基于某車(chē)型制動(dòng)抖動(dòng)優(yōu)化的研究

康金濤，袁 軍，吳 膺，韓 翔Kang Jintao，Yuan Jun，Wu Ying，Han Xiang

基于某車(chē)型制動(dòng)抖動(dòng)優(yōu)化的研究

康金濤1，袁 軍1，吳 膺2，韓 翔2
Kang Jintao1，Yuan Jun1，Wu Ying2，Han Xiang2

（1. 上海匯眾汽車(chē)制造有限公司，上海 200122；2. 上汽大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805）

針對(duì)某車(chē)型高速路況出現(xiàn)制動(dòng)抖動(dòng)的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)故障車(chē)輛進(jìn)行測(cè)試及對(duì)關(guān)鍵零部件的檢測(cè)，確定了抖動(dòng)的類(lèi)型。結(jié)合臺(tái)架試驗(yàn)及整車(chē)道路試驗(yàn)的對(duì)比驗(yàn)證，通過(guò)調(diào)整摩擦片的配方，可有效降低整車(chē)制動(dòng)抖動(dòng)。為后續(xù)類(lèi)似問(wèn)題解決提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

制動(dòng)抖動(dòng)；制動(dòng)面厚薄差（DTV）；制動(dòng)力矩波動(dòng)（BTV）

0 引 言

隨著汽車(chē)產(chǎn)品越來(lái)越普及以及多樣化，人們對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品的要求不斷提升。近年來(lái)，汽車(chē)NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度）性能已成為汽車(chē)廣告的主打內(nèi)容之一。人們對(duì)車(chē)輛舒適性的要求成為購(gòu)車(chē)的一個(gè)重要參考因素。在目前的NVH客戶(hù)抱怨中，制動(dòng)抖動(dòng)及制動(dòng)噪聲占據(jù)很大比例；針對(duì)某車(chē)型高速制動(dòng)抖動(dòng)進(jìn)行了分析及優(yōu)化研究，為類(lèi)似抖動(dòng)現(xiàn)象分析提供一定的經(jīng)驗(yàn)。

1 概 述

1.1 制動(dòng)抖動(dòng)分類(lèi)

制動(dòng)抖動(dòng)是車(chē)輛在一定速度范圍內(nèi)制動(dòng)時(shí)，車(chē)輛的制動(dòng)踏板、轉(zhuǎn)向盤(pán)、車(chē)身地板及座椅出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象。根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理主要分為冷抖動(dòng)與熱抖動(dòng)。冷抖動(dòng)主要出現(xiàn)在車(chē)輛冷態(tài)啟動(dòng)后產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，主要由于制動(dòng)盤(pán)因加工、安裝、磨損及腐蝕等原因造成幾何不規(guī)則變化導(dǎo)致制動(dòng)壓力或制動(dòng)力矩波動(dòng)，一般制動(dòng)盤(pán)溫度低于200 ℃。

熱抖動(dòng)主要在車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)制動(dòng)后制動(dòng)盤(pán)溫度超過(guò)300 ℃進(jìn)行制動(dòng)后產(chǎn)生抖動(dòng)，在溫度降低后，抖動(dòng)現(xiàn)象減弱或消除。主要由于制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)盤(pán)DTV（Disc Thickness Variation，制動(dòng)面厚薄差）剛開(kāi)始被摩擦片壓縮有所減小，隨著溫度的升高，制動(dòng)盤(pán)DTV逐漸增大，制動(dòng)結(jié)束后達(dá)到最大，隨著溫度降低逐漸復(fù)原[1]。區(qū)別于冷抖動(dòng)，熱抖動(dòng)在制動(dòng)盤(pán)初始的DTV及LRO（Lateral Run-Out，端面跳動(dòng)）較小的情況下，依然可能出現(xiàn)制動(dòng)抖動(dòng)。除此之外，制動(dòng)抖動(dòng)與制動(dòng)盤(pán)和摩擦片間局部不均勻熱膨脹金屬材料相變相關(guān)[2]。制動(dòng)抖動(dòng)嚴(yán)重影響著車(chē)輛行駛的安全性及舒適性。

