湯丙浩 金成希

浙江亞太機(jī)電股份有限公司 浙江 杭州 311200

引言

目前在汽車工業(yè)中盤式制動(dòng)器由于具備優(yōu)異的性能而得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是這種制動(dòng)器在汽車運(yùn)行制動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生尖叫問題，受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。制動(dòng)尖叫所產(chǎn)生的巨大噪音不僅會(huì)對(duì)人們的身心健康產(chǎn)生一定程度的損害，而且對(duì)于汽車本身的競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。目前，很多知名的汽車企業(yè)以及大型的研究機(jī)構(gòu)投入了大量的精力來研究這個(gè)問題。

1 制動(dòng)尖叫產(chǎn)生激勵(lì)

1.1 摩擦特性理論

在相對(duì)滑動(dòng)速度產(chǎn)生變化的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)也產(chǎn)生變化，在這種情況下就會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生粘-滑自激振動(dòng)現(xiàn)象，一直以來這種現(xiàn)象都被當(dāng)成是汽車產(chǎn)生制動(dòng)尖叫的具體原因。但是近年來一些研究人員在針對(duì)摩擦特性進(jìn)行深入分析，并針對(duì)多自由度系統(tǒng)的不穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究，以此來解釋制動(dòng)尖叫實(shí)際的產(chǎn)生機(jī)理。Shin在具體針對(duì)制動(dòng)盤面外以及面內(nèi)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析的過程中引入了雙質(zhì)量2自由度非線性系統(tǒng)，通過研究認(rèn)為在滑動(dòng)速度產(chǎn)生變化的過程中摩擦系數(shù)也會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)負(fù)斜率變化特性，而這種特性最終導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生了不穩(wěn)定性。在Popp - Stelter是我提出的動(dòng)摩擦特性基礎(chǔ)上，Yang通過進(jìn)一步建立3自由度非平滑動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，來具體針對(duì)周期運(yùn)動(dòng)、擬周期運(yùn)動(dòng)以及混沌動(dòng)力特性進(jìn)行了深入分析[1]。但是，在大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車處于恒速運(yùn)動(dòng)過程中脫滯制動(dòng)工況下也會(huì)發(fā)出尖叫，這就充分說明在針對(duì)制動(dòng)尖叫的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行解釋的過程中摩擦特性解釋并不全面。

1.2 自鎖-滑動(dòng)理論

該理論主要是充分利用相對(duì)比較簡(jiǎn)單的2自由的模型，以運(yùn)動(dòng)約束層面針對(duì)恒定摩擦性條件下的不穩(wěn)定性進(jìn)行了深入研究，對(duì)整個(gè)摩擦過程因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)參激振動(dòng)從而使得提升不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了進(jìn)一步闡述，與此同時(shí)還從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層面對(duì)制動(dòng)尖叫機(jī)理的研究提出了一種新的研究思路。

2 盤式制動(dòng)器尖叫影響因素分析

制動(dòng)尖叫由于會(huì)受到摩擦系數(shù)等多種不同因素的嚴(yán)重影響，因此不同類型的制動(dòng)器實(shí)際產(chǎn)生尖叫的具體原因也會(huì)存在較大的差異性。日本曙光制動(dòng)器工業(yè)株式會(huì)社在針對(duì)盤式制動(dòng)器制動(dòng)尖叫具體的影響因素進(jìn)行總結(jié)歸納之后，對(duì)盤式制動(dòng)器尖叫的深入研究提供了具有極高參考價(jià)值的依據(jù)。在此基礎(chǔ)上也形成了以下一些觀點(diǎn)。

（1）制動(dòng)器尖叫的主要影響因素是摩擦系數(shù)，隨著摩擦系數(shù)的不斷增大，制動(dòng)尖叫出現(xiàn)的幾率會(huì)更高。而摩擦系數(shù)會(huì)受到溫度、濕度、車速、制動(dòng)壓力等多種因素的影響從而產(chǎn)生變化，而對(duì)于汽車來說摩擦襯片實(shí)際所使用的材料組成成分在很大程度上又會(huì)對(duì)上述幾種因素的具體影響程度產(chǎn)生一定程度的影響。

