汽车制动振动噪声研究探析

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1、第l6卷增刊厦门理工学院学报Vo1．16Sup2008年l2月JournalofXiamenUniversityofTechnologyDec．2o08汽车制动振动噪声研究探析罗树友，葛晓宏，2(1．厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005；2．厦门理工学院，福建厦门361024)[摘要]回顾汽车制动振动噪声发生机理，总结振动噪声的特点和分类及影响因素，提出降低和抑制汽车制动振动噪声的思路和措施．[关键词]制动器；振动；噪声；综述[中图分类号]U463．51．TB123[文献标志码]A[文章编号]1008—3804【2008)S一0078—0

2、030引言汽车在制动过程中，是通过制动器摩擦副之间的相对滑动，将动能转化为热能并耗散于空气中，从而使车速减少甚至完全停止．但是在有些情况下，比如制动器摩擦副具有某种特性或者制动器结构参数匹配不佳，将会使制动器在制动过程中产生剧烈的振动和噪声，影响乘员的舒适性，严重的振动噪声还会引起制动力的衰退，影响车辆的安全性．因此对汽车制动过程中振动噪声的研究具有重要意义¨．‘1制动振动噪声发生机理的研究有许多学者都提出了自己的理论模型和方法来解释制动振动和噪声，现在一般认为制动振动噪声的产生主要是由于制动器的结构因素引起的白激振动．研究制动振动噪声，最初的从摩擦

3、副人手，认为摩擦副本身的特性是引起制动振动噪声的主要原因．一般摩擦副摩擦系数有两个特征：静摩擦系数大于动摩擦系数；摩擦系数在一定区间内随相对滑动速度的增大而减小．前者可能导致系统出现粘滑(stick—slip)现象，而后者则导致系统的负阻尼效应．当系统本身阻尼不太大时，系统的振动可能发散，引起振动噪声．如图1所示的一个由弹簧、质量块和阻尼器构成的鼓式制动器的“stick—and—slip”模型．是制动衬片与制动鼓之间的摩擦系数，IX=11,-IX，其中和为常数．由模型可以得出振动方程m互+(c—mgg2)十kx=0．(1)当满足关系：>c／mg时，振

4、动系统会出现自激振动的现象．然而仅仅考虑了摩擦副之间的相互作用有很大的局限性，围1stick-and-slip模型没有揭示振动噪声产生的本质．有研究表明：即使摩擦系数是常数，仍然会出现制动的振动噪声现象，而“stick-and—slip”理论只有处理低于100Hz的低频振动噪声的时候才有意义．之后有有人建立了另外一个比较成功的“sprag-slip”模型来解释制动振动噪声[收稿日期]2008—09—25[作者简介]罗树友(1985一)，男，硕士研究生．增刊罗树友，等：汽车制动振动噪声研究探析·79·的形成，它的机理可以用图2来解释说明．摩擦平面以相对

5、速度相对弹性杆运动，弹性杆与摩擦面的接触角为，并在端部受到载荷P．在这个模型中，振动是有多个自由度之间约束作用而引起的，而不是由变化的摩擦系数引起的．在这个模型中都是刚性元件，因此接触力可以无限大，接触点的正压力Ⅳ和摩擦力F，可以表示平衡条件为：^’，一旦一一——一F一—————盟——一，，'、一(1一／xtan())’，一(1一／~tan())‘。当趋向于tan(1／g)时，趋向于无穷大，这种情况称为图2sprag-slip模型“spragging”．然而，由于元件都有一定的柔性，在很大的法向力和摩擦力的情况下，由于变形产生的恢复力会使赶在摩擦面上

6、发生相对滑动，从而从“spraging”中解脱出来．然后摩擦接触重新建立，从而产生“sprag-slip”循环，构成自激振动．实际的制动系动系统是一个多自由度的非线性系统，研究者在“stick—slip”和“sprag-slip”理论模型的基础上，又丰富和发展了其他的非线性模型，比如Sinou等人基于“sprag—slip”模型发展的非线性的“sprag—slip”的模型．目前研究者多数不再单纯的从摩擦副特性研究制动振动噪声问题，也不局限于制动器某个部件的振动特性，而是研究制动振动噪声与整个制动器性能之间的关系．2制动振动噪声的分类汽车制动振动噪声的

7、频率范围非常广，从几十赫兹到上万赫兹都存在．但制动振动噪声的主频通常比较单一，时常伴随着幅值较低的谐波成分J．制动振动噪声大致可以分为三类：低频抖动、中频颤鸣以及高频啸叫．低频抖动主要是由制动力矩波动引起的低频强迫振动，抖动的频率和车速呈现一定的阶次关系，频率在100Hz以下，通常是1O～5OHz．低频抖动一般在车辆高速行驶并进行中等强度的制动情况下发生．当车速下降到一定程度的时候制动抖动消失，低频抖动一般由低阶扰动引起．中频颤鸣是制动盘和摩擦片表面的摩擦特性引起的，频率在100—1000Hz之间，伴有振动和噪声的现象．制动引起的颤呜一般发生在车速较

8、低的情况下(低于10km／h)．高频啸叫与制动系统元件的模态有关系，而与车速没有直接关系，制动啸叫的频率一般