1.2 制動(dòng)抖動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理

制動(dòng)抖動(dòng)主要由制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)不同路徑傳遞至其他系統(tǒng)，從而導(dǎo)致不同形式的抖動(dòng)。傳遞路線(xiàn)如圖1所示，主要的激勵(lì)源為制動(dòng)壓力波動(dòng)（Brake Pressure Variation， BPV）和制動(dòng)力矩波動(dòng)（Brake Torque Variation，BTV），其中BPV主要通過(guò)制動(dòng)管路傳遞至制動(dòng)踏板，表現(xiàn)為制動(dòng)踏板抖動(dòng)；BTV通過(guò)懸架系統(tǒng)傳遞至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車(chē)身兩大系統(tǒng)，前者通過(guò)轉(zhuǎn)向節(jié)系統(tǒng)，傳遞至轉(zhuǎn)向盤(pán)，表現(xiàn)為駕駛轉(zhuǎn)向盤(pán)抖動(dòng)，后者通過(guò)車(chē)身將抖動(dòng)傳遞至地板，使車(chē)內(nèi)乘客及駕駛員感到明顯的抖動(dòng)[3]。

BPV與BTV的產(chǎn)生主要由制動(dòng)盤(pán)DTV和LRO超差引起，特別是熱態(tài)時(shí)，隨著溫度的升高，DTV與LRO會(huì)相應(yīng)變大。如圖2所示，LRO超差主要與制動(dòng)盤(pán)幾何尺寸、初始跳動(dòng)、初始DTV及熱變形性能有關(guān)；摩擦系數(shù)的波動(dòng)主要與制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)、涂層和摩擦片的配方、MPU（Material Pick Up，材料轉(zhuǎn)移）及壓縮比有關(guān)，需要同時(shí)關(guān)注初始狀態(tài)及熱態(tài)情況時(shí)各指標(biāo)的變化情況[4]。

圖1 制動(dòng)抖動(dòng)傳遞路線(xiàn)

圖2 BPV/BTV影響因素

2 問(wèn)題分析

2.1 問(wèn)題描述

某車(chē)型上市一年后客戶(hù)反映高速制動(dòng)工況會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤(pán)及地板抖動(dòng)。通過(guò)走訪(fǎng)調(diào)查，抱怨里程主要集中在3萬(wàn)～4萬(wàn)km，抱怨車(chē)輛在冷車(chē)狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，多不存在抖動(dòng)現(xiàn)象；經(jīng)過(guò)高速行駛（車(chē)速100 ～120 km/h）并多次制動(dòng)后，輕踩制動(dòng)踏板時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤(pán)及地板抖動(dòng)，抖動(dòng)一旦出現(xiàn)，會(huì)越來(lái)越大，在低速行駛制動(dòng)時(shí)仍然可以再現(xiàn)，車(chē)輛如果長(zhǎng)時(shí)間停放（比如過(guò)夜停放），再次冷車(chē)啟動(dòng)時(shí)，抖動(dòng)狀況暫時(shí)消失，見(jiàn)表1。綜上，判定該現(xiàn)象屬于熱抖動(dòng)。此外，被抱怨的車(chē)輛有山路或高速駕駛經(jīng)歷。

2.2 檢測(cè)與分析

2.2.1 靜態(tài)檢測(cè)

