关于鼓式制动器的汽车技术论文(2)
汽车技术论文鼓式制动器篇二
盘式制动器制动振动噪声研究
摘 要：本文基于对制动噪声的理论机理、建模和实验研究、测试程序和摩擦材料表面微观结构及其组份对制动噪声的影响分析，提出了发展新型摩擦材料来研究和消除制动振动噪声的思路。
关键词：综述;制动振动;制动噪声;摩擦材料
近年来，随着、汽车保有量和盘式制动器和各类非石棉摩擦材料应用的急剧增加,各国都在逐步限制制动噪声。表1为对不同制动噪声的抱怨，表2为对各项制动指标重视的优先次序，我国也即将把制动噪声列为车辆年检的一项重要内容。
虽然人们很早就开始研究制动噪声问题，并形成多种解释制动噪声机理的理论模型、以及解决特定问题的工程实用方法，但迄今为止对制动噪声的研究从发生机理到分析方法仍未取得一致 [1]。
1 制动噪声的分类、特征及其影响因素
1.1 制动噪声的分类及其特征
不同研究者对制动噪声的分类不同\，但频率是各种文献分析制动噪声时普遍采用的基本特征参数。一般根据制动器部件振动频率的频段将制动噪声分成三类：低频振动噪声、低频尖叫和高频尖叫。
1.1.1低频振动噪声
低频制动噪声(100～500Hz)，如Groan、Hum、Moan和Judder等。对于Groan，文献[2]认为通过改变系统阻尼、刚度或在制动盘表面覆盖固体润滑膜等可以抑制这类噪声。Hum和Moan[3]的振动频率在100～400Hz之间，其潜在影响因素包括：对偶件间、卡钳与摩擦片间的压力分布状况等。Judder(5～100hz)主要由车辆的悬挂和转向系统的共振造成，并受轮速变化的影响。
1.1.2 低频和高频尖叫
低频尖叫的频率在1～3kHz之间;高频率尖叫的频率在2～16KHz之间或上限到人耳听力的极限。其中频率在1～16kHz之间的制动尖叫声严重影响车辆的舒适性和环保品质。为此，很多学者[4]对这类噪声进行了大量的研究，然而如图1和图2所示，其发生倾向、频率与摩擦片承受的载荷、温度之间关系复杂，故至今仍末产生统一认识。
2 制动噪声的研究进展与评述
2.1 制动噪声的机理研究
自1935年以来，人们在基于不同的理论分析和大量的实验研究的基础上，形成了多种不同的制动噪声机制。最初人们认为动静摩擦系数之差和动摩擦系数随相对滑动速度的增加而减小是引起制动噪声的根本原因，从而形成了“粘滑机理”和“摩擦力-相对滑动速度关系的负斜率机理”。
1961，Spurr指出随着摩擦力的变化而反复出现的弹性变形是系统产生自激振动的主要原因。首次提出“自锁-滑动机理”。 Millner基于该理论分析了包含了制动盘钳、盘片六个自由度的分析模型，取得了较好效果。文献[5]基于结构闭环耦合理论，针对一个实际样车，通过有限元方法，应用自由界面法进行模态综合，得到了与实际尖叫情形较符合的耦合模型。Hu等人通过有限元和Taguchi方法对制动噪声进行非线性瞬态分析，得出：摩擦耦合和构件的几何特征对制动噪声的影响都很大。
2.2 制动噪声的实验研究
测定制动盘的振动模态不仅有助于探明制动振动噪声的发生机理，也有助于形成抑制制动噪声的方法。加速计能是测量系统的强迫响应和模态振型的有效工具，但由于安装不便，一般仅限于对制动器构件的静态分析。全息干涉测量法可对安装在制动台架上的制动系统进行研究，其优点在于能获得制动尖叫时整个制动系统的耦合模态振型。近年来，Murakami基于该技术的双脉冲激光全息干涉(Double pulsed laser holography，DPHI)[6]制动尖叫研究得出：盘式制动系统的耦合振动是导致制动尖叫的原因，并指出制动尖叫的产生倾向随着摩擦片、卡钳和制动盘的固有频率的接近而增加。
2.3 制动噪声的测试
制动噪声的测试的方法主要有两种：整车测试和台架测试。整车测试用于最终判断降噪方案的成功与否，其典型的测试程序有北美的LACT、DST和欧州Mojacar、Gross Glockner。台架测试便于在可控环境下提供实验验证，具有成本低，效率高、针对性强等特点。其典型的测试程序主要有：欧洲的AK(欧洲工作组开发)和在该技术上由美国开发的全球尖叫噪声试验矩阵法―AE J2521，其具体描述见文献[7]。
3 摩擦材料对制动噪声的影响
Min Hyung Cho 在研究摩擦材料的组分对转移膜的形成和摩擦片摩擦特性的影响中指出：随着界面膜的形成，摩擦振动减小。Filip等经过试验比较发现界面膜的结构和化学成分与原样品组份显著不同，其界面膜的成分和配方之间的关系相当复杂， A. Wirth等人通过对制动后制动盘表面的物质成分的分析认为：界面膜的形成将导致制动噪声的产生。H Jang[8]等人用一种包含12种成分的摩擦材料来研究摩擦材料各成分对减小摩擦材料动静摩擦因数之差，从而抑止制动时的粘-滑运动，降低制动噪声的效果。
4 束语
综上所述，在进一步分析制动器结构的同时，研究摩擦材料的各组份和其微观表面对制动噪声的影响，开发既满足制动性能，又能抑制制动噪声的摩擦材料是防治制动振动噪声的发展趋势。
参考文献:(Reference)
[1] V.Vadari,et al. An Experimental Investigation of Disk Brake Creep-Groan in Vehicles and BrakeDynamometer Correlation[J].SAE Paper,1999-01-3 408.
[2] H Jan,J S Lee,J W Fash. Compositional effects of the brake friction material on creep groan phenomena[J].Wear,2001,251：1477-1483.
[3] Kreitlow,W.,Schrodter,F.,et al. Vibrations an‘hum’of disc brakes under load[J].SAE Paper,850079.
[4] Kinkaid N M,et al.Automotive disc brakesqueal[J].Journal of Sound and Vibration,2003,267:105 -166.
[5] 孙振华,庆华,蒋东鹰&管迪华.盘式制动器制动尖叫的研究[J].汽车工程.1999:21(6):326～332.
[6] Kinkaid N M,et al.Automotive disc brakesqueal[J].Journal of Sound and Vibration,2003,267:105 -166.
[7] SAE Standards.Disc and Drum Brake Dynamometer Squeal Noise Matrix- SAE J2521[S]. Revised Pro-posed Draft,2005.
[8] A.Wirth,et al.A fundamental tribochemical studyof the third body layer formed during automoti-ve friction braking.Wear,1994,179:75-81.
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