基于某車型制動抖動優化的研究

康金濤 袁 軍 吳 膺 韓 翔

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

1 前言

隨著汽車的不斷發展，汽車產品也越來越普及化及多樣化，因此人們對汽車產品的要求也不斷提升。近年來，汽車NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能被多次成為汽車產品廣告的主打板塊。可見人們對車輛舒適性的要求成了購車選擇的一個重要因素。而目前的NVH抱怨中，制動抖動及制動噪音占據了很大比例。因此本文針對某車型高速制動抖動進行了分析及優化研究，為類似抖動現象提供一定的分析指導及匹配建議。

2 概述

2.1 制動抖動分類

制動抖動是指車輛在一定速度范圍內，進行制動時車輛產生制動踏板、方向盤、車身地板及座椅抖動的現象。根據產生的機理可主要分為冷抖動與熱抖動。冷抖動主要出現在車輛冷態啟動后產生抖動現象，主要由于制動盤因加工、安裝、磨損及腐蝕等原因造成幾何不規則變化而導致的制動壓力或制動力矩波動，一般制動盤溫度低于200 ℃。

而熱抖動主要在車輛進行連續制動后制動盤溫度在300 ℃以上進行制動后產生抖動，在溫度降低后，抖動現象減弱或消除。主要由于在制動過程中制動盤DTV剛開始被摩擦片壓縮，有所減小，隨著溫度的升高，制動盤DTV逐漸加劇，制動結束后達到最大，并隨著溫度降低，逐漸復原[1]。故區別于冷抖動，熱抖動在制動盤初始周向厚度差(Disc Thickness Variation，簡稱DTV)和斷面跳動(Lateral Run-out，簡稱LRO)較小的情況下，依然可能出現制動抖動。除此之外，還與制動盤與摩擦片間局部不均勻熱膨脹金屬材料相變相關[2]。制動抖動嚴重影響著車輛行駛的安全性及舒適性。

2.2 制動抖動產生機理

制動抖動主要為制動系統通過不同路徑傳遞至其他系統，從而導致不同的形式的抖動表現。傳遞路線如下圖1所示，主要的激勵源為制動壓力波動(Brake Pressure Variation,簡稱BPV)和制動力矩波動，其中制動壓力波動主要通過制動管路傳遞至制動踏板，表現為制動踏板抖動；而另一路徑的制動力矩波動通過懸架系統可傳遞至轉向系統與車身兩大系統，前者通過轉向節系統傳遞至方向盤，表現為駕駛方向盤抖動，而后者通過車身將抖動傳遞至地板，使車內乘客及駕駛員感到顯著的抖動現象[3]。

圖1 制動抖動傳遞路線Fig.1 Brake jitter transmission route

BPV與BTV的產生主要與制動盤的DTV和LRO超差引起的，特別為熱態情況的狀態，隨著溫度的升高，DTV與LRO也會相應變大。具體如圖2所示，LRO的超差主要與制動盤幾何尺寸、初始跳動、初始DTV及熱變形性能有關；摩擦系數的波動主要由制動盤材質及涂層，摩擦片的配方，材料轉移及壓縮比有關，需要同時關注初始狀態及熱態情況時上述指標的變化情況[4]。

圖2 BTV/BPV影響因素Fig.2 BTV/BPV influencing factors

3 問題描述與分析

3.1 問題描述

某車型在上市一年后，根據售后客戶反饋在高速制動工況出現方向盤及地板抖動，因此成立調查小組開展對抱怨車輛相關信息搜集工作及實車試駕評價。通過走訪調查，如下表1抱怨里程主要集中在三至四萬公里，抱怨工況為在經多次制動后，車速為100 km/h～120 km/h輕踩制動踏板時出現方向盤及地板抖動。在冷車狀態制動時，不存在抖動現象，故該現象屬于熱抖動。此外，抱怨車輛多為山路高速駕駛使用習慣。

表1 售后信息表Tab.1 After-sales information sheet

3.2 檢測與分析

3.2.1 靜態檢測

為進一步分析，對制動盤DTV、跳動、卡鉗拖滯力矩及摩擦片磨損量進行了檢測。根據如表1所示，車輛2#及車輛3#的左側制動盤DTV均大于20 μm且熱抖動現象劇烈，而車輛1#及車輛4#相對DTV結果較小在10 μm左右，抖動輕微。一般制動盤DTV在15 μm以上，有經驗的駕駛員會輕微感受到抖動，而大于20 μm以上會出現明顯的抖動感。而目前車輛主要為熱抖動，冷態無顯著抖動現象，由于DTV增長主要集中在車輛左側，右側無顯著增長，抖動激勵被均布弱化，所以可解釋車輛2#及車輛3#無顯著冷抖動。

