汽车盘式制动器尖叫研究进展探析

汤丙浩 金成希

浙江亚太机电股份有限公司 浙江 杭州 311200

引言

目前在汽车工业中盘式制动器由于具备优异的性能而得到了非常广泛的应用。但是这种制动器在汽车运行制动过程中会产生尖叫问题，受到了社会的广泛关注。制动尖叫所产生的巨大噪音不仅会对人们的身心健康产生一定程度的损害，而且对于汽车本身的竞争力也会产生一定的影响。目前，很多知名的汽车企业以及大型的研究机构投入了大量的精力来研究这个问题。

1 制动尖叫产生激励

1.1 摩擦特性理论

在相对滑动速度产生变化的时候会导致摩擦系数也产生变化，在这种情况下就会使得整个系统产生粘-滑自激振动现象，一直以来这种现象都被当成是汽车产生制动尖叫的具体原因。但是近年来一些研究人员在针对摩擦特性进行深入分析，并针对多自由度系统的不稳定性进行了深入研究，以此来解释制动尖叫实际的产生机理。Shin在具体针对制动盘面外以及面内运动进行分析的过程中引入了双质量2自由度非线性系统，通过研究认为在滑动速度产生变化的过程中摩擦系数也会相应的出现负斜率变化特性，而这种特性最终导致了整个系统产生了不稳定性。在Popp - Stelter是我提出的动摩擦特性基础上，Yang通过进一步建立3自由度非平滑动力学系统，来具体针对周期运动、拟周期运动以及混沌动力特性进行了深入分析[1]。但是，在大量的实验中发现，当汽车处于恒速运动过程中脱滞制动工况下也会发出尖叫，这就充分说明在针对制动尖叫的产生机理进行解释的过程中摩擦特性解释并不全面。

1.2 自锁-滑动理论

该理论主要是充分利用相对比较简单的2自由的模型，以运动约束层面针对恒定摩擦性条件下的不稳定性进行了深入研究，对整个摩擦过程因为会出现参激振动从而使得提升不稳定现象进行了进一步阐述，与此同时还从系统结构的层面对制动尖叫机理的研究提出了一种新的研究思路。

2 盘式制动器尖叫影响因素分析

制动尖叫由于会受到摩擦系数等多种不同因素的严重影响，因此不同类型的制动器实际产生尖叫的具体原因也会存在较大的差异性。日本曙光制动器工业株式会社在针对盘式制动器制动尖叫具体的影响因素进行总结归纳之后，对盘式制动器尖叫的深入研究提供了具有极高参考价值的依据。在此基础上也形成了以下一些观点。

（1）制动器尖叫的主要影响因素是摩擦系数，随着摩擦系数的不断增大，制动尖叫出现的几率会更高。而摩擦系数会受到温度、湿度、车速、制动压力等多种因素的影响从而产生变化，而对于汽车来说摩擦衬片实际所使用的材料组成成分在很大程度上又会对上述几种因素的具体影响程度产生一定程度的影响。

（2）通过进一步增加制动快阻尼层的厚度并合理的选用消音片, 就能够让制动系统整体的阻力得到进一步增加, 也能够让整个系统受力分布状况得到进一步改善。在此基础上，就能够让不稳定模态实际的发生几率得到有效控制，并明显的改善制动噪声的品质。如果消音片在设计环节出现了不合理的问题，就很可能会导致制动快的刚度产生变化，进而对制动器的一些模态不稳定性产生极大影响[2]。

（3）制动器本身的不稳定性在一定程度上会受到摩擦衬片形状的影响。摩擦片在制作过程中经过倒角、开槽等一系列的加工工具之后，都会导致其具体的接触区域、压力分布状况以及各种模态频率等都产生相应的变化，如果摩擦衬片形状能够保持合理性，能够让整个制动系统的稳定性得到进一步提升，这样就能够有效抑制制动尖叫的产生。

（4）在针对汽车的摩擦衬片、制动盘、支架等相关的结构以及具体高度进行进一步的优化设计，实现各个零部件之间的高度匹配，就能够让整个系统的造成品质得到明显的改善，在一些情况下甚至能够将制动尖叫进行有效消除。

汽车的制动尖叫体现出了比较强的偶发性，同一型号的车型，在相同的工况下运行的时候，一些车辆可能会产生尖叫声，但是另一些车辆则并没有产生尖叫；另外，在一种工况下汽车可能会产生尖叫，但是改变工况之后尖叫声有可能会产生变化甚至消失。这主要是因为汽车的制造、磨损、运行工况等都产生了变化，因此在进行制动系统设计的过程中必须要对上述几种因素进行全面的考虑，将摩擦系数等各种因素敏感度受到来自不稳定指标的影响程度降到最低。而整个设计过程中最为关键的就是对各项质量指标以及信噪比等进行进一步的明确，然后充分结合实际的试验设计，并合理的利用有限元分析方法，对各种控制因素具体的结构尺寸进行进一步的优化设计。

3 制动尖叫抑制新技术分析

虽然目前针对制动尖叫的研究已经取得了一定的成果，但是，对于现在仍然存在的制动器尖叫状况可以知道，不过仍然采用传统的消除技术很难将制动器的尖叫噪声进行有效消除。这个要求必须要采取新技术来有效的抑制制动器产生的尖叫噪声[3]。

充分利用新型的压电材料来针对高频振动实施主动控制，目前在这一领域的研究中已经取了一定的成果，但是这种方式必须要通过有源激励来为整个系统提供充足的能量，这样又会导致汽车整体的生产制造成本以及整体的重量都得到进一步增加。

4 结束语

汽车盘式制动器产生尖叫的具体原理非常复杂，而且随着汽车运行工况的不断变化，其实际的产生机理也会产生一定的差异性。目前在针对这种现象进行研究的过程中还并没有形成完善的分析理论，因此必须要针对不同工矿条件下制动器产生了尖叫噪声与摩擦界面以及各个零件结构等相关因素之间的关系进行深入的分析研究，这样才能对盘式制动器产生尖叫的原理研究起到一定的促进作用。