動踏板以及車身的低頻振動，是影響汽車 NVH 性能的重要因素。文章以某 SUV 制動抖動為研究對象，對車輛制動抖動進(jìn)行測試，研究車輛發(fā)生制動抖動的觸發(fā)條件，同時提出制動抖動改善措施。

前言

制動抖動是汽車售后市場上出現(xiàn)較多的問題之一。同時，人們對車輛乘坐舒適性的要求不斷提高，制動抖動也是汽車企業(yè)著重研究的問題。某款車型 SUV 存在制動抖動問題，為研究引起制動抖動的因素，對該 SUV 進(jìn)行制動抖動試驗。

1 制動抖動機理分析

制動抖動是由制動引起的車輛振動現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為方向盤、制動踏板以及車身的低頻振動，通常振動頻率為 10-20Hz。制動過程從駕駛員踏下制動踏板開始，制動液推動活塞運動，摩擦片與制動盤逐漸建立摩擦并產(chǎn)生制動力矩，車輛最終在地面摩擦力的作用下實現(xiàn)減速。在摩擦片與制動盤接觸摩擦的過程中，制動盤厚薄差、制動盤端跳會導(dǎo)致摩擦面高低不平，由此引起制動力矩的波動，制動力矩波動進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)向節(jié)的振動。目前，制動盤的加工工藝已經(jīng)很先進(jìn)，但依然無法避免制動盤厚薄差的出現(xiàn)。而由于裝配精度問題，制動盤端跳亦是無法避免。這也導(dǎo)致了制動過程中會不斷的產(chǎn)生激勵。制動過程是減速的過程，由此產(chǎn)生的激勵為與輪速相關(guān)聯(lián)的由高到低的掃頻，當(dāng)激勵頻率與前懸系統(tǒng)頻率重合時就會引起系統(tǒng)的共振。通常情況下制動盤的二階激勵是主要的振動成分，二階振動峰值主要出現(xiàn)在 10-20Hz，剛好與車輛前懸系統(tǒng)頻率接近。當(dāng)制動盤處于常溫狀態(tài)時由制動盤厚薄差、端跳引起的抖動稱為冷抖動。隨著制動次數(shù)的增加制動盤的溫度不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時制動盤會產(chǎn)生熱變形，溫度每升高 250℃大約會產(chǎn)生 10um 的厚薄差。由制動盤熱變形引起的制動抖動稱為熱抖動。如果熱變形與制動盤加工產(chǎn)生的厚薄差剛好相互抵消，車輛則變現(xiàn)為冷抖、熱不抖；若熱變形加劇了制動盤厚薄差，則車輛熱抖動更為劇烈。一般認(rèn)為有以下傳遞路徑將振動傳遞至駕駛室：

1. 轉(zhuǎn)向節(jié)-轉(zhuǎn)向橫拉桿-方向盤

2. 轉(zhuǎn)向節(jié)-懸架-車架-車身

3. 轉(zhuǎn)向節(jié)-制動管路-制動踏板

2 制動抖動測試分析

2.1 傳感器布置

使用 DEWESoft 數(shù)據(jù)采集前端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，LMS Test. Lab 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，光電傳感器采集半軸轉(zhuǎn)數(shù)，PCB 三向加速度傳感器采集振動加速度。本次試驗主要研究激勵源與響應(yīng)的關(guān)系，對于傳遞路徑不做研究。分別在激勵源及車內(nèi)響應(yīng)點布置傳感器。

表 1  傳感器布置

2.2 測試分析

2.2.1 制動盤厚薄差對抖動的影響

為研究制動盤厚薄差對制動抖動的影響，選取四組不同厚薄差的制動盤分別進(jìn)行制動測試，同時盡量保證其他影響因素的一致性。

根據(jù)主觀感受，分別取方向盤 Y 向，座椅導(dǎo)軌 X 向，制動踏板 Z 向，卡鉗 Y 向二階振動信號做對比分析。

圖 1  方向盤二階振動   圖 2  座椅導(dǎo)軌二階振動

圖 3  踏板二階振動    圖 4  卡鉗二階振動通過數(shù)據(jù)處理可以發(fā)現(xiàn)，可以看出各位置二階加速度大小隨著制動盤厚薄差的增加而增大。各位置二階振動峰值出現(xiàn)在 550rpm 左右。

（1）式中：Va——車速；r——車輪滾動半徑；n——半軸轉(zhuǎn)速；

（2）式中：f——頻率；O——階次；n——半軸轉(zhuǎn)速；通過公式（1），可計算得出車輛發(fā)生抖動的速度為 75km/h 左右；通過公式（2），可計算出車輛發(fā)生共振的頻率為 18Hz 左右。

2.2.2 制動盤端跳對抖動的影響

表 5  制動盤厚薄差、端跳值

2.1.3 測試結(jié)論

該款 SUV 制動抖動發(fā)生車速為 75km/h 左右，抖動的頻率為 18Hz 左右。制動盤厚薄差、制動盤端跳是引起制動抖動的直接原因，車輛抖動程度與制動盤厚薄差及制動盤端跳的大小呈正相關(guān)的關(guān)系。

圖 5 方向盤二階振動      圖 6 座椅導(dǎo)軌二階振動

圖 7 踏板二階振動         圖 8 卡鉗二階振動

3 制動抖動改善方案

通常認(rèn)為制動盤厚薄差是引起制動抖動的主要原因，通過測試分析可以發(fā)現(xiàn)制動盤端跳對于抖動的影響也是不能忽視的。而有試驗表明，制動盤的端跳會隨著車輛行駛里程的增加逐漸的轉(zhuǎn)化為制動盤的厚薄差，這也是多數(shù)抖動問題出現(xiàn)在車輛具有一定的行駛里程之后的重要原因。從控制“源” 的角度來考慮，以下措施可以改善抖動問題：

（1）提高制動盤端跳、制動盤厚薄差的控制要求；

（2）提高制動盤與軸承安裝面的加工精度要求；（3）對安裝螺栓力矩嚴(yán)格把控，保證各個螺栓打緊力矩相同。（4）做好前期有限元分析，設(shè)計合適的結(jié)構(gòu)，盡量減小制動盤的熱變形。通過主觀評價、客觀分析可以得知，所測車輛在制動盤厚薄差為 22um 時，存在較為輕微的抖動。不同的車輛對激勵源產(chǎn)生的抖動的敏感性是不同的，抖動敏感性較低的車輛即便使用較大厚薄差的制動盤依然可以表現(xiàn)良好。也就是車輛在抖動“傳遞路徑”上做的比較好。從傳遞路徑上控制抖動可從以下方面考慮：

1. 調(diào)整擺臂襯套的剛度、阻尼，“抑制”轉(zhuǎn)向節(jié)的振動，或“吸收”轉(zhuǎn)向節(jié)的振動；

2. 調(diào)整轉(zhuǎn)向機力，“抵消”掉部分由轉(zhuǎn)向節(jié)傳遞到方向盤的力。

4 結(jié)束語

通過對某款 SUV 的抖動測試，從“激勵源”研究了制動抖動問題。同時提出了可借鑒的改善制動抖動的方案。

作者：宋令輝，呂靜波，范伯策

單位：華晨汽車工程研究院