某车型制动抖动研究

摘 要：制动抖动是由制动引起的车辆振动现象，主要表现为方向盘、制动踏板以及车身的低频振动，是影响汽车 NVH 性能的重要因素。文章以某 SUV 制动抖动为研究对象，对车辆制动抖动进行测试，研究车辆发生制动抖动的触发条件，同时提出制动抖动改善措施。

前言

制动抖动是汽车售后市场上出现较多的问题之一。同时，人们对车辆乘坐舒适性的要求不断提高，制动抖动也是汽车企业着重研究的问题。某款车型 SUV 存在制动抖动问题，为研究引起制动抖动的因素，对该 SUV 进行制动抖动试验。

1 制动抖动机理分析

制动抖动是由制动引起的车辆振动现象，主要表现为方向盘、制动踏板以及车身的低频振动，通常振动频率为 10-20Hz。制动过程从驾驶员踏下制动踏板开始，制动液推动活塞运动，摩擦片与制动盘逐渐建立摩擦并产生制动力矩，车辆最终在地面摩擦力的作用下实现减速。在摩擦片与制动盘接触摩擦的过程中，制动盘厚薄差、制动盘端跳会导致摩擦面高低不平，由此引起制动力矩的波动，制动力矩波动进一步引起转向节的振动。目前，制动盘的加工工艺已经很先进，但依然无法避免制动盘厚薄差的出现。而由于装配精度问题，制动盘端跳亦是无法避免。这也导致了制动过程中会不断的产生激励。制动过程是减速的过程，由此产生的激励为与轮速相关联的由高到低的扫频，当激励频率与前悬系统频率重合时就会引起系统的共振。通常情况下制动盘的二阶激励是主要的振动成分，二阶振动峰值主要出现在 10-20Hz，刚好与车辆前悬系统频率接近。当制动盘处于常温状态时由制动盘厚薄差、端跳引起的抖动称为冷抖动。随着制动次数的增加制动盘的温度不断升高，当温度达到一定高度时制动盘会产生热变形，温度每升高 250℃大约会产生 10um 的厚薄差。由制动盘热变形引起的制动抖动称为热抖动。如果热变形与制动盘加工产生的厚薄差刚好相互抵消，车辆则变现为冷抖、热不抖；若热变形加剧了制动盘厚薄差，则车辆热抖动更为剧烈。一般认为有以下传递路径将振动传递至驾驶室：

1. 转向节-转向横拉杆-方向盘

2. 转向节-悬架-车架-车身

3. 转向节-制动管路-制动踏板

2 制动抖动测试分析

2.1 传感器布置

使用 DEWESoft 数据采集前端进行数据采集，LMS Test. Lab 软件进行数据分析，光电传感器采集半轴转数，PCB 三向加速度传感器采集振动加速度。本次试验主要研究激励源与响应的关系，对于传递路径不做研究。分别在激励源及车内响应点布置传感器。

表 1  传感器布置

2.2 测试分析

2.2.1 制动盘厚薄差对抖动的影响

为研究制动盘厚薄差对制动抖动的影响，选取四组不同厚薄差的制动盘分别进行制动测试，同时尽量保证其他影响因素的一致性。

根据主观感受，分别取方向盘 Y 向，座椅导轨 X 向，制动踏板 Z 向，卡钳 Y 向二阶振动信号做对比分析。

图 1  方向盘二阶振动   图 2  座椅导轨二阶振动

图 3  踏板二阶振动    图 4  卡钳二阶振动通过数据处理可以发现，可以看出各位置二阶加速度大小随着制动盘厚薄差的增加而增大。各位置二阶振动峰值出现在 550rpm 左右。

（1）式中：Va——车速；r——车轮滚动半径；n——半轴转速；

（2）式中：f——频率；O——阶次；n——半轴转速；通过公式（1），可计算得出车辆发生抖动的速度为 75km/h 左右；通过公式（2），可计算出车辆发生共振的频率为 18Hz 左右。

2.2.2 制动盘端跳对抖动的影响

表 5  制动盘厚薄差、端跳值

2.1.3 测试结论

该款 SUV 制动抖动发生车速为 75km/h 左右，抖动的频率为 18Hz 左右。制动盘厚薄差、制动盘端跳是引起制动抖动的直接原因，车辆抖动程度与制动盘厚薄差及制动盘端跳的大小呈正相关的关系。

图 5 方向盘二阶振动      图 6 座椅导轨二阶振动

图 7 踏板二阶振动         图 8 卡钳二阶振动

3 制动抖动改善方案

通常认为制动盘厚薄差是引起制动抖动的主要原因，通过测试分析可以发现制动盘端跳对于抖动的影响也是不能忽视的。而有试验表明，制动盘的端跳会随着车辆行驶里程的增加逐渐的转化为制动盘的厚薄差，这也是多数抖动问题出现在车辆具有一定的行驶里程之后的重要原因。从控制“源” 的角度来考虑，以下措施可以改善抖动问题：

（1）提高制动盘端跳、制动盘厚薄差的控制要求；

（2）提高制动盘与轴承安装面的加工精度要求；（3）对安装螺栓力矩严格把控，保证各个螺栓打紧力矩相同。（4）做好前期有限元分析，设计合适的结构，尽量减小制动盘的热变形。通过主观评价、客观分析可以得知，所测车辆在制动盘厚薄差为 22um 时，存在较为轻微的抖动。不同的车辆对激励源产生的抖动的敏感性是不同的，抖动敏感性较低的车辆即便使用较大厚薄差的制动盘依然可以表现良好。也就是车辆在抖动“传递路径”上做的比较好。从传递路径上控制抖动可从以下方面考虑：

1. 调整摆臂衬套的刚度、阻尼，“抑制”转向节的振动，或“吸收”转向节的振动；

2. 调整转向机力，“抵消”掉部分由转向节传递到方向盘的力。

4 结束语

通过对某款 SUV 的抖动测试，从“激励源”研究了制动抖动问题。同时提出了可借鉴的改善制动抖动的方案。

作者：宋令辉，吕静波，范伯策

单位：华晨汽车工程研究院