為進(jìn)一步分析，對(duì)制動(dòng)盤(pán)DTV、跳動(dòng)、卡鉗拖滯力矩及摩擦片磨損量進(jìn)行檢測(cè)。表1中2#、3#車(chē)輛的左側(cè)制動(dòng)盤(pán)DTV均大于20 μm且熱抖動(dòng)現(xiàn)象劇烈，1#、4#車(chē)輛DTV值較小，在10 μm左右且抖動(dòng)輕微。當(dāng)制動(dòng)盤(pán)DTV超過(guò)15 μm，有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員會(huì)感受到輕微抖動(dòng)；當(dāng)DTV大于20 μm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的抖動(dòng)。目前車(chē)輛主要為熱抖動(dòng)，冷態(tài)時(shí)無(wú)顯著抖動(dòng)現(xiàn)象，由于DTV增長(zhǎng)主要集中在車(chē)輛左側(cè)，右側(cè)無(wú)顯著增長(zhǎng)，抖動(dòng)激勵(lì)分布不均，解釋了2#、3#車(chē)輛無(wú)顯著冷抖動(dòng)的原因。

表1 故障車(chē)信息表

通常卡鉗拖滯力矩及摩擦片的偏磨損是導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)DTV快速增長(zhǎng)的原因之一。根據(jù)圖3及圖4進(jìn)行拖滯力矩及磨損量檢測(cè)，并按照?qǐng)D3依次從點(diǎn)1至點(diǎn)8進(jìn)行外片、內(nèi)片的磨損量測(cè)量，所得的磨損量見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)卡鉗的拖滯力矩及摩擦片磨損量的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，4輛車(chē)輛的拖滯力矩均在4 Nm要求范圍內(nèi)，摩擦片各點(diǎn)間磨損量差值均小于1 mm要求，沒(méi)有出現(xiàn)顯著的偏磨損現(xiàn)象。

圖3 摩擦片磨損量檢測(cè)點(diǎn)

表2 摩擦片拖滯力矩及磨損量

圖4 卡鉗拖滯力矩試驗(yàn)臺(tái)

2.2.2 臺(tái)架動(dòng)態(tài)檢測(cè)

通過(guò)動(dòng)態(tài)制動(dòng)臺(tái)架測(cè)試檢測(cè)BTV，模擬測(cè)試整車(chē)行駛狀態(tài)下制動(dòng)力矩的波動(dòng)情況，見(jiàn)表3。對(duì)BTV的評(píng)價(jià)主要有制動(dòng)力矩最大差值及制動(dòng)力矩變化率兩個(gè)指標(biāo)。其中制動(dòng)力矩最大差值為連續(xù)的波峰波谷之間的制動(dòng)力矩最大差值；制動(dòng)力矩變化率為制動(dòng)力矩最大差值除以平均制動(dòng)力矩的百分比。試驗(yàn)分別選取兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，磨損后狀態(tài)為抱怨車(chē)輛上拆下的制動(dòng)盤(pán)及摩擦片，新?tīng)顟B(tài)1、新?tīng)顟B(tài)2為出廠(chǎng)的新制動(dòng)盤(pán)及新摩擦片。臺(tái)架試驗(yàn)采用制動(dòng)慣量臺(tái)LINK3900進(jìn)行，如圖5所示，磨損后狀態(tài)BTV最大差值為288.4 Nm，新?tīng)顟B(tài)下為121.85 Nm，磨損后較新?tīng)顟B(tài)增大了1.37倍。根據(jù)BTV參考要求，新?tīng)顟B(tài)盤(pán)片組合BTV最大差值需控制在50 Nm以?xún)?nèi)，這樣可減小由于BTV引起的DTV增長(zhǎng)量及增長(zhǎng)速度。按照此要求，目前BTV值較大，需要進(jìn)行優(yōu)化。

表3 BTV試驗(yàn)結(jié)果

圖5 BTV試驗(yàn)臺(tái)架

3 優(yōu)化方案及驗(yàn)證

由圖2可知，摩擦系數(shù)的波動(dòng)對(duì)DTV增長(zhǎng)及BTV結(jié)果有直接影響，目前制動(dòng)盤(pán)及摩擦片相關(guān)檢測(cè)均符合設(shè)計(jì)要求，調(diào)整摩擦片配方進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證及分析。采用配方2開(kāi)展試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。新?tīng)顟B(tài)3#、4#均采用配方2，其BTV最大差值平均值為31.3 Nm，較配方1平均值121.85 Nm降低了74.3%；BTV變化率平均值為4.7%，較配方1平均值15.8%降低了70.3%，BTV得到明顯改善。

