关于车辆制动Rattle噪声问题的改进措施分析

尹青春、李姮

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

液压盘式制动器结构技术成熟、应用广泛，目前被大量使用在各型汽车上，但制动噪声一直以来却是困扰各大汽车厂商的售后难题之一。提高产品生产质量固然可以降低问题产生的几率，但最根本的解决措施还是应该从设计改进入手。

Rattle 噪声作为制动噪声比较普遍的一种，在工作生活中也是时常会遇到，笔者结合实际工作经验在这里重点分析Rattle 噪声问题。通过对这类问题进行分析和改进，整理出合适的经验方法，可方便以后在工作中处理类似的问题，提供工作思路，提高工作效率。

1 Rattle 噪声类型和产生原因

Rattle 噪声车辆在非制动状态下颠簸路面行驶时，制动器发生的金属撞击声音，在制动时消失。常见的Rattle 产生原因介绍如下。

1.1 制动片与支架敲击

车辆在颠簸路面或不规则路面低速行驶时（低于30 km/h），如果制动片与支架的配合间隙过大，当受到来自于颠簸路面的冲击时，制动片与支架发生金属碰撞，导致敲击噪声。当制动时，在制动力作用下，制动片与制动盘完全贴紧，制动片无相对移动，噪声消失。

1.2 导向销敲击

车辆在颠簸路或不规则路面低速行驶时（车速一般低于30 km/h），如果导向销与支架销孔的配合间距过大，或者导向销与橡胶衬套的过盈尺寸较小，当受到来自于颠簸路面的冲击时，导向销与支架销孔壁发生金属碰撞，或者橡胶衬套的过盈量不足以消除冲击，无法缓冲金属碰撞，导致敲击噪声。当制动时，导向销与支架销孔无相对移动，噪声消失。

1.3 制动片与制动盘敲击

车辆在颠簸路或不规则路面低速行驶时（车速一般低于30 km/h），如果制动片与制动盘存在间隙，当受到来自于颠簸路面的冲击时，制动片与制动盘发生碰撞，导致敲击噪声。当制动时，在制动力作用下，制动片与制动盘完全贴紧，噪声消失。

2 改进措施分析

根据Rattle 噪声的原因分析，分别对应从3 个方面提出改进方案。

2.1 支架改进

针对制动片与支架敲击产生的Rattle 噪声，可采用支架改进的方法解决。支架的改进主要是支架槽宽尺寸的变化，该方案使制动片与支架的配合间隙的公差最小化，改善敲击（图1）。

图1 支架更改前后对比图

首先，需对支架改进后进行刚度强度分析。在0.6g 的减速度工况下，数据显示改进前后的卡钳支架最大应力均为325 MPa，卡钳支架的变形量均为0.16 mm。改进后的支架与改进前的支架均满足要求，且强度基本没有变化。

其次，需对支架改进后进行固有频率分析。具体测试方法为，对每个支架同一位置进行敲击，3 次取平均值，再取M1～M10的十阶频率作为结果，要求变化率在3%以内。具体测试结果如图2所示，改进后的支架固有频率基本没有变化。

图2 固有频率更改前后对比图

2.2 导向销及衬套改进

针对导向销敲击所产生的Rattle 噪声，可采用导向销及衬套改进的方法解决。通过增加导向销与销孔以及衬套的配合过盈量，以增加导向销和衬套之间的滑移力，可以抑制由于壳体在轴向方向的窜动，所导致的摩擦片与制动盘面撞击产生的噪声，以及导向销在销孔内晃动产生敲击销孔的噪声。改进尺寸如图3所示，导向销尺寸由5.65 mm 增大到5.75 mm，可增大导向销与销孔过盈量；衬套尺寸1 由9.30 mm 减小为9.10 mm，衬套尺寸2 由10.38 mm 减小为10.18 mm，可增大导向销与防尘罩过盈量。

图3 导向销及防尘罩尺寸更改设计图

以上更改，使导向销与支架销孔的配合间隙的公差最小化，增大橡胶衬套过盈以进一步缓冲敲击。

2.3 回位弹簧片改进

针对制动片与制动盘敲击所产生的Rattle 噪声，可采用回位弹簧片改进的方法解决。回位弹簧片主要改进措施为，去除橡胶层以及特氟隆涂层，不锈钢部分厚度从0.40 mm 改为0.50 mm。由表1可以看出，改进后的弹簧片回位力增加，最大应力无明显区别。该方案优化壳体和摩擦片滑移力，优化滑动卡簧支撑力，保持盘片间隙，进一步抑制制动片撞击支架、制动片撞击制动盘产生的Rattle 噪声。

表1 弹簧片改进前后应力对比

3 更改后的配合间隙计算结果

制动片与支架、导向销和支架销孔改进前后的间隙计算结果对比如表2所示。

表2 间隙计算结果对比

4 台架验证

针对上述改进措施进行台架验证。测试设备根据随机路谱自动计算总的振动能量，然后基于总的振动能量，设备随机设置振动参数（表3）。

表3 台架参数设置

卡钳按照实车装车角度制作夹具，麦克风与卡钳中心线对齐，距离卡钳300.00 mm，具体台架安装如图4所示。试验过程的配置以及测试结果如下。

图4 试验样件台架设置图

（1）模拟制动片与支架名义配合间隙，零件均为当前状态（改进前）；设置制动片与支架开槽切向间隙为0.40 mm，制动片与支架开槽径向间隙为0.56～0.64 mm，测得振动噪声为62 dB。