卡鉗拖滯力矩及摩擦片的偏磨損是導致制動盤DTV快速增長的原因之一。根據表2、圖3及圖4所示，通過對卡鉗的拖滯力矩及摩擦片磨損量的檢測，4輛車輛的拖滯力矩均在要求范圍內，摩擦片磨損量較均勻，沒有顯著的偏磨損現象。

表2 摩擦片拖滯力矩及磨損量Tab.2 Friction plate drag torque and wear

圖3 摩擦片磨損量檢測點Fig.3 Friction plate wear detection point

圖4 卡鉗拖滯力矩試驗臺Fig.4 Caliper drag torque test bench

3.2.2 臺架動態檢測

進一步開展動態制動臺架測試，試驗內容為BTV檢測，來模擬測試整車行駛狀態下，制動力矩的波動情況。試驗分別選取兩個狀態進行對比試驗，磨損后狀態為抱怨車輛上拆下的制動盤及摩擦片，新狀態1及新狀態2為出廠的新盤及新摩擦片。臺架采用LINK公司制動慣量臺LINK3900進行，試驗臺架示意圖及結果如表3及圖5所示，磨損后狀態制動力矩波動值為288.4 N·m，而新狀態平均在121.85 N·m，磨損后增大1.37倍。但根據相關BTV參考要求，新狀態盤片組合制動力矩波動需控制在50 Nm及10%以內，可抑制由于BTV導致的DTV增長量及增長速度。按照上述要求，目前的BTV結果較大，需要進一步做優化研究。

表3 BTV試驗結果Tab.3 BTV test results

圖5 BTV試驗臺架Fig.5 BTV test bench

4 優化方案確定及驗證結果

根據圖2 可知，摩擦系數的波動對DTV增長及BTV結果有著直接影響，而目前制動盤及摩擦片相關檢測均符合設計要求，因此建議調整摩擦片配方來進行對比驗證及分析。挑選配方2開展BTV對比試驗，試驗結果如表4及圖6分析結果所示，新狀態3#及新狀態4#均采用配方2摩擦片，其BTV扭矩波動量平均為31.3 N·m，較原配方1平均波動量121.85 N·m降低74.3%，BTV改善明顯。

表4 不同配方摩擦片BTV試驗結果Tab.4 BTV test results of friction plates with different formulations

圖6 不同配方摩擦片BTV數據對比Fig.6 Comparison of BTV data of friction plates with different formulations

通過BTV臺架試驗驗證，摩擦片配方2對目前抖動抱怨有正向作用，為進一步驗證整車表現，選取配方1及配方2分別搭載整車進行道路試驗，并在敏感里程段進行抖動主管評價。如下表5所示，1#與2#車搭載新狀態配方2摩擦片，3#與4#車搭載原狀態配方1摩擦片，在3萬公里分別安排了抖動評價，配方2摩擦片抖動評分為9.5分及8分，無明顯抖動；配方1抖動評分為3.5分及4分，熱抖動劇烈。整車抖動評價與BTV試驗結果一致，配方2摩擦片對該車型高速制動熱抖動有顯著改善作用。

表5 整車道路試驗抖動評價Tab.5 Jitter evaluation of the whole vehicle road test

5 結論

針對某車型高速出現制動抖動問題，通過對制動盤、摩擦片及卡鉗關鍵影響參數的檢測及分析，確定抱怨工況類型，結合BTV臺架試驗對抱怨件及批量新狀態零件進行對比試驗，鎖定制動力矩優化點。通過改變摩擦片配方，經臺架試驗及整車雙向驗證，對抱怨工況的優化效果明顯。

同時得到如下經驗，在制動系統開發試驗中開展BTV臺架試驗項目，同時選取制動盤DTV上限狀態樣件來模擬制動盤DTV設計極限狀態，對該狀態系統BTV進行一定的控制。將初始制動力矩波動控制一定范圍內，可有效降低售后的相關熱抖動的抱怨。此外在整車制動抖動評價環節中，除目前黃山休寧高速抖動評價外，同時結合耐久道路試驗不同里程的抖動評價，來完善整車制動抖動評價體系。