康金濤，袁 軍，吳 膺，韓 翔Kang Jintao，Yuan Jun，Wu Ying，Han Xiang

基于某車型制動抖動優(yōu)化的研究

康金濤1，袁 軍1，吳 膺2，韓 翔2
Kang Jintao1，Yuan Jun1，Wu Ying2，Han Xiang2

（1. 上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122；2. 上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

針對某車型高速路況出現(xiàn)制動抖動的現(xiàn)象，通過對故障車輛進行測試及對關(guān)鍵零部件的檢測，確定了抖動的類型。結(jié)合臺架試驗及整車道路試驗的對比驗證，通過調(diào)整摩擦片的配方，可有效降低整車制動抖動。為后續(xù)類似問題解決提供了經(jīng)驗和借鑒。

制動抖動；制動面厚薄差（DTV）；制動力矩波動（BTV）

0 引 言

隨著汽車產(chǎn)品越來越普及以及多樣化，人們對汽車產(chǎn)品的要求不斷提升。近年來，汽車NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動、聲振粗糙度）性能已成為汽車廣告的主打內(nèi)容之一。人們對車輛舒適性的要求成為購車的一個重要參考因素。在目前的NVH客戶抱怨中，制動抖動及制動噪聲占據(jù)很大比例；針對某車型高速制動抖動進行了分析及優(yōu)化研究，為類似抖動現(xiàn)象分析提供一定的經(jīng)驗。

1 概 述

1.1 制動抖動分類

制動抖動是車輛在一定速度范圍內(nèi)制動時，車輛的制動踏板、轉(zhuǎn)向盤、車身地板及座椅出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象。根據(jù)產(chǎn)生的機理主要分為冷抖動與熱抖動。冷抖動主要出現(xiàn)在車輛冷態(tài)啟動后產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，主要由于制動盤因加工、安裝、磨損及腐蝕等原因造成幾何不規(guī)則變化導(dǎo)致制動壓力或制動力矩波動，一般制動盤溫度低于200 ℃。

熱抖動主要在車輛進行連續(xù)制動后制動盤溫度超過300 ℃進行制動后產(chǎn)生抖動，在溫度降低后，抖動現(xiàn)象減弱或消除。主要由于制動過程中制動盤DTV（Disc Thickness Variation，制動面厚薄差）剛開始被摩擦片壓縮有所減小，隨著溫度的升高，制動盤DTV逐漸增大，制動結(jié)束后達到最大，隨著溫度降低逐漸復(fù)原[1]。區(qū)別于冷抖動，熱抖動在制動盤初始的DTV及LRO（Lateral Run-Out，端面跳動）較小的情況下，依然可能出現(xiàn)制動抖動。除此之外，制動抖動與制動盤和摩擦片間局部不均勻熱膨脹金屬材料相變相關(guān)[2]。制動抖動嚴重影響著車輛行駛的安全性及舒適性。

1.2 制動抖動產(chǎn)生機理

制動抖動主要由制動系統(tǒng)通過不同路徑傳遞至其他系統(tǒng)，從而導(dǎo)致不同形式的抖動。傳遞路線如圖1所示，主要的激勵源為制動壓力波動（Brake Pressure Variation， BPV）和制動力矩波動（Brake Torque Variation，BTV），其中BPV主要通過制動管路傳遞至制動踏板，表現(xiàn)為制動踏板抖動；BTV通過懸架系統(tǒng)傳遞至轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與車身兩大系統(tǒng)，前者通過轉(zhuǎn)向節(jié)系統(tǒng)，傳遞至轉(zhuǎn)向盤，表現(xiàn)為駕駛轉(zhuǎn)向盤抖動，后者通過車身將抖動傳遞至地板，使車內(nèi)乘客及駕駛員感到明顯的抖動[3]。

BPV與BTV的產(chǎn)生主要由制動盤DTV和LRO超差引起，特別是熱態(tài)時，隨著溫度的升高，DTV與LRO會相應(yīng)變大。如圖2所示，LRO超差主要與制動盤幾何尺寸、初始跳動、初始DTV及熱變形性能有關(guān)；摩擦系數(shù)的波動主要與制動盤材質(zhì)、涂層和摩擦片的配方、MPU（Material Pick Up，材料轉(zhuǎn)移）及壓縮比有關(guān)，需要同時關(guān)注初始狀態(tài)及熱態(tài)情況時各指標的變化情況[4]。

圖1 制動抖動傳遞路線

圖2 BPV/BTV影響因素

2 問題分析

2.1 問題描述

某車型上市一年后客戶反映高速制動工況會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤及地板抖動。通過走訪調(diào)查，抱怨里程主要集中在3萬～4萬km，抱怨車輛在冷車狀態(tài)啟動時，多不存在抖動現(xiàn)象；經(jīng)過高速行駛（車速100 ～120 km/h）并多次制動后，輕踩制動踏板時出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤及地板抖動，抖動一旦出現(xiàn)，會越來越大，在低速行駛制動時仍然可以再現(xiàn)，車輛如果長時間停放（比如過夜停放），再次冷車啟動時，抖動狀況暫時消失，見表1。綜上，判定該現(xiàn)象屬于熱抖動。此外，被抱怨的車輛有山路或高速駕駛經(jīng)歷。

