鞏飛，藍(lán)翔

（長(zhǎng)安馬自達(dá)汽車有限公司，江蘇 南京 211100）

動(dòng)面生銹對(duì)低里程制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象的影響研究

鞏飛，藍(lán)翔

（長(zhǎng)安馬自達(dá)汽車有限公司，江蘇 南京 211100）

基于某車型持續(xù)出現(xiàn)的低里程制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象的調(diào)查研究，分析了該車型出現(xiàn)低里程制動(dòng)抖動(dòng)的可能性原因。通過(guò)鹽霧處理模擬制動(dòng)盤(pán)自然銹蝕過(guò)程，并實(shí)車路試再現(xiàn)了該車型低里程制動(dòng)抖動(dòng)發(fā)生過(guò)程，提出了制動(dòng)面生銹不均勻是造成低里程制動(dòng)抖動(dòng)的主要原因的結(jié)論。

制動(dòng)抖動(dòng)；低里程；DTV；制動(dòng)面生銹再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)

CLC NO.: U472.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-51-04

前言

盤(pán)式制動(dòng)器是轎車的常用制動(dòng)形式，盤(pán)式制動(dòng)器在制動(dòng)效能、制動(dòng)方向的穩(wěn)定性及制動(dòng)效能的恒定性方面較鼓式制動(dòng)器有優(yōu)異表現(xiàn)，因此，目前轎車大多采用前盤(pán)后鼓或者四輪全部是盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)形式。

但是，盤(pán)式制動(dòng)器也有不盡人意之處，那就是制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題。制動(dòng)抖動(dòng)是盤(pán)式制動(dòng)器常見(jiàn)故障之一，表現(xiàn)為某一車速范圍內(nèi)制動(dòng)時(shí)方向盤(pán)、制動(dòng)踏板甚至車身底板抖動(dòng)。在20世紀(jì)80年代之前，人們對(duì)汽車的研究、設(shè)計(jì)還停留在汽車的動(dòng)力性和使用性方面。制造技術(shù)落后，質(zhì)量低下，不可能把制動(dòng)抖動(dòng)作為重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行研究。到20世紀(jì)80年代，人們開(kāi)始注意到這一問(wèn)題，尤其是近年來(lái)，汽車的行駛安全性和乘坐的舒適性成為人們對(duì)汽車性能關(guān)注的熱點(diǎn)，制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題就顯得越來(lái)越突出，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，是近年來(lái)用戶投訴的熱點(diǎn)之一[1]。

1、制動(dòng)抖動(dòng)的原因和機(jī)能分析

制動(dòng)抖動(dòng)在各種類型的車輛中均有發(fā)生，制動(dòng)抖動(dòng)不僅嚴(yán)重影響了車輛的舒適性，增加了駕駛員的疲勞和誤操作的可能，同時(shí)隨著制動(dòng)抖動(dòng)過(guò)頻，也加速了相關(guān)制動(dòng)部件的提早損壞，從而影響了行車的安全性[2]。

對(duì)于車輛制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生原因及影響因素前期研究已經(jīng)提出了理論分析，通常認(rèn)為新車在行駛5000-10000km左右才會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，研究表明制動(dòng)抖動(dòng)是由于制動(dòng)力矩的波動(dòng)BTV（Brake torque variation）造成的，產(chǎn)生制動(dòng)力矩波動(dòng)的主要因素是制動(dòng)盤(pán)的厚薄差DTV(Disc thickness variation)和制動(dòng)盤(pán)在安裝狀態(tài)下的端面跳動(dòng)，其中制動(dòng)盤(pán)厚薄差是引起制動(dòng)力矩波動(dòng)的最主要原因，而端面跳動(dòng)引起的虛擬厚薄差在量值上大約為其1/10左右，制動(dòng)盤(pán)厚薄差對(duì)制動(dòng)抖動(dòng)的影響遠(yuǎn)大于端面跳動(dòng)的影響[3]。試驗(yàn)表明，在一定的車況下15μm的厚薄差，細(xì)心的司機(jī)就能感覺(jué)到制動(dòng)抖動(dòng)[4]。

