基于某平臺多款車型制動噪聲匹配研究

杜曉豐，潘 盼，魏志偉，劉 杰，田常浩Du Xiaofeng，Pan Pan，Wei Zhiwei，Liu Jie，Tian Changhao

基于某平臺多款車型制動噪聲匹配研究

杜曉豐，潘 盼，魏志偉，劉 杰，田常浩
Du Xiaofeng，Pan Pan，Wei Zhiwei，Liu Jie，Tian Changhao

（北京新能源汽車股份有限公司，北京 100176）

零部件的通用性是基于開發平臺進行車型及系統設計與驗證的基礎。作為汽車制動系統選型的基礎部件，所設計的前后制動器總成應具有最優的通用性；另外，制動器總成設計不僅須滿足制動效能的要求，還應兼顧汽車制動時乘員的舒適性和噪聲污染的量級。針對2款車型介紹基于某平臺開發過程中制動器通用化選型設計策略，研究制動噪聲匹配設計的內在機理，并分析所選車型制動噪聲匹配試驗的性能表現，為基于同平臺開發其他車型提供經驗。

車型開發平臺；零部件通用性；制動效能；制動噪聲；匹配驗證

0 引 言

車輛的平臺化開發以大眾汽車為典型代表，各整車企業均不斷借鑒其發展經驗。在基于平臺的車型開發過程中，須盡量使所設計的零部件產品具有較強的通用性，其規格選型應當在開發平臺規劃初期完成，這種設計的優勢為：1）產品系列趨于凝練化，針對日益多樣化、復雜化的車型設計開發過程，可通過搭積木方式實現若干系列零部件選取；2）產品適用性逐漸增強，使開發周期縮短和技術成本降低。

值得注意的是，汽車制動系統的匹配和開發需滿足國際及國內標準對制動效能的主客觀要求，同時考慮車輛制動過程中乘員的舒適性和環境變量對制動噪聲的潛在影響。其中，制動噪聲日益受到汽車工業界的廣泛關注，逐漸成為未來汽車產業的攻關難題；其產生機理十分復雜，制動器的結構特征、材料特性、裝配精度、摩擦片的磨損、制動盤厚薄差、環境件的結構特征和環境溫度、濕度、制動力、車速的變化都會產生不同頻率和響度的制動噪聲[1]。

制動噪聲主要分為結構噪聲和空氣噪聲2類，結構噪聲通過車身或底盤的機械結構進行傳播的制動噪聲，空氣噪聲通過汽車內、外循環的空氣進行傳播，這2類噪聲不同程度地影響著駕乘人員感受。制動噪聲具有隨機性、時變性、瞬時性等特征，依據自激振動理論分析制動噪聲的產生機理：摩擦耦合引發制動器各部件模態參數匹配不當，導致系統不穩定性增強，最終產生自激振動并形成制動噪聲。對人產生影響的制動噪聲頻率范圍一般從幾十赫茲至上萬赫茲，可按照噪聲頻段及發生環境有針對性地進行優化。

1 制動器選型

基于某平臺的2款首發典型基礎車型的主要參數見表1。

表1 整車參數

經過系統選型計算，車型1和車型2的制動器性能參數可共用，即所設計的制動摩擦副具有一定的通用性，其總成關鍵性能參數見表2。

表2 共用制動器總成關鍵性能參數

2 制動噪聲臺架匹配的影響因素

SAE J2521 《盤式制動噪聲試驗標準》[2]是汽車行業內公認的制動噪聲臺架匹配評價標準，在實際應用中，通常結合自身經驗進行相應調整。結合汽車制動噪聲的產生機理及影響因素對上述2款車型進行進一步分析，將環境因素和車速等作為固定值，將汽車結構參數中的懸架桿系、襯套、輪轂軸承、制動盤、制動鉗等等效地視為對照變量，主要對與螺旋彈簧、減振器和轉向節硬點相關的參數以及試驗慣量進行分析，具體見表3。

表3 制動噪聲臺架匹配參數對比

續表3

對比分析表3可知，車型1和車型2的變量參數僅存在較小的差異，而且減振器阻尼的差異并非影響制動噪聲匹配的關鍵因素，因此初步確定同平臺開發時，2款車型的制動摩擦副具有通用性。鑒于2款車型的開發周期不完全重合，同平臺進行制動噪聲臺架匹配時，以車型1為主要開發驗證對象，車型2為輔助開發驗證對象。

3 制動噪聲開發匹配及驗證

在制動噪聲開發匹配之前，需要了解制動噪聲的分類及其主要來源，圖1為制動噪聲的主要類別及相應的潛在激發源。

圖1 噪聲的主要類別及相應噪聲源

3.1 噪聲的分類

（1）Shudder（judder）（5～100 Hz）：屬于汽車制動時的常見噪聲，主要由車輛懸架系統及轉向系統共振產生。輪胎壓力發生變化時，部件旋轉不平衡性及制動扭矩偏差均增大，產生振動。駕乘人員感受到的振動不僅與共振頻率相關，而且與車輛自身結構（傳動系統的形式、各部件自身的共振頻率等）相關[2]。

