關于汽車制動抖動問題的調查研究

劉尚芬

摘 要：轎車高速制動抖動問題屬于制動問題中的重要問題。本文就轎車在車速80Km/h左右踩制動踏板，出現方向盤及車身抖動問題進行調查分析。首先進行問題現象確認，收集問題現象后在實車上進行再現試驗，測量制動卡鉗、制動踏板、方向盤以及座椅的抖動情況，分析振動源，尋找問題原因并提出對策可行性方案。研究表明，高速制動抖動與制動盤的DTV存在明顯關系，振源是前輪制動盤制動。

關鍵詞：制動抖動;再現試驗;制動盤DTV

1 引言

汽車制動的頭等難題是制動抖動和制動異響問題[1]，而高速制動抖動是制動系統的典型問題，不同于低速制動抖動，它在新車時不易出現，一般在車輛經過一定的行駛里程后出現。車輛出現高速制動抖動時，會傳遞到方向盤、制動踏板、座椅等部位。這些問題不僅影響駕駛員的操作舒適性，還影響乘坐者的舒適性，故障表現最多的是制動時方向盤抖動的問題。所以制動抖動問題直接影響企業的品牌，研究和解決該問題是非常必要的[2]。

本文就制動抖動引起的問題進行調查研究，收集問題車輛的零部件與新零部件裝車后進行道路對比試驗，測定制動卡鉗、方向盤、制動踏板和座椅導軌四個零件在xyz三個方向的振動數據，根據收集的數據和試驗零件數據進行分析，尋找振動源，分析問題的可能原因。相關調查采取從主觀評價到客觀數據測定，為解決制動抖動問題提供調查的參考方法。

2 制動抖動問題車故障現象確認

收集問題車故障現象，發現問題車行駛里程主要集中在3-5萬公里，在問題現場對兩臺里程在該范圍車輛進行故障現象確認。通過實車道路主觀確認，車輛制動性能正常，未出現制動跑偏、制動不良等現象。對制動抖動故障車故障現象確認結果如下表1：

其中，1#車更換摩擦塊并排換制動液后，進行實車道路主觀評價，制動抖動現象減弱。2#車更換摩擦塊，同樣進行實車道路主觀評價，制動抖動現象同樣減弱，但均不能根除該問題現象。為進一步調查解決問題，將故障車制動盤和摩擦塊回收進行相關試驗。

3 制動抖動道路再現試驗

針對故障車零件（制動盤和摩擦塊）進行再現試驗，是為了進一步分析制動抖動引起車內方向盤、制動踏板和座椅的振動特征、振動源、振動的傳遞途徑、行駛車速的關系等[3]。將故障車的制動盤和摩擦塊，裝配到正常車上進行道路再現試驗。具體試驗方案設計如下：

3.1 試驗準備

3.1.1 試驗車準備

試驗車信息為：配置信息1.6MT，行駛里程2168Km，生產日期2017/02/06，輪胎氣壓200Kpa。試驗前將輪胎氣壓調整至標準值，并組織進行實車道路主觀評價，無抖動問題。

3.1.2 試驗樣件準備

試驗樣件準備：準備包含原車在內的共6個方案前制動盤和摩擦塊樣件，樣件有未使用過的新件，以及故障車零件。

3.1.3 試驗方案

試驗測定項目結合故障車情況，在高速輕制動情況下，測量出車輛的平順性，測量點布置在制動鉗、方向盤、制動踏板和座椅導軌上。所需儀器有踏板力測量儀、胎壓測量儀和加速度測量儀。車速由GPS讀取。

3.1.4 試驗工況

（1）試驗路況：選取平直瀝青路面，試驗時注意安全。

（2）控制制動初速度：50Km/h，60Km/h，70Km/h，80Km/h，90Km/h。

（3）控制離合器：結合、斷開。

（4）控制制動強度：采取輕制動，試驗前測量制動力，控制制動力在40-50N。

（5）記錄數據：各測量點三個方向振動加速度、各測量點最大加速度時的車速。

3.1.5 測量點布置

測量點布置如下：

（1）制動踏板上安裝踏板力傳感器，根據踏板力大小控制制動強度;

（2）在制動卡鉗、方向盤12點位置、主駕駛座椅導軌中點、制動踏板臂上分別各布置一個三向加速度傳感器，分別測量4個位置的X、Y、Z方向的振動加速度，布置如圖1所示。

（3）在試驗車上放置GPS，測量車速。

4 試驗數據處理與分析

4.1 試驗數據處理

數據處理主要在各組樣件與整車振動加速度數據的對比分析，考察制動鉗、方向盤、制動踏板和駕駛座座椅滑軌測量點最大振動數據與車速的關系，為分析振動源提供依據。

6組制動盤和摩擦塊樣件分別裝在同一臺車上進行試驗，數據采集4個傳感器安裝點的X、Y、Z三個方向振動加速度，提取各點三個方向最大振動加速度數值，進行數據整理，曲線如圖2所示。經對圖2進行分析，得出以下結論：

