制动系统各零部件共振分析研究

何俊艺

摘要：无论是国产汽车或者是国外汽车品牌，在生产设计过程中都会面临同样一个问题的困扰，汽车在一定速度行驶下进行紧急制动时，那么制动系统的各个零部件也会随之引起振动，一定程度大小的振动会给零部件的应用带来一定损伤，进而影响到汽车振动系统的应用。对汽车制动系统零部件共振的原因进行分析与研究，就可以找到共振的原因，进而提出具体的解决方案，保障汽车的正常运行。

Abstract： Whether it is a domestic car or a foreign car brand， they will face the same problem in the production and design process. When the car is running at a certain speed and performs emergency braking， the various components of the braking system will also cause Vibration， a certain degree of vibration will bring certain damage to the application of parts， and then affect the application of automotive vibration systems. Analyzing and researching the cause of resonance of automobile brake system components can find the cause of resonance， and then propose specific solutions to ensure the normal operation of the automobile.

关键词：制动系统;零部件;共振;分析

Key words： brake system;parts;resonance;analysis

0  引言

随着社会经济的发展与增长，小汽车已经成为每家每户都会拥有的一项消费品，在过去十几二十年来，国内购买车辆一般都会选择国外品牌，包括日本、德国、美国生产的汽车，国内车辆在生产技术、车辆性能方面远远不如国外汽车品牌。现在，国人更倾向于国产汽车，说明国产汽车品牌的生产工艺与车辆性能在不断提升，满足人们对车辆安全稳定性与经济性的各项指标要求。

汽车在紧急情况下需要紧急制动，并且随着对车辆制动系统的研究，汽车制动系统的应用也在不断进步发展着，功能更趋向于全面化，汽车在紧急制动情况下也能保证其正常的安全运行。但是汽车制动系统如果频繁应用也会给零部件带来损伤，制动系统的制动原理是通过剧烈的摩擦运动引起的，并随之引起振动，频繁的振动会给汽车零部件带来损伤，恶化汽車的平衡制动性，不仅会损坏零部件，最重要的是影响驾驶员的操作，加大驾驶员出现错误操作的概率，频繁的制动会让汽车零部件过早的出现损伤，降低零部件使用寿命，影响到汽车的安全使用性能。因此，对于汽车制动系统引起的振动现象必须进行有效的干预与解决，保证汽车的安全平稳运行。

1  汽车制动系统的分类

汽车在行驶过程中遇到紧急情况需要进行制动，那么就需要启动汽车的制动系统，使行驶过程中的汽车进行强制减速或者停车，或者使下坡行驶的汽车速度保持稳定。这就会用到制动系统，制动系统指的是机动车辆上给车轮施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的专门装置。制动系统的作用是：使处于行驶状态的汽车按照驾驶员的要求进行强制的减速甚至是停车;使已经停驶的汽车可以在各种道路的条件下，包括坡道稳定的驻车;使下坡行驶的汽车速度保持稳定。

在一定程度上保证汽车的安全正常运行，汽车上都会安装制动系统，用于紧急制动。在汽车的制动方式上有很多种，传统的制动方式有鼓式刹车，鼓式刹车就是将力作用于制动蹄片上，通过增加摩擦力的方式来阻止刹车鼓进行转动从而达到制动效果。盘式制动器也是车辆制动系统的一种，不同的是盘式制动器应用于大型货车或者客车，分为钳盘式制动器和全盘式制动器两种。另外，还将电子信息技术应用于制动系统中，即ABS防抱死制动系统，通过轮速感应器传来的脉冲感受汽车轮胎的运行速度，当车辆的轮胎可能发生抱死时，ABS防抱死系统就会立刻发出指令，通过快速开关开来达到控制刹车。ABS防抱死系统是目前轿车都会应用的一种紧急制动系统，既能让轮胎保持转动，也能防止轮胎抱死，最大限度的缩短制动距离，达到稳定制动方向、防止车轮抱死的效果。起初，ABS防抱死制动系统由于价格高昂，只能用于某些高级豪华的汽车，随着科技的进度，目前各种中小型汽车都能够安装ABS防抱死制动系统。还有一种ESC控制系统，这个系统是在ABS的基础上进一步优化改进的，它增加了汽车车身稳定的功能。ECS它是主要通过监测汽车横摆角速度来计算出车辆的实际运动状态，通过方向盘转角和车速计算出驾驶员所期望的运动状态。再通过对二者的差别，来判断车辆是否处于转向不足或者是转向过度的状态，从而进行主动的制动。与此同时也往往会伴随着发动机扭矩的控制。

2  汽车制动系统引起的振动种类

2.1 低频抖动

汽车制动系统引起的振动方式有三种，摩擦程度的不同造成汽车制动系统会引起不同程度大小的振动，从振动程度依次分为低频振动、中频振动和高啸频叫。分析三种程度大小不同的振动，可以从根本上解决制动系统引起的振动。那么，首先分析低频振动，低频振动的频率在10-50Hz范围内，与车速形成一定的正比例关系。引起低频振动的原因主要是制动力矩的波动引起的低频强迫振动，低频振动很容易发现也很容易解决，因此，低频振动目前并不成为影响汽车安全行驶的因素。