表4 不同配方摩擦片BTV試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)BTV臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，摩擦片配方2對(duì)抖動(dòng)改善效果明顯，為進(jìn)一步驗(yàn)證整車(chē)表現(xiàn)，將配方1及配方2分別搭載整車(chē)進(jìn)行道路耐久試驗(yàn)，并在敏感里程段進(jìn)行抖動(dòng)主觀評(píng)價(jià)，見(jiàn)表5。1#與2#車(chē)搭載新?tīng)顟B(tài)配方2摩擦片，3#與4#車(chē)搭載原狀態(tài)配方1摩擦片，在行駛3萬(wàn)km時(shí)分別進(jìn)行抖動(dòng)評(píng)價(jià)，搭載配方2摩擦片的車(chē)輛抖動(dòng)評(píng)分為9.5分、8分，無(wú)明顯抖動(dòng)；搭載配方1摩擦片的車(chē)輛抖動(dòng)評(píng)分為3.5分、4分，熱抖動(dòng)劇烈。整車(chē)抖動(dòng)評(píng)價(jià)與BTV試驗(yàn)結(jié)果一致，配方2摩擦片對(duì)該車(chē)型高速制動(dòng)熱抖動(dòng)具有顯著改善作用。

表5 整車(chē)道路試驗(yàn)抖動(dòng)評(píng)價(jià)

續(xù)表5

4 結(jié) 論

針對(duì)某車(chē)型高速行駛出現(xiàn)制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)制動(dòng)盤(pán)、摩擦片及卡鉗關(guān)鍵影響參數(shù)的檢測(cè)及分析，確定抱怨工況類(lèi)型，采用BTV臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)抱怨零部件及批量新?tīng)顟B(tài)零部件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，鎖定制動(dòng)力矩優(yōu)化點(diǎn)。通過(guò)改變摩擦片配方，經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)及整車(chē)雙重驗(yàn)證，說(shuō)明抱怨工況的優(yōu)化效果明顯。

同時(shí)得到經(jīng)驗(yàn)，在制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)中開(kāi)展BTV臺(tái)架試驗(yàn)，選取制動(dòng)盤(pán)DTV上限狀態(tài)樣件來(lái)模擬制動(dòng)盤(pán)DTV設(shè)計(jì)極限狀態(tài)，對(duì)該狀態(tài)系統(tǒng)BTV進(jìn)行一定的控制。將初始BTV控制在一定范圍內(nèi)，可有效降低售后熱抖動(dòng)抱怨。此外在整車(chē)制動(dòng)抖動(dòng)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，可結(jié)合道路耐久試驗(yàn)不同里程的抖動(dòng)評(píng)價(jià)來(lái)完善整車(chē)制動(dòng)抖動(dòng)評(píng)價(jià)體系。

[1]尹東曉，張立軍，寧國(guó)寶，等.制動(dòng)力矩波動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2005（2）：117-121.

[2]李運(yùn)超，吳光強(qiáng)，盛云.盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)研究綜述[J].噪聲與振動(dòng)控制，2008(5):9-13.

[3]余卓平，尹東曉，張立軍，等.盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題概述[J].汽車(chē)工程，2005(3):107-111.

[4]陶濤，張國(guó)旺，于義長(zhǎng)，等.摩擦片匹配對(duì)制動(dòng)抖動(dòng)的影響[J].輕型汽車(chē)技術(shù)，2014(3):38-42.

2021-04-06

U463.51+2.04

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.04.007

1002-4581（2021）04-0030-04