（2）通過進(jìn)一步增加制動(dòng)快阻尼層的厚度并合理的選用消音片, 就能夠讓制動(dòng)系統(tǒng)整體的阻力得到進(jìn)一步增加, 也能夠讓整個(gè)系統(tǒng)受力分布狀況得到進(jìn)一步改善。在此基礎(chǔ)上，就能夠讓不穩(wěn)定模態(tài)實(shí)際的發(fā)生幾率得到有效控制，并明顯的改善制動(dòng)噪聲的品質(zhì)。如果消音片在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了不合理的問題，就很可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)快的剛度產(chǎn)生變化，進(jìn)而對(duì)制動(dòng)器的一些模態(tài)不穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響[2]。

（3）制動(dòng)器本身的不穩(wěn)定性在一定程度上會(huì)受到摩擦襯片形狀的影響。摩擦片在制作過程中經(jīng)過倒角、開槽等一系列的加工工具之后，都會(huì)導(dǎo)致其具體的接觸區(qū)域、壓力分布狀況以及各種模態(tài)頻率等都產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如果摩擦襯片形狀能夠保持合理性，能夠讓整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升，這樣就能夠有效抑制制動(dòng)尖叫的產(chǎn)生。

（4）在針對(duì)汽車的摩擦襯片、制動(dòng)盤、支架等相關(guān)的結(jié)構(gòu)以及具體高度進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)零部件之間的高度匹配，就能夠讓整個(gè)系統(tǒng)的造成品質(zhì)得到明顯的改善，在一些情況下甚至能夠?qū)⒅苿?dòng)尖叫進(jìn)行有效消除。

汽車的制動(dòng)尖叫體現(xiàn)出了比較強(qiáng)的偶發(fā)性，同一型號(hào)的車型，在相同的工況下運(yùn)行的時(shí)候，一些車輛可能會(huì)產(chǎn)生尖叫聲，但是另一些車輛則并沒有產(chǎn)生尖叫；另外，在一種工況下汽車可能會(huì)產(chǎn)生尖叫，但是改變工況之后尖叫聲有可能會(huì)產(chǎn)生變化甚至消失。這主要是因?yàn)槠嚨闹圃?、磨損、運(yùn)行工況等都產(chǎn)生了變化，因此在進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中必須要對(duì)上述幾種因素進(jìn)行全面的考慮，將摩擦系數(shù)等各種因素敏感度受到來自不穩(wěn)定指標(biāo)的影響程度降到最低。而整個(gè)設(shè)計(jì)過程中最為關(guān)鍵的就是對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)以及信噪比等進(jìn)行進(jìn)一步的明確，然后充分結(jié)合實(shí)際的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并合理的利用有限元分析方法，對(duì)各種控制因素具體的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 制動(dòng)尖叫抑制新技術(shù)分析

雖然目前針對(duì)制動(dòng)尖叫的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但是，對(duì)于現(xiàn)在仍然存在的制動(dòng)器尖叫狀況可以知道，不過仍然采用傳統(tǒng)的消除技術(shù)很難將制動(dòng)器的尖叫噪聲進(jìn)行有效消除。這個(gè)要求必須要采取新技術(shù)來有效的抑制制動(dòng)器產(chǎn)生的尖叫噪聲[3]。

充分利用新型的壓電材料來針對(duì)高頻振動(dòng)實(shí)施主動(dòng)控制，目前在這一領(lǐng)域的研究中已經(jīng)取了一定的成果，但是這種方式必須要通過有源激勵(lì)來為整個(gè)系統(tǒng)提供充足的能量，這樣又會(huì)導(dǎo)致汽車整體的生產(chǎn)制造成本以及整體的重量都得到進(jìn)一步增加。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車盤式制動(dòng)器產(chǎn)生尖叫的具體原理非常復(fù)雜，而且隨著汽車運(yùn)行工況的不斷變化，其實(shí)際的產(chǎn)生機(jī)理也會(huì)產(chǎn)生一定的差異性。目前在針對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行研究的過程中還并沒有形成完善的分析理論，因此必須要針對(duì)不同工礦條件下制動(dòng)器產(chǎn)生了尖叫噪聲與摩擦界面以及各個(gè)零件結(jié)構(gòu)等相關(guān)因素之間的關(guān)系進(jìn)行深入的分析研究，這樣才能對(duì)盤式制動(dòng)器產(chǎn)生尖叫的原理研究起到一定的促進(jìn)作用。