2.2 中频颤振

中频颤振的频率在100-1000Hz，中频颤振引起的原因是制动盘和摩擦块之间引起强烈的摩擦，理论上认为，摩擦力速度的负斜率给系统提供了负阻尼，使制动系统处于不稳定的状态，进而引起一定频率的震颤。对于中频颤振的研究已经有很长时间了，但是到目前为止，也没有有效的解决中频颤振的问题。中频颤振是介于低频振动和高频啸叫之间的，对低频振动已经得到了有效的解决，高频啸叫不能有效解决，而中频颤振虽然有了系统的理论解释与解决，但是在实际汽车行驶过程中，中频颤振还是存在的并没有得到有效解决，不能彻底解决，只能从传播途径上进行抑制。

2.3 高频啸叫

高频啸叫是三种振动模式中振动频率最大的一种振动模式，振动频率能达到1000Hz以上，与以上两种振动方式不同，高频啸叫的振动传播是以空气为介质，而对于引起高频啸叫原因的探究从上个世纪就已经开始了，但到目前为止也没有有效的解决。对引起高频啸叫的原因目前有两种理论解释，一种是自激振动，另一种是“热点”理论。自激振动理论的主要观点是摩擦引起的啸叫，当摩擦系数大于系统本身的负阻尼时，系统振动发生发散，就会引起制动的噪声。但是，在随后的学者研究中指出，当摩擦系数为恒定值时，制动系统还是会发出噪声，因而否定了这一理论。而“热点”理论认为制动盘在制动的过程中产生热点进而导致的噪声，但是这一理论也并没有得到有效的验证，究竟高频啸叫究竟是什么原因引起的，而针对“热点”理论这一解释也并没有做出具体的解决措施。

3  制动引起的共振分析

3.1 机理分析

在物理学声学理论中，声音的产生一定是因为振动产生的，而且必须也有振动源，以及传播途径，如果要解决制动引起的振动，那么就要从振动源和传播途径上进行阻断从而达到抑制振动的目的。从上述中低频振动和中频颤振的分析中，可以看出共振的产生一定有振动源，那么找到振动源就可以从根本上解决振动。低频振动的振动源为制动力矩，低频振动一般是发生在车速较低时，当车轮转动一周，由于汽车制动器本身结构的因素而引起制动力矩的变化从而引起振动。但是低频振动可以得到有效的解决。而中频颤振是由于摩擦力的变化，并与周围环境形成系统的振动，而从根本上来看，还是因为制动器的振动从而引起的振动，那么依旧是从振动源上解决。

3.2 传播途径分析

声音传播的介质主要就是空气，如果从振动源上无法解决，那么就要从传播途径上进行阻隔，通过优化传播途径上的系统结构参数来降低传播信号，在传播路径上，各个位置的信号有可能是不同的，在不同位置上要找出这些信号之间的相关联系，确定信号之间存在着某种联系，通过对传播路径分析，可以找出在各个结构上信号的特点与联系，分析各个路径上的信号强度，分析传播信号的主要路径。从主要路径上降低信号的传播性，才可以从根本上解决振动信号的减弱。而传播路径的分析过程并不简单，确定信号传输路径需要整车再现共振现象，从各个机器内部振动频率的幅度来分析主要的传播路径。

4  汽车制动引起共振的对策研究概述

对于汽车制动系统产生的振动必须得到有效的解决与改善，汽车振动就会有噪声，在减少振动的同时也要降低噪声，又要保证司机在操作的过程中不会受到影响，可以从汽车发动机上做出措施，并对制动系统构成的零部件进行防振的处理，以及对车厢内部结构进行声学研究，从而降低带来的噪声，从多个方案上解决振动，寻求出最佳的解决方案。其次，还可以从传播路径上进行解决，加强传播路径上阻尼材料的运用，以及车身的密封状况也可以改进，对无法避免的振动，那么可以加強车身防振材料、防噪声材料的运用与安装，提高汽车内部的密封性能。还有可以对汽车制动系统的零部件结构进行优化，改善振动特性，避免与其他零部件结构产生共振，还可以对汽车内部的空气进行清理，少了传播介质，共振产生的力度也会降低。

5  结语

汽车在紧急制动时车身产生强烈的抖动是正常现象，汽车在正常行驶时一般不会采用紧急制动系统，只有在特殊情况下需要紧急刹车时才会启用紧急制动系统，而由于制动系统内部零部件产生的摩擦会引起零部件之间的共振，而强烈又频繁的振动会降低零部件使用的寿命，干扰司机正常的操作，从而引发安全事故。因此，对于制动系统零部件共振的现象，从产生振动的种类，以及产生振动的原因等一直都有研究，也包括在降低共振现象的措施上也有研究。而解决共振现象无非是从两方面入手，即从振动源和传播途径上入手，或者加强对车身封闭材料的运用，从三方面来有效解决共振现象，从而保证汽车在紧急制动时不会因为强烈抖动对车身造成损害和二次伤害，也能降低发生安全事故的概率。

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