制动噪声及振动介绍

1.制动噪音及振动介绍
1.1声学基本术语
声音: 由物体的振动所造成的,并经弹性界质以声波的方式将能量传送出.
频率:单位时间內质点振动的周数(Hz)
声压: 振动强度(Pa)0,00002 < p < 200 [Pa]
为避免以Pa来表达声音或噪音,使用分贝(dB)这个标度。

该标度以20μPa 作为参考声压值，并定义这声压水平为0分贝.
分贝值= 20 log(p/p ref) dB
6.Rattle
7.Clonk
8.Wire-brush
9.
Chirp
10.Creak
1.LF-Squeal
2.HF-Squeal
3.(Hot-)Judder
4.Groan
5.
Moan
制动尖叫(Squeal)是制动刹车时最主要的噪音,可以通过减少振动来最小化噪音.制动时最常见十种噪音及振动问题
1.2制动噪音及振动的分类
500 1 k 10 k 20 k
Hz
Brake Shudder
< 100Hz
Groan Moan
High Frequency Squeal
LF Squeal Wire Brush
Shudder Groan/Moan LF squeal HF squeal Pad
Calliper
Rotor
Knuckle
Suspension
Bea r ing
Tire
1.3制动尖叫
1.3.1 一般知识
-由刹车片和制动盘摩擦引起，在一个或多个共振频率下发生；
-主要由制动盘发出，制动盘充当了扩音器的功能。

影响低频尖叫的主要因素(低频尖叫1-3KHz)
制动盘制动钳转向节悬挂刹车片
-盘厚度偏差-钳体-刚性-刚度-摩擦系数-材质-支架-模态频率-模态频率-材质
-表面处理-紧固件-材质/质量/ -材质/质量/ -尺寸形状
阻尼特性阻尼特性
-导向支架-减振片
-活塞尺寸/材质
1.3.3 模拟制动尖叫时各部件的形态
10 modes
100 modes
40 modes40 modes
1.3.4制动盘动态模型
横波
纵波切线运动平面剪切
1.4 制动噪音Groan
1.4.1制动噪音Groan
-制动噪音Groan是一种小于600Hz的低频噪音
-通常坐在车内的乘客能感觉到
-由车体结构的共振所引起
1.4.2 噪音Groan的特点
-车身随制动前倾时
-车速较低时
-在自动档车很容易发生
-噪音表现为一连串的有节奏的震动
-这种连续有节奏的震动是由于刹车片和制动盘间的蠕动
现象产生的
1.4.3造成Groan 噪音的潜在因素
-刹车片热变形
-刹车片/制动盘之间以及刹车片/卡钳之间的压力分布
-制动盘变形,即表面起槽,形成波纹及表面处理形态等
-摩擦力与速度
-卡钳刚度
-轴套刚度
1.5 制动噪音Moan
制动噪音Moan的特点
-人耳可以听到的这类噪音为小于500Hz
-通常与制动部件、轴以及悬挂系统的刚性有关
Moan 的发生条件
-车速较低
-很小或者没有制动压力
-制动转向或非制动转向时
Moan 噪音发生的潜在原因
-制动与悬挂装置之间处于锁死状态
-刹车片和制动盘以及卡钳与刹车片的压力分布
-非制动拖滞力矩
1.6 制动抖动Shudder
•主要由悬挂系统和转向系统共振造成的
•驾驶者可通过方向盘,地板,仪表盘,坐椅,刹车踏板等感觉到
•一般由轮胎压力变化，部件不平衡转动以及制动扭矩偏差造成•振动频率为5 到100Hz ,并受轮速变化的影响
•抖动的感觉与共振的频率大小，车辆本身的敏感性如传动路径，分系统的共振频率及阻尼特性都有关系
制动扭距变化和
方向盘振动示例
•由制动扭矩偏差产生的颤抖叫“制动颤抖或抖动”
•制动颤抖可进一步分为以下几种情况:
-热抖动=> 制动温度> 200 C
-冷抖动=> 制动温度< 200 C
-新车抖动= 新制动部件
-湿颤抖=制动部件进水
-高速颤抖=> 130kph
2. 当前工业应用
2.1 制动噪音抱怨
•60%
•20%
•5%
•15%
•other
•Groan/Graunch/Moan
•Shudder
•Squeal
60%5%
15%20%
2.2 各国对制动要求
4
2
4
3
清洁程度
3434磨损2312性能1121制动噪音控制澳大利亚
日本欧洲美国
2.3 解决制动尖叫的工具
调查、分析及验证工具
-整车测试
-台架测试(制动角总成和底盘)
-实验模态测试
-模拟
-温度记录法
-摩擦
一般的解决方案
消除激发噪声的源头(倒角设计,摩擦材料配方优化)
增加阻尼(摩擦材料加底料(减振层),制动盘和加减振片)
消除制动部件耦合的状态
改变接触面的压力分布
2.4 整车测试
•整车测试最终判断降噪方案成功与否
•典型的测试程序(北美)
LACT: Standard brake noise and wear validation test
Different routes for each OE(洛杉矶路试)
DST: Detroit Suburban Traffic, mainly for DTV
Others: Mojacar(Spain), Gross Glockner(Austria)•噪声等级
Rating Disturbance
10 None
9 Not detectable
8 Trace
7 Very light
6 Light
5 Moderate
4 Loud
3 Very loud
2 Severe
1 Intolerable
2.5 噪声测试-台架实验
•在可控环境下提供验证试验
•低成本, 高效率, 针对性强，比路试快捷
•典型的测试程序如下：
-AK : European originated procedure (mainly drag
stops)
-SAE J2521 : Developed after AK with additional
inertia stops
-Simulated LACT : A series of stops similar to LACT
driving conditions
-GM, Toyota, Ford etc
•声压数据一般通过这些测试得到
2.6 模态测试及分析
分析刹车尖叫的工具
-加速度仪
-激光振动扫描仪
-激光全息摄影术
-声音全息摄影术
•容易安装. 8小时完成一次标准测试. •非全息照相术快照，噪声需持续数秒
•针对制动噪音振动形态的快照分析
Nastran •摩擦水平和结构阻尼2.7 NVH 常用的分析软件Abaqus
2.8 摩擦
使用电子显微镜观察制动盘上的转移膜
2.9温度记录。