（1）制動鉗X方向的振動強度最大，制動鉗的振動加速度是制動踏板和駕駛座座椅滑軌的10倍左右，是方向盤的6倍左右。表明振動源是制動鉗附近，通過懸架系統零件、轉向系統零件傳遞到車內，振動幅度減小。

（2）車內振動強度最大位置是方向盤，方向盤的振動加速度是制動踏板和駕駛座座椅滑軌的2倍左右，駕駛座座椅滑軌是車內振動強度最小位置。受傳遞路徑各零件性能影響，車內各測量點的振動強度不同。

（3）6組試驗樣件振動幅值排序為：A4>A5>A6>A3>A2=A1。A4和A5屬于不能接受水平。6組試驗方案樣件狀態影響試驗結果。

4.2 制動振動原因分析

（1）制動初速度和制動強度的影響

提取各測量部件振動值最大點對應的制動初速度，具體數據如下圖3，由圖中數據分析出制初動速度與振動有一定關聯，振動最大值對應的制動初速度主要集中在60-80Km/h。制動強度屬于輕度制動，制動力在40-45N。

（2）制動盤DTV對制動抖動的影響

測量6組制動盤工作面的厚度差DTV（Disc thickness variation），周向DTV（指制動盤與摩擦塊接觸區域周向的厚度差）最大值如圖4所示，由圖中可以看出前制動盤周向DTV由大到小排序為A4>A5>A6>A3>A2=A1，這個順序與圖1振動幅值由大到小的排序一致，所以制動盤DTV增量與制動抖動直接相關。

制動盤的DTV增量問題，可能由以下原因導致：

1）生產制造方面的原因，如加工誤差;

2）耐久后的磨損不均[4]，當達到一定的行駛里程時開始出現振動問題，這與制動盤與摩擦塊的磨損有關，可以從配合件的摩擦系數、零件表面硬度等方面著手分析;

3）一定速度下反復制動時的熱變形問題[1]。

（3）懸架系統對整車制動抖動的影響分析

從圖2分析得出車內抖動最大位置在方向盤的Z方向，其抖動幅度是制動踏板和座椅滑軌的2倍。分析抖動傳遞路徑如下：

A. 方向盤抖動傳遞路徑：制動盤——制動卡鉗——轉向節——轉向拉桿接頭——轉向柱——方向盤。整條路徑連接約束關系為球絞、固定副和移動副，沒有緩沖的彈性襯套，所以方向盤具有較強的振動。

B.車身及座椅滑軌抖動傳遞路徑較多，列出主要的兩條為：制動盤——輪轂——轉向節——前減震器——車體——座椅滑軌、制動盤——輪轂——傳動軸——變速器——發動機——前副車架——車體——座椅滑軌。

C.制動踏板抖動傳遞路徑：通過制動管路中的油壓波動反饋到制動踏板上，并使駕駛者的腳上有感覺。

B兩條路徑都有彈性元件緩沖，如減震器緩沖件、減震彈簧、減震器、前懸架擺臂前后襯套、發動懸置襯套等緩沖件，在一定程度上將振動吸收。C路線中主要是油壓波動。綜上制動踏板和座椅滑軌振動較弱。

5 結語

本文通過實車道路耐久試驗，對不同方案前輪制動盤和摩擦塊裝車狀態進行評價并測量振動數據，明確了振動特性和振動源，為解決制動問題提供一定的參考內容，以下是本次調查研究的主要結論：

（1）試驗車制動抖動屬于高速（車速60-80km/h）制動抖動，制動強度屬于輕度制動（踏板力40-45N）;

（2）制動時方向盤抖動與前輪制動盤DTV增量有直接關系，與后輪制動盤無關;

（3）試驗車制動抖動主要表現在方向盤上，座椅和制動踏板抖動較弱;

（4）解決制動抖動引起的方向盤抖動問題，需要從振動源進行對應，可以考慮控制制動盤的DTV增量;

（5）通過調整懸架彈性元件的剛度，可以更大程度減輕制動抖動引起的車身和座椅的抖動，但不會減輕決方向盤抖動。

制動抖動問題是一項復雜問題，不僅涉及零件的尺寸精度問題，還涉及零件耐久磨損問題，后續擬從制動盤DTV增量變化控制上深入研究。

參考文獻：

[1]張立軍，寧國寶，余桌平，制動抖動引起的轉向盤振動現象試驗與理論分析，中國汽車工程學會年會論文集，2007，SAE-C2007P136.

[2]余桌平，尹東曉，張立軍，等，盤式制動器制動抖動問題概述[J]，汽車工程，2005，27（2），372-376.

[3]寧國寶，張立軍，尹東曉，余桌平，制動引起的方向盤抖動現象試驗研究，中國工程機械學報，2004，Vol.2 ?No.3.

[4]鄭為民，制動時方向盤抖動與排除，技師手記汽車維修，2014.9.