引言

這篇文章主要針對制動噪音里面特別難解決的moan噪音。一般剎車片企業(yè)/制動器總成企業(yè)，解決剎車片噪音投訴時，用的是常規(guī)手段，但常規(guī)手段主要針對高頻噪音，對低頻振動噪音基本無效，本文針對該難題給出了技術(shù)方案，同時，這套方案為廠家、經(jīng)銷商應(yīng)付moan噪音投訴時提供話術(shù)思路。

作者｜鄧海兵 沈炎武

摘要：J.D.Power調(diào)查顯示，制動噪音問題是汽車用戶最為關(guān)注的，也是最經(jīng)常被客戶投訴的問題之一。因此，各汽車研發(fā)機構(gòu)及制造廠已經(jīng)把制動噪音的機理研究、試驗驗證以及設(shè)計預(yù)防與仿真作為重點研究課題。

本文將發(fā)生在某車型上的后輪moan噪音，進行了相應(yīng)的測試、頻譜分析和振動分析，得到了moan噪音的頻率及各零部件的振動特性；并對相關(guān)零件進行了3D建模和有限元計算，得到了系統(tǒng)的固有頻率和模態(tài);通過測試結(jié)果與模態(tài)分析的對比，得出moan噪音產(chǎn)生的原因為卡鉗支架與安裝板的耦合模態(tài)不足，并為后續(xù)優(yōu)化噪音提供了參考方案。

[關(guān)鍵詞]制動器；噪音與振動；頻譜分析；模態(tài)分析；有限元計算

Abstract:J.D.Power surveys shows that the problem of brake noise is one of the most important issues for automobile users and one of the most frequently complained by customers.Therefore,automobile research and development institutions and manufacturers have to study the mechanism of brake noise prevention and simulation,test and design as a key research topic.

We have done the test,spectrum analysis and vibration analysis corresponding Moan noise which occurred in the rear wheel of a certain vehicle,and the frequency of moan noise and vibration characteristics of each component are obtained.In addition,3D modeling and finite element calculation are carried out to obtain the natural frequency and mode of the system.Based on the contrast between the test results and the modality analysis,the reason for the moan noise is that the coupling of the bracket and the mounting board is not enough,and it provides a plan for the subsequent improvement of the moan noise.

[Keywords]:brake;noise and?vibration;
spectrum analysis;modal analysis;finite element calculation

1.研究背景

制動噪音的產(chǎn)生，從微觀來看，制動時摩擦片與制動盤摩擦產(chǎn)生振動，該激勵振動經(jīng)制動系統(tǒng)傳遞，引起底盤相關(guān)系統(tǒng)振動，產(chǎn)生不同頻率的噪音[1]。

制動噪音的研究在國外從1930年就開始，經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)外的研究形成了多種理論。主要的理論有：摩擦特性理論、自鎖-相對滑動（Sprag-Slip）理論、熱點理論和系統(tǒng)不穩(wěn)定理論。其中Sprag-Slip理論和動力不穩(wěn)定理論在行業(yè)內(nèi)的接受程度較大。

制動噪音問題的解決，行業(yè)內(nèi)也主要從制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和實際匹配入手。主要手段有摩擦片開槽倒角、采用不同的消音片、優(yōu)化卡鉗和支架的結(jié)構(gòu)等，這些手段能夠有效解決高低頻尖叫噪音。但對于低頻噪音，還需要從懸架與制動器的耦合入手。文獻[2]認為低頻噪音主要同制動盤和摩擦片之間的相互作用相關(guān)，存在一定局限性。文獻[3]從摩擦片磨損角度分析了后獨立懸架的低頻噪音，沒有對后懸架，尤其是非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特性及與制動器的耦合進行深入研究。

對帶非獨立式后懸的制動器生產(chǎn)低頻制動噪音進行研究，找出對低頻噪音敏感零部件并進行機理研究分析，通過實車采集噪音和振動、有限元分析、方案優(yōu)化及驗證的方式，有效抑制Moan噪音的產(chǎn)生。具體工作如下:

（1）實車采集后輪Moan音，對各零部件進行傳遞路徑振動測量；

（2）對測試數(shù)據(jù)進行處理，排除干擾源影響；

（3）對制動器、扭力梁后懸的三維數(shù)模進行有限元計算分析；

（4）對比有限元分析和整車測試結(jié)果，給出優(yōu)化方向，并在下一車型中進行驗證。

2.某車型Moan噪音的識別

假如想從根本上解決噪音問題，第一項要做的工作就是要找到噪音產(chǎn)生的根源，解決噪音問題必須從源頭入手，否則無論采取何種措施其作用都是極其有限的。另一方面，噪音源識別是極其復(fù)雜的，噪音源診斷的目的就是要從復(fù)雜的聲源系統(tǒng)中，通過采取科學(xué)合理的手段，找出主要聲源的部位、能量分布、頻率特性等，為噪聲控制提供科學(xué)依據(jù)。

某A級轎車，后懸采用扭力梁結(jié)構(gòu)，在路試過程中，后輪出現(xiàn)moan噪音。

對實車噪音情況進行確認，車輛磨合1500km后動態(tài)行駛，低速下后輪發(fā)生明顯“wuwu”摩擦嘯叫異響，車輛在舉升狀態(tài)轉(zhuǎn)動左后車輪亦偶發(fā)類似“wuwu”異響，主觀感覺此“wuwu”異響頻率較低，后扭力梁懸架有共振現(xiàn)象，初步判定此“wuwu”異響即為moan噪音。

對比觀察其他車輛的moan音情況，同時測量后輪拖滯力矩，如表1所示。1#車的左后制動器拖滯力矩偏大，相當(dāng)于摩擦片與制動盤接觸狀態(tài)不穩(wěn)定時即會產(chǎn)生moan噪音。

以上僅是初步鎖定了moan噪音的發(fā)生部位，初步確定了后制動器拖滯力矩偏大與moan噪音的出現(xiàn)有關(guān)，但對于moan噪音的具體頻率特性和振動傳遞路徑仍需進一步確認和分析。

3.Moan噪音的信號數(shù)據(jù)采集

對車輛的moan噪音進行復(fù)現(xiàn)，并通過LMS測試設(shè)備對moan噪音進行信號采集。

首先在駕駛員的右耳位置安裝了一個麥克風(fēng)，用于測量輸出噪音。為了進一步確認噪音的振動及傳遞情況。使用LMS設(shè)備對實車各個點進行測量。分別采集1左鉗體、2左卡鉗支架、3左卡鉗安裝板、4左扭力梁U型板、5左縱臂、6橫梁、7右鉗體、8右卡鉗支架、9右卡鉗安裝板、10右扭力梁連接板、11右縱臂。如圖1、2所示。

△圖1 振動傳感器布置點示意圖

△圖2 實車布置情況

通過軟件安裝路徑或者桌面的快捷方式打開LMS設(shè)備軟件，新建1個項目文件。對傳感器通道進行設(shè)置，通道設(shè)置基本屬于一個Excel表格的布局，每一行代表一個通道，每一列代表通道的一種屬性設(shè)置。校準傳感器靈敏度，示波/采集設(shè)定、在線分析設(shè)定，然后進行采集。

4.Moan噪音頻率特性分析

對實車的moan噪音進行錄音，通過頻率分析軟件對噪音的振動頻率進行分析，發(fā)現(xiàn)噪音的頻率為310Hz。如圖3所示。

△圖3 moan噪音頻率分析圖

采集的到各點的振動加速度如圖4和表2所示。

△圖4 測量點振動圖

從圖4和表2可以看出，moan音發(fā)生的噪音頻率為310Hz時，右卡鉗支架的振動Y向加速度僅為0.38g，而左卡鉗支架的振動Y向加速度最大，達到了1.24g，左邊卡鉗支架是右邊的3.26倍?？ㄣQ支架是激發(fā)moan音的最主要因素。

5.有限元分析

在CATIA中建立制動器總成和扭力梁。制動器總成主要由卡鉗體、卡鉗支架、內(nèi)外摩擦片、制動盤等零件組成，扭力梁主要由縱臂、卡鉗安裝板、U形板、橫梁等零件組成。