關(guān)于制動(dòng)抖動(dòng)產(chǎn)生的原因及機(jī)理目前已研究的主要理論如下：

（1）制動(dòng)盤(pán)非制動(dòng)狀態(tài)的磨損

制動(dòng)盤(pán)非制動(dòng)狀態(tài)磨損不僅是難于避免，而且影響較大。浮動(dòng)式制動(dòng)鉗解除制動(dòng)之后往往不能立即回位或完全回位，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)和摩擦塊之間始終在局部上有輕微的接觸[1]。同時(shí)，由于制動(dòng)盤(pán)端面跳動(dòng)的存在就會(huì)造成制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生偏磨，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期非制動(dòng)狀態(tài)下的偏磨會(huì)引起制動(dòng)盤(pán)厚薄差DTV值增大，最終導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)邊緣處的DTV超差產(chǎn)生制動(dòng)抖動(dòng)[5]。制動(dòng)盤(pán)跳動(dòng)量和制動(dòng)盤(pán)的材質(zhì)都是影響制動(dòng)盤(pán)偏磨而產(chǎn)生厚度差的因素。

（2）制動(dòng)盤(pán)熱變形

制動(dòng)盤(pán)的熱變形主要表現(xiàn)為制動(dòng)過(guò)程中的熱翹曲和不均勻熱點(diǎn)[6]。制動(dòng)盤(pán)在制動(dòng)過(guò)程中由于摩擦的作用將使溫度升高，制動(dòng)盤(pán)外圈的線速度相對(duì)內(nèi)圈而言其線速度要高，因此，外圈的溫度就會(huì)更高，在外圈產(chǎn)生一個(gè)熱環(huán)，而這個(gè)熱環(huán)不可能均勻規(guī)則，會(huì)成為一個(gè)個(gè)的熱點(diǎn)或熱點(diǎn)區(qū)域，其溫度最高可達(dá)1000℃，制動(dòng)盤(pán)的巨大溫差會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)發(fā)生翹曲變形，其結(jié)果是產(chǎn)生了制動(dòng)盤(pán)厚薄差，這就是所謂的制動(dòng)盤(pán)熱翹曲變形。

（3）轉(zhuǎn)移膜理論

制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)盤(pán)和剎車片磨屑組成的摩擦膜不斷轉(zhuǎn)移，受各種因素的影響造成轉(zhuǎn)移膜在圓周上分布不均，從而產(chǎn)生厚度上的差別，造成制動(dòng)抖動(dòng)[7]。

（4）制動(dòng)盤(pán)表面腐蝕生銹

長(zhǎng)期暴露在潮濕環(huán)境中，制動(dòng)盤(pán)表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕生銹，鐵銹分為紅繡和黑銹。紅繡一般在下雨之后產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)若干次制動(dòng)之后會(huì)脫落與制動(dòng)沒(méi)有直接關(guān)系，黑銹經(jīng)過(guò)多次制動(dòng)也無(wú)法脫落[3]。

2、某車型低里程制動(dòng)抖動(dòng)案例分析

2.1 問(wèn)題描述

某車型用戶持續(xù)反饋車速在60-120km/h行駛在高速路，輕踩制動(dòng)踏板（約4.9m/s2的減速度）制動(dòng)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)向盤(pán)、制動(dòng)踏板及車身底板抖動(dòng)，更換前制動(dòng)盤(pán)后制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象消失，問(wèn)題排除。抖動(dòng)車輛行駛里程均在100-400km左右，里程較低。對(duì)制動(dòng)抖動(dòng)故障車輛進(jìn)行方向盤(pán)抖動(dòng)角加速度測(cè)量，結(jié)果如圖5，方向盤(pán)抖動(dòng)角加速度峰值為切向角加速度3.93m/s2，綜合角加速度為3.0m/s2，實(shí)車駕駛感受抖動(dòng)現(xiàn)象明顯。

對(duì)抖動(dòng)車輛輪轂制動(dòng)盤(pán)安裝面端面跳動(dòng)、制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)、硬度、機(jī)械性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行全尺寸測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示抖動(dòng)相關(guān)的幾何尺寸DTV（標(biāo)準(zhǔn)<15μm）及制動(dòng)面端面跳動(dòng)(標(biāo)準(zhǔn)<17μm)超差，如下表：

檢查抖動(dòng)車輛制動(dòng)盤(pán)外觀，在制動(dòng)盤(pán)面均存在一塊淺色光亮區(qū)域，與制動(dòng)面其他深色區(qū)域分界明顯。測(cè)量該區(qū)域制動(dòng)盤(pán)厚度均較其他區(qū)域小，造成制動(dòng)盤(pán)DTV超差。