2.2 檢測與分析

2.2.1 靜態(tài)檢測

為進一步分析，對制動盤DTV、跳動、卡鉗拖滯力矩及摩擦片磨損量進行檢測。表1中2#、3#車輛的左側(cè)制動盤DTV均大于20 μm且熱抖動現(xiàn)象劇烈，1#、4#車輛DTV值較小，在10 μm左右且抖動輕微。當制動盤DTV超過15 μm，有經(jīng)驗的駕駛員會感受到輕微抖動；當DTV大于20 μm時，會出現(xiàn)明顯的抖動。目前車輛主要為熱抖動，冷態(tài)時無顯著抖動現(xiàn)象，由于DTV增長主要集中在車輛左側(cè)，右側(cè)無顯著增長，抖動激勵分布不均，解釋了2#、3#車輛無顯著冷抖動的原因。

表1 故障車信息表

通?？ㄣQ拖滯力矩及摩擦片的偏磨損是導(dǎo)致制動盤DTV快速增長的原因之一。根據(jù)圖3及圖4進行拖滯力矩及磨損量檢測，并按照圖3依次從點1至點8進行外片、內(nèi)片的磨損量測量，所得的磨損量見表2。通過對卡鉗的拖滯力矩及摩擦片磨損量的檢測發(fā)現(xiàn)，4輛車輛的拖滯力矩均在4 Nm要求范圍內(nèi)，摩擦片各點間磨損量差值均小于1 mm要求，沒有出現(xiàn)顯著的偏磨損現(xiàn)象。

圖3 摩擦片磨損量檢測點

表2 摩擦片拖滯力矩及磨損量

圖4 卡鉗拖滯力矩試驗臺

2.2.2 臺架動態(tài)檢測

通過動態(tài)制動臺架測試檢測BTV，模擬測試整車行駛狀態(tài)下制動力矩的波動情況，見表3。對BTV的評價主要有制動力矩最大差值及制動力矩變化率兩個指標。其中制動力矩最大差值為連續(xù)的波峰波谷之間的制動力矩最大差值；制動力矩變化率為制動力矩最大差值除以平均制動力矩的百分比。試驗分別選取兩個狀態(tài)進行對比試驗，磨損后狀態(tài)為抱怨車輛上拆下的制動盤及摩擦片，新狀態(tài)1、新狀態(tài)2為出廠的新制動盤及新摩擦片。臺架試驗采用制動慣量臺LINK3900進行，如圖5所示，磨損后狀態(tài)BTV最大差值為288.4 Nm，新狀態(tài)下為121.85 Nm，磨損后較新狀態(tài)增大了1.37倍。根據(jù)BTV參考要求，新狀態(tài)盤片組合BTV最大差值需控制在50 Nm以內(nèi)，這樣可減小由于BTV引起的DTV增長量及增長速度。按照此要求，目前BTV值較大，需要進行優(yōu)化。

表3 BTV試驗結(jié)果

圖5 BTV試驗臺架

3 優(yōu)化方案及驗證

由圖2可知，摩擦系數(shù)的波動對DTV增長及BTV結(jié)果有直接影響，目前制動盤及摩擦片相關(guān)檢測均符合設(shè)計要求，調(diào)整摩擦片配方進行對比驗證及分析。采用配方2開展試驗，結(jié)果見表4。新狀態(tài)3#、4#均采用配方2，其BTV最大差值平均值為31.3 Nm，較配方1平均值121.85 Nm降低了74.3%；BTV變化率平均值為4.7%，較配方1平均值15.8%降低了70.3%，BTV得到明顯改善。

表4 不同配方摩擦片BTV試驗結(jié)果

通過BTV臺架試驗驗證，摩擦片配方2對抖動改善效果明顯，為進一步驗證整車表現(xiàn)，將配方1及配方2分別搭載整車進行道路耐久試驗，并在敏感里程段進行抖動主觀評價，見表5。1#與2#車搭載新狀態(tài)配方2摩擦片，3#與4#車搭載原狀態(tài)配方1摩擦片，在行駛3萬km時分別進行抖動評價，搭載配方2摩擦片的車輛抖動評分為9.5分、8分，無明顯抖動；搭載配方1摩擦片的車輛抖動評分為3.5分、4分，熱抖動劇烈。整車抖動評價與BTV試驗結(jié)果一致，配方2摩擦片對該車型高速制動熱抖動具有顯著改善作用。

表5 整車道路試驗抖動評價

續(xù)表5

4 結(jié) 論

針對某車型高速行駛出現(xiàn)制動抖動問題，通過對制動盤、摩擦片及卡鉗關(guān)鍵影響參數(shù)的檢測及分析，確定抱怨工況類型，采用BTV臺架試驗對抱怨零部件及批量新狀態(tài)零部件進行對比試驗，鎖定制動力矩優(yōu)化點。通過改變摩擦片配方，經(jīng)過臺架試驗及整車雙重驗證，說明抱怨工況的優(yōu)化效果明顯。

同時得到經(jīng)驗，在制動系統(tǒng)開發(fā)試驗中開展BTV臺架試驗，選取制動盤DTV上限狀態(tài)樣件來模擬制動盤DTV設(shè)計極限狀態(tài)，對該狀態(tài)系統(tǒng)BTV進行一定的控制。將初始BTV控制在一定范圍內(nèi)，可有效降低售后熱抖動抱怨。此外在整車制動抖動評價環(huán)節(jié)，可結(jié)合道路耐久試驗不同里程的抖動評價來完善整車制動抖動評價體系。

[1]尹東曉，張立軍，寧國寶，等.制動力矩波動臺架試驗研究[J].振動、測試與診斷，2005（2）：117-121.

[2]李運超，吳光強，盛云.盤式制動器制動抖動研究綜述[J].噪聲與振動控制，2008(5):9-13.

[3]余卓平，尹東曉，張立軍，等.盤式制動器制動抖動問題概述[J].汽車工程，2005(3):107-111.

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2021-04-06

U463.51+2.04

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.04.007

1002-4581（2021）04-0030-04