△圖5 制動器各零件3D模型

△圖6 扭力梁3D模型

結(jié)合噪音振動分析的結(jié)果，moan音發(fā)生的噪音頻率為310Hz時，左卡鉗支架的振動Y向加速度最大，達到了1.24g。對卡鉗支架和安裝板進行了復(fù)模態(tài)分析。結(jié)果如表3所示，支架和安裝板的1階模態(tài)為327.8Hz，與moan噪音比較接近，2階模態(tài)在500Hz左右，處于moan噪音的高發(fā)頻率范圍之內(nèi)，存在風(fēng)險。

對卡鉗支架和安裝板進行局部加強，如圖7所示。針對優(yōu)化結(jié)果再進行模態(tài)分析，結(jié)果如表4所示。支架和安裝板的2階模態(tài)提高到了600Hz，但1階模態(tài)338.5Hz,仍然與moan噪音頻率比較接近，仍有一定風(fēng)險。

△圖7 支架和安裝板局部優(yōu)化

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由于卡鉗支架與摩擦片、制動盤等零件的空間間隙比較小，加強和優(yōu)化空間有限，因此重點對安裝板進行優(yōu)化，提出了4個方案，如圖8所示。針對優(yōu)化結(jié)果再進行模態(tài)分析，結(jié)果如表5所示。方案2、3、4的1階和2階模態(tài)均能有效避開moan噪音，考慮到重量和空間布置問題，最終采用方案4作為moan噪音的優(yōu)化方案。

△圖8 連接板優(yōu)化方案

6.總結(jié)

為了對本文中出現(xiàn)moan噪音的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的真實工作性能進行科學(xué)系統(tǒng)地分析和評價，在相關(guān)的試驗設(shè)備上，運用相關(guān)的理論和技術(shù)，對于制動系統(tǒng)噪音產(chǎn)生的原因、頻率特性、振動等情況進行了研究，獲得了相關(guān)的數(shù)據(jù)信號資料，并利用目前比較流行的應(yīng)用開發(fā)軟件，使用有限元分析的方法，對試驗過程和結(jié)果進行精確的把握，得出了契合實際的結(jié)論和研究成果。得到以下結(jié)論:

1Moan噪音是車輛低速行駛或制動時，一般由后輪發(fā)出的嗚咽聲，常見的頻率約在150~400Hz。

2通過相關(guān)設(shè)備找到moan噪音產(chǎn)生的原因，提取了噪音自身振動頻率的特征及分布，獲取了信號的特征值，使用有限元分析的方法，對制動器和扭力梁的振動頻率及固有特征進行了精確分析，掌握了其產(chǎn)生的機理。

3通過以上的分析，可以看出，噪音產(chǎn)生時，卡鉗支架和安裝板產(chǎn)生了共振和共鳴，這對于噪音強度的強弱也有很大的影響，因而對卡鉗支架和安裝板的固有頻率進行修改，進而達到降低噪音的目的是可行的。

4moan噪音不僅與制動器本身的結(jié)構(gòu)、材料有關(guān)，還與后扭力梁的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。不同結(jié)構(gòu)的安裝板，產(chǎn)生moan噪音的風(fēng)險不同。

參考文獻

[1]Jearsiripongkul T,Hochlenert D.Disk Brake Squeal:Modeling and Active Control[C]Robotics,Automation and Mechatronics,2006 IEEE Conference on.IEEE,2006:1-5.

[2]戢何民.某型轎車盤式制動器制動噪聲的控制[J].汽車技術(shù),2011(11):20-22.

[3]常慶斌,浦新宇,張志堅,等.摩擦片偏磨引起制動低鳴噪聲控制研究[J].噪聲與振動控制,2017,37(1):68

作者簡介

鄧海兵（1982年6月~），男，湖北武漢人，武漢靖信達汽車配件有限公司總經(jīng)理

2年汽車后市場創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷、12年汽車主機廠OEM工作經(jīng)歷：

?亞迪汽車有限公司，從事制動系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工作；

?東風(fēng)本田，從事產(chǎn)品工程及質(zhì)量管控工作；

?東風(fēng)雷諾-日產(chǎn)，從事整車項目管理工作；

?東風(fēng)集團技術(shù)中心，從事智能電動車項目管理工作。

沈炎武（1984年11月~），男，廣東潮州人，小鵬汽車底盤技術(shù)專家

先后就職于比亞迪、廣汽、小鵬，主要從事制動系統(tǒng)及底盤系統(tǒng)開發(fā)工作。

END