該車型出現(xiàn)制動(dòng)抖動(dòng)的車輛里程均較低（<500km），故判斷制動(dòng)抖動(dòng)產(chǎn)生原因與高里程(>5000km)制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象不同，非耐久原因?qū)е?。調(diào)查抖動(dòng)車輛信息，所有抖動(dòng)車輛制造日期至銷售日期停放時(shí)間均超過(guò)60天。調(diào)查采用同樣材質(zhì)及技術(shù)要求的制動(dòng)盤(pán)的其它車型，無(wú)類似低里程制動(dòng)抖動(dòng)故障抱怨，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)該車型開(kāi)發(fā)初期為改善制動(dòng)噪音而選用了弱磨削性的無(wú)銅材料的摩擦片。

2.2 可能原因分析

綜合以上制動(dòng)抖動(dòng)理論及該車型制動(dòng)抖動(dòng)的現(xiàn)象分析，推測(cè)導(dǎo)致該車型低里程制動(dòng)抖動(dòng)產(chǎn)生的原因如下：

（1）該車型新車長(zhǎng)時(shí)間（超過(guò)60天）停放，制動(dòng)盤(pán)與空氣接觸的表面產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，銹層較厚，而被摩擦片覆蓋的區(qū)域由于摩擦片采用高堿性材料，因此銹蝕程度較輕，銹層較薄。

（2）制動(dòng)面銹蝕嚴(yán)重的區(qū)域在制動(dòng)后紅繡很快去除，但附著在制動(dòng)面硬度較高且黏附性強(qiáng)的黑銹由于該車型采用了弱磨削性的摩擦片去銹能力不足，因此很難去除，導(dǎo)致該區(qū)域制動(dòng)盤(pán)厚度增厚。而被摩擦片覆蓋的區(qū)域則只有很少的紅繡，很容易去除。由于兩區(qū)域制動(dòng)后厚度存在差異因此造成制動(dòng)盤(pán)DTV超差并產(chǎn)生制動(dòng)抖動(dòng)。

3、抖動(dòng)現(xiàn)象模擬再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)如圖5，其中制動(dòng)盤(pán)48h鹽霧處理相當(dāng)于自然條件下銹蝕60天。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 抖動(dòng)方向盤(pán)角加速度

對(duì)實(shí)驗(yàn)件制動(dòng)盤(pán)、摩擦片鹽霧處理后裝車進(jìn)行路試抖動(dòng)角加速度測(cè)量，在時(shí)速60-120km/h輕踩制動(dòng)踏板以4.9m/s2（0.5G）的減速度制動(dòng)，測(cè)試人員明顯感到制動(dòng)踏板、方向盤(pán)、車身底板抖動(dòng)。方向盤(pán)抖動(dòng)角加速度峰值為切向角加速度3.65m/s2，綜合角加速度為2.72m/s2，如圖7，抖動(dòng)現(xiàn)象、角加速度值與故障車輛相似，確認(rèn)抖動(dòng)故障實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)制動(dòng)盤(pán)尺寸

對(duì)實(shí)驗(yàn)件完成路試后進(jìn)行拆解及尺寸測(cè)量發(fā)現(xiàn)DTV、制動(dòng)面端面跳動(dòng)明顯增大并超差。

對(duì)制動(dòng)盤(pán)厚度分布進(jìn)行測(cè)量，制動(dòng)盤(pán)厚度分布測(cè)量結(jié)果如圖8，數(shù)據(jù)顯示測(cè)量點(diǎn)4、5、6位置制動(dòng)盤(pán)厚度明顯較薄。

檢查實(shí)驗(yàn)件實(shí)驗(yàn)后制動(dòng)盤(pán)外觀，厚度測(cè)量點(diǎn)4、5、6位置為左、右制動(dòng)盤(pán)鹽霧處理時(shí)摩擦塊覆蓋位置，該區(qū)域厚度較薄且實(shí)驗(yàn)后出現(xiàn)如圖9所示淺色區(qū)域，與非摩擦片覆蓋深色區(qū)域分界明顯，制動(dòng)面狀態(tài)與制動(dòng)抖動(dòng)故障件制動(dòng)面狀態(tài)相似。