（2）模拟制动片与支架名义配合间隙，缩小支架开槽尺寸；设置制动片与支架开槽切向间隙为0.40 mm，制动片与支架开槽径向间隙为0.56～0.64 mm，测得振动噪声为52 dB。

（3）模拟制动片与支架名义配合间隙，使用0.50 mm 回位弹簧，使用改进的导向销和防尘罩；设置制动片与支架开槽切向间隙为0.10 mm，制动片与支架开槽径向间隙0.33～0.43 mm，测得振动噪声为31 dB。

（4）模拟制动片与支架最大设计间隙，缩小支架开槽尺寸，使用0.50 mm 回位弹簧，使用改进的导向销、防尘罩；设置制动片与支架开槽切向间隙0.36 mm，制动片与支架开槽径向间隙0.45～0.56 mm，测得振动噪声为35 dB。

（5）模拟制动片与支架极端间隙，缩小支架开槽尺寸，使用0.50 mm 回位弹簧，使用改进的导向销、防尘罩；设置制动片与支架开槽切向间隙0.52 mm，制动片与支架开槽径向间隙0.63～0.67 mm，测得振动噪声为58 dB。

（6）评估导向销单一影响因素，使用当前状态零件，去除内外侧制动片，测得振动噪声为58 dB。

（7）评估导向销单一影响因素，使用改进的导向销、防尘罩，去除内外侧制动片，测得振动噪声为36 dB。

通过以上振动试验结果表明，导向销、防尘罩对于第一种类型的Rattle 噪声改善作用明显；新方案在设计间隙范围内，Rattle 噪声轻微；新方案在极端配合间隙下，Rattle 噪声较明显，但优于当前状态零件。

另外，除了在台架上重点验证振动噪声，还对结构改进后的制动器进行了卡钳滑移力、拖滞力、静态蓄液量以及耗液量等项目的台架验证，验证结果也均满足要求。

5 实车验证

实车验证具体步骤和验证的结果如下。

第一步，使用当前状态零件复现噪声，设置制动片与支架配合的切向间隙为0.07～0.13 mm，制动片与支架配合的径向间隙为0.39～0.45 mm，验证结果有Rattle 噪声。

第二步，在第一步基础上更换为0.50 mm 回位弹簧，设置制动片与支架配合的切向间隙为0.01 mm，制动片与支架配合的径向间隙为0.29～0.35 mm，验证结果无Rattle噪声。

第三步，在第二步基础上，打磨制动片切向尺寸，以达到0.10 mm 的切向间隙，制动片与支架配合的径向间隙为0.29～0.35 mm，验证结果无Rattle 噪声。

第四步，在第三步基础上，打磨制动片耳朵切向尺寸，达到0.38 mm 最大尺寸链计算的切向间隙，制动片与支架配合的径向间隙为0.29～0.35 mm，验证结果无Rattle 噪声。

第五步，在第四步基础上，打磨制动片耳朵径向尺寸，达到0.40 mm 最大尺寸链计算的径向间隙，制动片与支架配合的切向间隙为0.38 mm，验证结果Rattle 噪声有一点，关窗后无法听到，可接受。

第六步，在第五步基础上，继续增加间隙，制动片与支架的切向配合间隙为0.45 mm，制动片与支架配合的径向间隙为0.45 mm，验证结果有Rattle 噪声，关窗后勉强可以接受。

第七步，路试样件准备（新支架+新导向销+新导向销防尘罩+0.5 mm 回位弹簧），并装车进行1 000 km 的路试验证，验证结果无Rattle 噪声。

6 确定改进方案

基于间隙计算、台架验证和实车验证，证明零件配合尺寸设计合理，新方案测试结果可以接受。在名义间隙和设计间隙范围内，Rattle 噪声难以发现；在极端配合间隙下，Rattle 噪声仍然优于当前状态零件。基于消费者的驾驶工况远没有试验时这么苛刻，判断不会有售后市场的噪声抱怨发生，改进措施有效。所以，确定的最终改进方案如下。

（1）支架槽尺寸由14.52 mm 和135.30 mm，更改为14.44 mm 和135.24 mm。

（2）导向销直径加大，由φ5.65 mm 更改为φ5.75 mm。

（3）导向销防尘罩内径收紧，由φ9.30 mm 和φ10.38 mm更改为φ9.10 mm 和φ10.18 mm。

（4）弹簧片厚度更改，材料厚度由0.45 mm 改为0.50 mm。

7 结论

降低Rattle 噪声改进方案如上所述，目前部分措施已在逐步推广，且经过实践证明已取得了不错的效果。但是想要彻底解决包括Rattle 噪声在内的制动噪声问题，还需要不断努力创新产品结构，才能够逐步实现。

在可见的未来，汽车的发展方向将会是模块化、集成化和机电一体化，电子集成式制动系统将会成为未来发展的主流。相对于传统的液压制动系统来说，电子集成式制动系统更容易安装，可靠性更高，结构更紧凑，噪声发生率也会更低，未来必将成为主流趋势。