某車(chē)型制動(dòng)抖動(dòng)研究

宋令輝，呂靜波，范伯策

（華晨汽車(chē)工程研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

制動(dòng)抖動(dòng)是汽車(chē)售后市場(chǎng)上出現(xiàn)較多的問(wèn)題之一。同時(shí)，人們對(duì)車(chē)輛乘坐舒適性的要求不斷提高，制動(dòng)抖動(dòng)也是汽車(chē)企業(yè)著重研究的問(wèn)題。

某款車(chē)型SUV存在制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題，為研究引起制動(dòng)抖動(dòng)的因素，對(duì)該SUV進(jìn)行制動(dòng)抖動(dòng)試驗(yàn)。

1 制動(dòng)抖動(dòng)機(jī)理分析

制動(dòng)抖動(dòng)是由制動(dòng)引起的車(chē)輛振動(dòng)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為方向盤(pán)、制動(dòng)踏板以及車(chē)身的低頻振動(dòng)，通常振動(dòng)頻率為 10-20Hz。

制動(dòng)過(guò)程從駕駛員踏下制動(dòng)踏板開(kāi)始，制動(dòng)液推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，摩擦片與制動(dòng)盤(pán)逐漸建立摩擦并產(chǎn)生制動(dòng)力矩，車(chē)輛最終在地面摩擦力的作用下實(shí)現(xiàn)減速。在摩擦片與制動(dòng)盤(pán)接觸摩擦的過(guò)程中，制動(dòng)盤(pán)厚薄差、制動(dòng)盤(pán)端跳會(huì)導(dǎo)致摩擦面高低不平，由此引起制動(dòng)力矩的波動(dòng)，制動(dòng)力矩波動(dòng)進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)向節(jié)的振動(dòng)。

目前，制動(dòng)盤(pán)的加工工藝已經(jīng)很先進(jìn)，但依然無(wú)法避免制動(dòng)盤(pán)厚薄差的出現(xiàn)。而由于裝配精度問(wèn)題，制動(dòng)盤(pán)端跳亦是無(wú)法避免。這也導(dǎo)致了制動(dòng)過(guò)程中會(huì)不斷的產(chǎn)生激勵(lì)。制動(dòng)過(guò)程是減速的過(guò)程，由此產(chǎn)生的激勵(lì)為與輪速相關(guān)聯(lián)的由高到低的掃頻，當(dāng)激勵(lì)頻率與前懸系統(tǒng)頻率重合時(shí)就會(huì)引起系統(tǒng)的共振。通常情況下制動(dòng)盤(pán)的二階激勵(lì)是主要的振動(dòng)成分，二階振動(dòng)峰值主要出現(xiàn)在 10-20Hz，剛好與車(chē)輛前懸系統(tǒng)頻率接近。

當(dāng)制動(dòng)盤(pán)處于常溫狀態(tài)時(shí)由制動(dòng)盤(pán)厚薄差、端跳引起的抖動(dòng)稱(chēng)為冷抖動(dòng)。隨著制動(dòng)次數(shù)的增加制動(dòng)盤(pán)的溫度不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時(shí)制動(dòng)盤(pán)會(huì)產(chǎn)生熱變形，溫度每升高 250℃大約會(huì)產(chǎn)生 10um的厚薄差。由制動(dòng)盤(pán)熱變形引起的制動(dòng)抖動(dòng)稱(chēng)為熱抖動(dòng)。如果熱變形與制動(dòng)盤(pán)加工產(chǎn)生的厚薄差剛好相互抵消，車(chē)輛則變現(xiàn)為冷抖、熱不抖；若熱變形加劇了制動(dòng)盤(pán)厚薄差，則車(chē)輛熱抖動(dòng)更為劇烈。

一般認(rèn)為有以下傳遞路徑將振動(dòng)傳遞至駕駛室：

1）轉(zhuǎn)向節(jié)-轉(zhuǎn)向橫拉桿-方向盤(pán)

2）轉(zhuǎn)向節(jié)-懸架-車(chē)架-車(chē)身

3）轉(zhuǎn)向節(jié)-制動(dòng)管路-制動(dòng)踏板

2 制動(dòng)抖動(dòng)測(cè)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(dòng)加速度。

本次試驗(yàn)主要研究激勵(lì)源與響應(yīng)的關(guān)系，對(duì)于傳遞路徑不做研究。分別在激勵(lì)源及車(chē)內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)布置傳感器。

表1 傳感器布置

2.2 測(cè)試分析

2.2.1 制動(dòng)盤(pán)厚薄差對(duì)抖動(dòng)的影響

為研究制動(dòng)盤(pán)厚薄差對(duì)制動(dòng)抖動(dòng)的影響，選取四組不同厚薄差的制動(dòng)盤(pán)分別進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試，同時(shí)盡量保證其他影響因素的一致性。

