一 概述

  汽車制動系統是汽車底盤系統中關鍵機構，其作用是使汽車以適當的減速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當的穩定速度；使汽車可靠地停在原地或者坡道上。

  現階段伴隨人們私家車輛的不斷增多，制動噪聲引起了人們的廣泛關注，同時人們對汽車品質要求日益提高，市場對制動噪聲也有了較高的關注度，優秀的噪聲表現可以改善客戶體驗，提高產品競爭力，形成產品核心優勢。所以對汽車制動系統噪聲研究有很大的必要性。

  目前應用于汽車上的制動器主要有盤式制動器和鼓式制動器，相對于鼓式制動器來說盤式制動器具有水穩定性好、熱穩定性好、反應靈敏、散熱性能好、較大的制動力矩與尺寸比以及易于保養和修理的優點，因此盤式制動器應用更加廣泛，本文主要介紹盤式制動器噪聲。

二 盤式制動噪聲分類及其概述

 制動噪聲主要根據頻率大小進行劃分，制動噪聲的分布頻率很廣，超過人類一般能接收到的赫茲（20Hz-20000Hz），甚至可以從幾十赫茲到幾十萬赫茲。不同的研究人員對于制動噪聲的分類不同，頻率是被公認的研究制動噪聲的主要特征參數，制動噪聲按頻率大概能分為以下幾類，如圖1.1所示：

圖1.1 噪聲分類示意圖

 第一類為低頻噪聲，主要指頻率在100Hz-1000Hz范圍，低頻噪聲有Groan、Moan、Roughness和Howl等，Groan的頻率范圍在100Hz-600Hz，該噪聲是通過懸架傳遞給車體引起車體結構的共振所引起的，通常坐在車內的乘客能感覺到。當車輛停止并將制動壓力釋放到非常低的水平時，變速器的怠速扭矩將開始以非常低的速度向前移動車輛時容易產生；Moan的頻率范圍在150Hz-500Hz，該噪聲容易出現在扭力梁結構的制動器中，通常與制動部件、軸以及懸掛系統的剛度有關；Roughness的頻率在幾十赫茲到一百赫茲左右，通常可以在駕駛人員踩剎車的時候從制動盤和方向盤感受到，主要是由于制動盤厚薄差（DTV）的變化導致制動力矩（BTV）的波動引起的。總的來說低頻噪聲的影響因素有以下幾點，如圖1.2所示：

圖1.2 低頻制動噪聲影響因素

 第二類為低頻尖叫，主要指頻率在1kHz-4kHz范圍，該噪聲主要是制動盤的耦合共振產生的，此外還與制動鉗體、支架、轉向節和懸架有關聯性影響。低頻尖叫影響因素如圖1.3。

圖1.3 低頻尖叫影響因素

圖1.4 高頻尖叫影響因素

三 盤式制動器噪聲有限元分析

  對于制動系統的振動，主要體現在耦合系統負特征值和自激振動等非穩定振動方面。制動盤與摩擦片摩擦副之間的摩擦系數不是一個恒定的值，與速度有關，是一個隨速度增加而減少的一個變量。當速度發生變化時，摩擦力會出現相應變化，這種變化會對制動系統產生自激振動，當自激載荷形成的激勵頻率與制動系統部件固有頻率接近時，便會引起系統的共振，容易出現負阻尼的非穩態共振，將會產生噪聲。

  目前關于制動噪聲有限元分析的方法主要有以下兩種：基于頻域分析的復模態法和基于時域的瞬態動力學分析。復模態法是指采用限元軟件對制動器進行提取復特征值和模態，根據復特征值求解阻尼比進而判定系統的穩定性。瞬態動力學分析通過對整個制動過程進行模擬，包括制動過程中制動壓力、溫度和摩擦系數隨時間變化而變化，獲得各項參數的時域特性從而判定系統的穩定性。基于時域的瞬態動力學分析方法比較全面地考慮了制動過程中液壓、溫度和摩擦系數隨時間變化的影響，但模型比較復雜，占用計算資源較多；復模態分析方法相比基于時域的瞬態動力學分析方法占用計算資源較少，比較方便準確。本文采用基于頻域分析的復模態法分析制動噪聲，如圖1.5所示為采用非線性工具Abaqus進行復模態分析示意圖。

圖1.5 復模態分析示意圖

 復模態阻尼比的表達式為：

其中,Re_取一個數的實部，Im_取一個數的虛部,λ是復合特征值。圖中顯示阻尼比中的負值代表的是不穩定的模態，同時可以看到，當頻率值為1990Hz時，阻尼比為-0.024，即對應的復合特征求解得到一個相應的不穩定模態，意味著該系統不穩定，可能會存在低頻尖叫噪聲。

圖1.6 不穩定模態云圖

  如圖1.6所示為不穩定模態云圖，為發生低頻尖叫時制動系統的工作振型，低頻尖叫噪聲主要是由于制動盤的模態耦合產生的，可以通過優化制動盤、卡鉗、摩擦片和轉向節等部件的結構和彈性模量來改善低頻尖叫。

參考文獻

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