制动噪音分析研究

制动噪音分析研究
吴天玉
（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）
摘 要：文章阐述了制动噪音产生的机理。

通过对噪音进行分类分析，找出噪音产生的根本原因，提出相应匹配方案，以供参考。

关键词：汽车生产；制动噪声；匹配
中图分类号：TL375.2 文献标志码：A文章编号：1672-3872（2017）14-0195-01
制动噪声是汽车行业内较为关注的品质问题，同时也是行业内难点课题。

在汽车制动时，制动噪音通过底盘系统与车身传输到驾驶舱，其噪音影响驾驶员的驾驶感。

制动噪音具有不可重复性、随机性、时变性、瞬时性、间歇性和不确定性，其产生机理十分复杂，不同制动器的结构特征、装配精度、摩擦片的磨损、制动盘厚薄差等都影响着制动噪声的产生；相同的制动器，在不同的温度、湿度、制动力、车速下制动，也会形成不同的频次制动噪音。

分析制动噪音，主要是通过自激振动理论进行分析，即制动噪声是由摩擦耦合引起和制动器各部件的模态参数匹配不当导致系统不稳定性，从而产生自激振动，形成制动噪音，制动噪音的频率从几十赫兹到上万赫兹，根据不同频率的噪音进行优化，改变整车驾驶乐趣。

1 制动噪音产生机理
盘式制动器系统本身是非线性、时变系统，同时存在大量的不确定因素。

例如摩擦表面由于磨损会产生材料碎屑、硬化薄膜，这些因素的产生、变化以及移除是不确定的或难以确定的，而这些因素会对接触刚度、摩擦特性产生影响，进而影响到系统的动力学特性，同时材料的老化效应也是难以预测的，而老化效应也对系统的动力学特性也产生影响，制动噪音产生机理如下[1]：①制动盘与摩擦片接触区域的瞬时作用产生冲击性激励；②强冲击激励和弱部件模态耦合、弱冲击激励和强部件模态耦合产生制动尖叫；③制动器结构动态参数匹配不当；④制动器结构摩擦闭环耦合系统不稳定。

制动噪音可以分为低频与高频噪音，低频噪音主要由制动盘面外模态和制动钳体、制动钳支架、摩擦片等部件的模态耦合；而高频噪音则主要由制动盘面外模态与摩擦片模态的耦合，摩擦片和制动盘相互作用，除了刚体振动外还发生弹性振动，并且弹性振动是制动尖叫的根源，它们之间运动的耦合对产生制动噪音起到重要作用。

2 制动噪音分类
1）Shudder（judder）（5～100HZ）：制动时常见的一种噪音，主要由车辆的悬架系统和转向系统共振造成。

由轮胎压力变化，引起部件不平衡转动和制动扭矩偏差造成，其抖动的感觉与共振的频率大小，与车辆本身的敏感性（传动路径、子系统的共振频率及阻尼特性）有关系[2]。

2）Moan（小于500Hz）：该类型噪音在车速很低时易出现，在很小或者没有制动压力，或制动转向或非制动转向时产生。

通常与制动部件、轴以及悬架系统的刚性、制动与悬架装置之间处于锁死状态、摩擦片和制动盘以及制动钳与摩擦片的压力分布和非制动拖滞力矩有关。

3）Groan（小于600HZ）：通常坐在驾驶室的驾驶员能感觉到，车身随制动前倾时，在自动档车很容易发生，噪音为一连串的有节奏的震动。

这种连续有节奏的震动是由于摩擦片和制动盘间的蠕动，出现几率低，主要因素为摩擦片热变形、摩擦片与制动盘之间以及摩擦片与制动钳之间的压力分布、制动盘变形、摩擦力与车速、卡钳刚性、轴套刚性相关。

4）Squeal（1000～3000Hz）：由制动器与悬架系统的各零部件之间固有频率耦合引起的。

5）Middle Frequency Squeal（3000～6000Hz）：该类型噪音一般是由制动系统不稳定引起的，通常与摩擦片配方、制动盘结构及材质关系密切，也与整车悬架系统有一定的关系，发生几率高。

3 制动噪音匹配方案
主要内容如下几点：①消除激发噪声的源头（摩擦片增加倒角、摩擦材料配方优化、消音片匹配）；②增加阻尼，摩擦材料加底料（减震层），制动盘和加减震片，制动钳增加谐振块；③改变摩擦片与制动盘接触面的压力分布；④更改制动盘弹性模量；⑤改善制动盘厚薄差；⑥更改摩擦片摩擦系数；⑦改变制动盘热容量；⑧优化制动盘内外面模态；
⑨优化制动盘的散热形式和热变形；⑩优化制动系统各个部件的固有频率，避免产生频率耦合；11减少制动时，产生的制动拖滞力矩；12优化噪音传递路径；13优化制动钳的布置形式；14增加汽车隔音材料（吸引材料包括尼龙、人造丝、聚酯等）。

4 结束语
制动噪声机理复杂，不能依据一个模型进行分析并解决，需做大量的试验进行验证。

相同的制动器在不同的工况下产生的噪音会有不同机理，根据制动噪音频率的不同进行细化分析，确定噪音产生的根本原因，进行噪音优化，并增加试验基数，防止解决方法偶然性，制造噪音涉及到材料学、力学、热学、摩擦学等学科，属于多学科交叉研究领域，影响因素多，需要不断的探索，促进制动噪音机理的研发[3]。

参考文献：
[1]王宣锋,胡宇.盘式制动器摩擦接触状态及其对制动颤振的影响
[J].轻型汽车技术,2000(6):26-36.
[2]张立军.摩擦衬片开槽方式对盘式制动器摩擦尖叫的影响[A].中
国汽车工程学会.面向未来的汽车与交通——2013中国汽车工程学会年会论文集精选[C].中国汽车工程学会,2013:11.
[3]陈实.发动机激励引起的车内结构噪声控制方法[J].南方农机,
2016(6):71-72.
（收稿日期：2017-7-15）
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作者简介： 吴天玉（1989-），男，黑龙江齐齐哈尔人，研究方向：汽车底盘制动。