汽車盤式制動器尖叫研究進展探析

湯丙浩 金成希

浙江亞太機電股份有限公司 浙江 杭州 311200

引言

目前在汽車工業中盤式制動器由于具備優異的性能而得到了非常廣泛的應用。但是這種制動器在汽車運行制動過程中會產生尖叫問題，受到了社會的廣泛關注。制動尖叫所產生的巨大噪音不僅會對人們的身心健康產生一定程度的損害，而且對于汽車本身的競爭力也會產生一定的影響。目前，很多知名的汽車企業以及大型的研究機構投入了大量的精力來研究這個問題。

1 制動尖叫產生激勵

1.1 摩擦特性理論

在相對滑動速度產生變化的時候會導致摩擦系數也產生變化，在這種情況下就會使得整個系統產生粘-滑自激振動現象，一直以來這種現象都被當成是汽車產生制動尖叫的具體原因。但是近年來一些研究人員在針對摩擦特性進行深入分析，并針對多自由度系統的不穩定性進行了深入研究，以此來解釋制動尖叫實際的產生機理。Shin在具體針對制動盤面外以及面內運動進行分析的過程中引入了雙質量2自由度非線性系統，通過研究認為在滑動速度產生變化的過程中摩擦系數也會相應的出現負斜率變化特性，而這種特性最終導致了整個系統產生了不穩定性。在Popp - Stelter是我提出的動摩擦特性基礎上，Yang通過進一步建立3自由度非平滑動力學系統，來具體針對周期運動、擬周期運動以及混沌動力特性進行了深入分析[1]。但是，在大量的實驗中發現，當汽車處于恒速運動過程中脫滯制動工況下也會發出尖叫，這就充分說明在針對制動尖叫的產生機理進行解釋的過程中摩擦特性解釋并不全面。

1.2 自鎖-滑動理論

該理論主要是充分利用相對比較簡單的2自由的模型，以運動約束層面針對恒定摩擦性條件下的不穩定性進行了深入研究，對整個摩擦過程因為會出現參激振動從而使得提升不穩定現象進行了進一步闡述，與此同時還從系統結構的層面對制動尖叫機理的研究提出了一種新的研究思路。

2 盤式制動器尖叫影響因素分析

制動尖叫由于會受到摩擦系數等多種不同因素的嚴重影響，因此不同類型的制動器實際產生尖叫的具體原因也會存在較大的差異性。日本曙光制動器工業株式會社在針對盤式制動器制動尖叫具體的影響因素進行總結歸納之后，對盤式制動器尖叫的深入研究提供了具有極高參考價值的依據。在此基礎上也形成了以下一些觀點。

（1）制動器尖叫的主要影響因素是摩擦系數，隨著摩擦系數的不斷增大，制動尖叫出現的幾率會更高。而摩擦系數會受到溫度、濕度、車速、制動壓力等多種因素的影響從而產生變化，而對于汽車來說摩擦襯片實際所使用的材料組成成分在很大程度上又會對上述幾種因素的具體影響程度產生一定程度的影響。

（2）通過進一步增加制動快阻尼層的厚度并合理的選用消音片, 就能夠讓制動系統整體的阻力得到進一步增加, 也能夠讓整個系統受力分布狀況得到進一步改善。在此基礎上，就能夠讓不穩定模態實際的發生幾率得到有效控制，并明顯的改善制動噪聲的品質。如果消音片在設計環節出現了不合理的問題，就很可能會導致制動快的剛度產生變化，進而對制動器的一些模態不穩定性產生極大影響[2]。

（3）制動器本身的不穩定性在一定程度上會受到摩擦襯片形狀的影響。摩擦片在制作過程中經過倒角、開槽等一系列的加工工具之后，都會導致其具體的接觸區域、壓力分布狀況以及各種模態頻率等都產生相應的變化，如果摩擦襯片形狀能夠保持合理性，能夠讓整個制動系統的穩定性得到進一步提升，這樣就能夠有效抑制制動尖叫的產生。

（4）在針對汽車的摩擦襯片、制動盤、支架等相關的結構以及具體高度進行進一步的優化設計，實現各個零部件之間的高度匹配，就能夠讓整個系統的造成品質得到明顯的改善，在一些情況下甚至能夠將制動尖叫進行有效消除。

汽車的制動尖叫體現出了比較強的偶發性，同一型號的車型，在相同的工況下運行的時候，一些車輛可能會產生尖叫聲，但是另一些車輛則并沒有產生尖叫；另外，在一種工況下汽車可能會產生尖叫，但是改變工況之后尖叫聲有可能會產生變化甚至消失。這主要是因為汽車的制造、磨損、運行工況等都產生了變化，因此在進行制動系統設計的過程中必須要對上述幾種因素進行全面的考慮，將摩擦系數等各種因素敏感度受到來自不穩定指標的影響程度降到最低。而整個設計過程中最為關鍵的就是對各項質量指標以及信噪比等進行進一步的明確，然后充分結合實際的試驗設計，并合理的利用有限元分析方法，對各種控制因素具體的結構尺寸進行進一步的優化設計。

3 制動尖叫抑制新技術分析

雖然目前針對制動尖叫的研究已經取得了一定的成果，但是，對于現在仍然存在的制動器尖叫狀況可以知道，不過仍然采用傳統的消除技術很難將制動器的尖叫噪聲進行有效消除。這個要求必須要采取新技術來有效的抑制制動器產生的尖叫噪聲[3]。

充分利用新型的壓電材料來針對高頻振動實施主動控制，目前在這一領域的研究中已經取了一定的成果，但是這種方式必須要通過有源激勵來為整個系統提供充足的能量，這樣又會導致汽車整體的生產制造成本以及整體的重量都得到進一步增加。

4 結束語

汽車盤式制動器產生尖叫的具體原理非常復雜，而且隨著汽車運行工況的不斷變化，其實際的產生機理也會產生一定的差異性。目前在針對這種現象進行研究的過程中還并沒有形成完善的分析理論，因此必須要針對不同工礦條件下制動器產生了尖叫噪聲與摩擦界面以及各個零件結構等相關因素之間的關系進行深入的分析研究，這樣才能對盤式制動器產生尖叫的原理研究起到一定的促進作用。