（2）Moan（小于500 Hz）：在車輛處于低速行駛狀態且制動壓力很小或幾乎不存在時極易產生。其產生機理通常與制動零部件、軸和懸架系統的剛性，制動與懸架裝置是否處于相對位置鎖死狀態，摩擦片和制動盤、制動鉗與摩擦片的壓力分布，以及非制動拖滯力矩等5個方面有關。

（3）Groan（500～600 Hz）：通常能被駕駛員直接感受到，汽車制動時車身俯仰角發生明顯變化，自動擋汽車制動時這種現象尤為顯著。這類由車身的前傾及后仰引起的噪聲表現為連續的、周期性振動，是由摩擦片與制動盤間的蠕動產生，出現概率較低，主要影響因素包括摩擦片熱變形效應，摩擦片與制動盤之間、摩擦片與制動鉗之間的壓力分布，制動盤的變形效應，以及摩擦力、車速、卡鉗剛性、軸套剛性等。

（4）Squeal（1 000～3 000 Hz）：由車輛運動過程中制動系統與懸架結構間固有頻率的耦合引起。

（5）Middle Frequency Squeal（3 000～6 000 Hz）一般由制動系統的隨機運動引起，可能與摩擦片的材料、制動盤的機械結構及材質等密切相關，此外還可能與整車懸架系統相關，汽車制動時此類噪聲出現的概率較大。

3.2 模態仿真

振動分析方法主要基于系統自激振動理論，摩擦耦合導致制動器各部件模態參數匹配不當，引起系統不穩定，誘發系統自激振動產生，最終表現為制動噪聲。制動噪聲與制動盤的摩擦材料特性及具體結構形式等有關，須在制動器結構設計初期進行模態解耦分析與處理。圖2為制動盤的模態分析。

3.3 噪聲匹配測試

通過制動噪聲臺架對影響噪聲的外部因素進行測試及分析，結構型式及布置方式如圖3所示。其中，臺架裝具采用軟裝具（1/4懸架總成），這種方式有利于探測制動試驗中的低頻尖嘯噪聲，試驗過程按照SAE J2521標準進行。

臺架匹配共驗證17種摩擦片總成方案，最終根據匹配結果篩選對比，分別確定車型1前、后制動摩擦片的產品方案，試驗結果如圖4、圖5所示。

注：ND為垂向，T為切向。

圖3 制動噪聲臺架結構型式及布置方案

將確定的車型1前、后制動摩擦片搭載在車型2的噪聲匹配臺架上進行測試驗證，試驗結果分別如圖6和圖7所示。

對比車型1、車型2的試驗結果，2款車型的前制動器制動噪聲頻率非常接近，但相同工況下二者的噪聲發生率略有不同（車型2較車型1增加22.3%，不成倍增加通常認定不存在風險）。2款車型的噪聲發生率相近(車型1和車型2的前制動器噪聲發生率分別為0.59%和0.63%，后制動器噪聲發生率分別為0.71%和0.98%)，前、后制動器的制動噪聲匹配及試驗結果在目標允許范圍內（SAE J2521中定義的優秀等級為噪聲發生率≤1.25%）；而且2款車型的噪聲匹配曲線表現出良好的集中性(圖4～圖7中噪聲發生點分布都較為集中，未出現多個散發點)，將其作為通用零部件可能引起安全事故的風險較小。總體上，前、后制動器的通用化不會帶來安全風險。

圖4 車型1前制動器的噪聲匹配結果

圖5 車型1后制動器的噪聲匹配結果

圖6 車型2的前制動器噪聲匹配結果

圖7 車型2的后制動器噪聲匹配結果

3.4 制動噪聲道路試驗

在黃山專用試驗場，對車型1和車型2進行16 000 km制動噪聲道路測試，2款車型試驗時間間隔8個月，試驗行駛路線包括山路和高速路。2款車型的制動噪聲路試結果整體表現較好，車型1的前、后制動器噪聲發生率分別為0.231%和0.112%，車型2的前、后制動器噪聲發生率分別為0.282%和0.087%，2款車型試驗數據較為一致，總體上滿足同平臺制動器總成匹配開發的要求。

4 結 論

基于某多車型開發平臺開展制動器總成選型匹配及測試的臺架及道路試驗，考察不同車型在相同工況下制動器效能表現的差異，最終判定制動器總成平臺通用的可行性。結果表明，在底盤硬點、懸架剛度、軸荷與分配比差異較小的情況下，制動器總成通用化設計帶來的安全隱患較小，零部件通用性較好，2款車型制動噪聲發生工況及頻率較為接近，并且實車試驗與臺架測試結果吻合程度較高，所選用的臺架試驗與實車試驗可以互相驗證，所提出的基于多車型開發平臺的制動噪聲匹配及測試方案合理有效。

[1]吳天玉. 制動噪音分析研究[J]. 南方農機, 2017(14)：195.

[2]SAE.盤式制動噪聲試驗標準：SAE J2521[S].SAE，2001.

[3]張立軍，陳前銀，刁坤，等. 摩擦襯片開槽方式對盤式制動器摩擦尖叫的影響[C]//中國汽車工程學會.中國汽車工程學會年會論文集.北京：中國汽車工程學會，2013.

1002-4581（2021）05-0020-04

U463.51

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.05.006

2021-07-14