表2 制動(dòng)盤(pán)厚薄差、端跳值

選取光滑長(zhǎng)直路面作為試驗(yàn)路面，車(chē)輛由100km/h開(kāi)始制動(dòng)，至車(chē)輛停止完成一次數(shù)據(jù)采集。駕駛?cè)藛T需盡量保證每次車(chē)輛減速度為0.25g，盡量保證每次腳踩制動(dòng)踏板的速度的一致性。每一組測(cè)試需記錄駕駛?cè)藛T主觀感受。

表3 主觀打分

表4 各組主觀打分

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

圖1 方向盤(pán)二階振動(dòng)

圖2 座椅導(dǎo)軌二階振動(dòng)

圖3 踏板二階振動(dòng)

圖4 卡鉗二階振動(dòng)

通過(guò)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(dòng)盤(pán)厚薄差的增加而增大。各位置二階振動(dòng)峰值出現(xiàn)在550rpm左右。

式中：Va——車(chē)速；

r——車(chē)輪滾動(dòng)半徑；

n——半軸轉(zhuǎn)速；

式中：f——頻率；

O——階次；

n——半軸轉(zhuǎn)速；

通過(guò)公式（1），可計(jì)算得出車(chē)輛發(fā)生抖動(dòng)的速度為75km/h左右；通過(guò)公式（2），可計(jì)算出車(chē)輛發(fā)生共振的頻率為18Hz左右。

2.2.2 制動(dòng)盤(pán)端跳對(duì)抖動(dòng)的影響

表5 制動(dòng)盤(pán)厚薄差、端跳值

選取一組制動(dòng)盤(pán)，通過(guò)調(diào)整安裝得到到不同制動(dòng)盤(pán)端跳，以此分析制動(dòng)盤(pán)端跳對(duì)制動(dòng)抖動(dòng)的影響。試驗(yàn)過(guò)程與驗(yàn)證制動(dòng)盤(pán)厚薄差對(duì)抖動(dòng)影響試驗(yàn)過(guò)程一致。

主觀評(píng)價(jià)結(jié)果如下：

表6 各組主觀打分

可以發(fā)現(xiàn)，各位置抖動(dòng)隨著制動(dòng)盤(pán)端跳的增加而增加。

2.1.3 測(cè)試結(jié)論

該款SUV制動(dòng)抖動(dòng)發(fā)生車(chē)速為75km/h左右，抖動(dòng)的頻率為 18Hz左右。制動(dòng)盤(pán)厚薄差、制動(dòng)盤(pán)端跳是引起制動(dòng)抖動(dòng)的直接原因，車(chē)輛抖動(dòng)程度與制動(dòng)盤(pán)厚薄差及制動(dòng)盤(pán)端跳的大小呈正相關(guān)的關(guān)系。

圖5方向盤(pán)二階振動(dòng)

圖6座椅導(dǎo)軌二階振動(dòng)

圖7踏板二階振動(dòng)

圖8卡鉗二階振動(dòng)

3 制動(dòng)抖動(dòng)改善方案

通常認(rèn)為制動(dòng)盤(pán)厚薄差是引起制動(dòng)抖動(dòng)的主要原因，通過(guò)測(cè)試分析可以發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)端跳對(duì)于抖動(dòng)的影響也是不能忽視的。而有試驗(yàn)表明，制動(dòng)盤(pán)的端跳會(huì)隨著車(chē)輛行駛里程的增加逐漸的轉(zhuǎn)化為制動(dòng)盤(pán)的厚薄差，這也是多數(shù)抖動(dòng)問(wèn)題出現(xiàn)在車(chē)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(lái)考慮，以下措施可以改善抖動(dòng)問(wèn)題：

（1）提高制動(dòng)盤(pán)端跳、制動(dòng)盤(pán)厚薄差的控制要求；

（2）提高制動(dòng)盤(pán)與軸承安裝面的加工精度要求；

（3）對(duì)安裝螺栓力矩嚴(yán)格把控，保證各個(gè)螺栓打緊力矩相同。

（4）做好前期有限元分析，設(shè)計(jì)合適的結(jié)構(gòu)，盡量減小制動(dòng)盤(pán)的熱變形。

通過(guò)主觀評(píng)價(jià)、客觀分析可以得知，所測(cè)車(chē)輛在制動(dòng)盤(pán)厚薄差為22um時(shí)，存在較為輕微的抖動(dòng)。不同的車(chē)輛對(duì)激勵(lì)源產(chǎn)生的抖動(dòng)的敏感性是不同的，抖動(dòng)敏感性較低的車(chē)輛即便使用較大厚薄差的制動(dòng)盤(pán)依然可以表現(xiàn)良好。也就是車(chē)輛在抖動(dòng)“傳遞路徑”上做的比較好。從傳遞路徑上控制抖動(dòng)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(dòng)，或“吸收”轉(zhuǎn)向節(jié)的振動(dòng)；

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

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某款SUV的抖動(dòng)測(cè)試，從“激勵(lì)源”研究了制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題。同時(shí)提出了可借鑒的改善制動(dòng)抖動(dòng)的方案。