4、結(jié)論

（1）通過(guò)制動(dòng)盤(pán)模擬自然生銹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)再現(xiàn)了故障車輛制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象及制動(dòng)盤(pán)生銹制動(dòng)后制動(dòng)面厚度分布狀態(tài)；（2）DTV超差是造成該車型車輛出現(xiàn)低里程制動(dòng)抖動(dòng)的主要原因；

（3）DTV超差的根本原因是車輛長(zhǎng)時(shí)間停放由于高堿性摩擦塊覆蓋作用導(dǎo)致制動(dòng)面表面生銹不均勻，由于采用了弱磨削性的摩擦塊導(dǎo)致制動(dòng)后制動(dòng)面銹層較厚區(qū)域殘留了較難去除的黑銹，因此在制動(dòng)面形成深色及淺色兩種厚度相差較大的區(qū)域；

（4）通過(guò)以上車輛抖動(dòng)案例分析及模擬自然生銹再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了制動(dòng)盤(pán)生銹是導(dǎo)致車輛出現(xiàn)低里程制動(dòng)抖動(dòng)的主要原因。

改善措施及建議：

（1）制動(dòng)盤(pán)防銹處理

新車下線后在車輛前輪輪轂加覆輪轂保護(hù)膜或采用室內(nèi)停車場(chǎng)停放，可以有效防止由于長(zhǎng)時(shí)間停放在潮濕環(huán)境及淋雨造成的制動(dòng)盤(pán)生銹，降低車輛出現(xiàn)低里程制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象的故障率；

（2）長(zhǎng)時(shí)間停放車輛定期除銹作業(yè)

新車停放時(shí)間超過(guò)一個(gè)月需要進(jìn)行除銹處理，具體方法是用第2檔（20-30km/h）開(kāi)500m并多次輕踩制動(dòng)，然后快速用力做3次強(qiáng)烈制動(dòng)，然后檢查制動(dòng)盤(pán)面并重復(fù)以上除銹過(guò)程直至制動(dòng)面銹層全部除去；

（3）摩擦片設(shè)計(jì)變更

更改摩擦片材料，采用強(qiáng)磨削性材料的摩擦片，不僅在制動(dòng)時(shí)可以去除制動(dòng)盤(pán)表面紅銹還可以去除硬度較高較難去除的黑銹，防止制動(dòng)面不同厚度氧化膜區(qū)域出現(xiàn)造成DTV超差。但同時(shí)摩擦片磨削性增強(qiáng)后通常表面硬度會(huì)增大往往容易產(chǎn)生制動(dòng)噪音及降低制動(dòng)器制動(dòng)效能，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。

[1] 汽車盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題的研究[J].陳紅，陳永林.內(nèi)燃機(jī)與配件，2013，(2).

[2] 汽車制動(dòng)抖動(dòng)發(fā)生機(jī)理研究[M].尹東曉[M]同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，上海，2006.

[3] 凱美瑞2.40G轎車制動(dòng)抖動(dòng)的故障原因及排除[J].程正茂.汽車維修，2013.1.

[4] 制動(dòng)抖動(dòng)現(xiàn)象及控制措施[J].尹東曉，寧國(guó)寶.北京汽車，2005（3）.

[5] 汽車制動(dòng)抖動(dòng)分析的研究[M].韓建榮.南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，南京，2008.

[6] 盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)機(jī)理和控制研究[J].王強(qiáng)，齊鋼，崔海峰.機(jī)械設(shè)計(jì)及制造，2010（5）.

[7] 制動(dòng)抖動(dòng)機(jī)理及改進(jìn)方案分析[J].胡強(qiáng).工業(yè)技術(shù)，2012（9）.

TheInfluenceOfBrake Disc Rust On Low Mileage Brake Judder Car Study

Gong Fei, Lan Xiang
（Changan Mazda Automotive Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 211100）

Based on the phenomenon study oflow mileage brake judder car , analyze the possible reason . Simulate the brake disc natural rust by salt spry treatment, reappearance the process of the car low mileage brake judder phenomenon. The conclusion is the brake disc surface rust is major reason of the car low mileage brake judder.

Brake judder；Low mileage；DTV；Brake disc Surface rust Reappearanceexperiment

U472.7

A

1671-7988(2015)06-51-04

鞏飛，就職于長(zhǎng)安馬自達(dá)汽車有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，擔(dān)任底盤(pán)制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師。