汽车制动噪声产生机理及控制方法

龙源期刊网汽车制动噪声产生机理及控制方法作者：张敬宾刘强张宏远来源：《科学与财富》2016年第19期摘要：随着人们环保意识的增强汽车制动噪音问题越来越受到人们的重视特别在人口密集的阚区制动尖叫声污染了人们的听觉更严重的是表明了汽车制动效能已下降会带来安全隐患。所以应特别引起驾驶员的注意通过检修予以排除。关键词：汽车制动；噪声产生机理；控制方法；前言当今汽车工业飞速发展，城市汽车数量成倍递增。汽车给世界带来了现代物质文明，但同时也带来了环境噪声污染等社会问题。车内噪声过大会直接对驾驶员和乘客的架乘环境造成影响。影响心理、生理的健康，甚至会影响行驶安全。车外噪声过大会影响到路人的身心健康。汽车产生噪声的大小在很大程度上反映了汽车生产厂家的设计水平及工艺水平，成为衡量汽车质量的重要标准之一。一、制动噪声的产生和特点汽车制动引起的噪声是一个很复杂的自然现象，主要是由于制动器工作中发生振动造成的。制动噪声的产生及噪声声压级的大小与很多因素有关，不仅与经典的摩擦振动理论联系紧密，还受到自身结构和复杂工况的强烈影响，如整个制动系统的刚度、制动速度、制动压力、对偶件的材质以及环境条件（温度、湿度、润滑条件）等，有时这些因素的一个或多个发生变化，都会严重影响到制动噪声出现的状态及噪声声压级的大小。由于其影响因素的复杂性，尽管学术界研究摩擦噪声已有相当长的历史，但仍有许多问题没有解决。迄今为止，这个课题已吸引了包括摩擦学、振动力学、材料学和计算机模拟科学等诸多学者的兴趣，并发表了许多研究成果。制动噪声的频率范围非常宽，从几十赫兹到上万赫兹不等。一般根据振动频率的频段可分为低频振动噪声（低于1000Hz）和中高频振动噪声（1000～10000Hz以上）。经常提到的Moan、Hum、Judder、Groan、Roughness基本上可归入低频振动噪声的范围，Squeal则可划为中高频振动噪声范围。而Squeal又可分为低频尖叫（1～3kHz）和高频尖叫（5～15kHz），高频尖叫最高时可达到120dB左右，是人耳难以忍受的一种尖叫声，对人们的身心能够产生极大的危害，同时也是城市噪声的主要污染源之一。二、制动噪声产生机理1、制动器振动的原因制动器振动，是产生制动噪声的根源。制动器振动原因有：龙源期刊网（1）是摩擦副的摩擦特性。静摩擦因数大于动摩擦因数，或动摩擦因数随相对滑动速度的非线性变化，引起制动系统的自激振动；（2）是制动器存在的动约束，当摩擦因数为常数时，制动器不恰当的几何参数，便可导致系统自激振动的产生；（3）是制动器的模态耦合，摩擦力诱发的制动器各组成部件动态特性参数匹配不当，而引起的自激振动。2、引起制动噪声的6种理论总结Kinkaid等人总结了引起制动噪声有6种理论，分别为：（1）摩擦力—相对滑动速度关系负斜率机制；（2）自锁—滑动机制；（3）摩擦力—相对滑动速度关系负斜率和自锁—滑动联合作用机制；（4）常摩擦力自激振动机制；（5）二重模态裂分机制；（6）锤击机制。目前被大多数人所接受的机制，为系统自激振动理论，即制动噪声是由摩擦耦合诱发，和制动器各部件的模态参数匹配不当，而引起的系统不稳定现象，从而产生自激振动。也就是说，摩擦制动噪声与摩擦材料特性及具体的结构形式有关。过去通常认为，制动噪声的产生主要是由于制动器的结构因素引起的自激振动，所以主流的研究思路，是把整个制动器看成一个整体，通过改变制动器部件的质量、刚度、阻尼或部件动态特性、耦合关系，消除制动器系统的噪声模态；而忽略了摩擦材料与制动偶件之间的摩擦、磨损因素，过度重视结构因素而忽视摩擦副特性因素，因而效果不佳。对直接引起噪声的摩擦片的微观组织，特别是摩擦片材料中的硬相组织的分布的研究，应该是今后研究制动噪声产生机理的一个重要方向。三、制动器噪声的控制方法制动器噪声研究的最终目的，就是要在产品的设计开发阶段，通过预测、控制等措施来抑制制动噪声。这就需要把制动器作为一个整体进行限元分析，在模态分析基础上，提出修改制动器结构参数、材料参数等方法，以减小摩擦诱发的振动、改变制动部件自身的振动行为和抑制振动，来降低振动噪声。对低频噪声，采用摩擦系数对接触面相对滑动速度不敏感的材料，及修改底盘部件的结构参数，能降低或消除此类噪声；对低频尖叫，改变制动器结构参数，如龙源期刊网制动钳、制动盘的材料和尺寸，可以消除或减小低频尖叫；对高频尖叫，增加制动盘或制动鼓的刚度、减小摩擦接触面压力分布，能减小高频尖叫发生。控制制动噪声，可以从设计、制造、使用及维护维修等各方面采取措施。但是，最重要的是要从设计和制造方面对其进行控制。在设计上控制噪声的措施，主要是优化制动器结构参数与合理选用材料；而制造上，主要是提高加工质量和装配精度。以下主要从设计角度来进行论述：1、增加制动鼓的刚性并减小制动蹄的刚性随着鼓的固有频率的增加，制动噪声逐渐降低。因此在设计制动器时，应增加制动鼓的刚性，以提高鼓的固有频率，减小制动噪声。但应注意到，没有必要无限地提高鼓的固有频率，当制动噪声接近环境背景噪声时，鼓的刚性就足够了。降低制动蹄的刚性，可使其振动固有频率降低，并改善摩擦衬片与鼓间的压力分布和接触状况，从而降低制动噪声。2、增加制动鼓与制动蹄对振动的衰减对制动鼓和制动蹄的结构件采用阻尼措施，可以衰减振动能量和降低噪声辐射。在鼓和蹄的接触部分，如分泵、支承处配置减振材料，也能衰减振动能量。采用阻尼措施后，制动器尖叫声可明显降低。3、合理匹配制动鼓和制动蹄的刚性合理选取鼓和蹄的刚性，避免装配在一起后由于固有频率相近，导致共振而加剧制动噪声。但设计时应注意，装配后鼓和蹄的固有频率并不是单件时的固有频率，而是具有约束的固有频率，二者都有所增高，且鼓的固有频率增长较蹄的略高些。因此，在设计制动器时，可让鼓的固有频率比蹄的高，这样可能会降低制动噪声。4、改善摩擦衬片特性和衰减振动的能力影响摩擦衬片特性的因素，有摩擦衬片材料的摩擦系数及其温度特性、制动鼓与蹄的刚度匹配与分布、接触面上的压力分布、支承角度及摩擦衬片的包角等。改善摩擦衬片特性的主要措施有：减小材料的摩擦系数、降低蹄的刚度、改善蹄的压力分布、减小摩擦衬片的包角、改进主要零件的结构等。同时还要注意摩擦材料的物理性能，因为它决定摩擦衬片对振动的衰减。5、盘式制动器优化结构设计增大制动盘对振动的衰减、限制摩擦衬片振动及控制振动的传播，是盘式制动器优化结构的主要措施。主要有合理设计零件结构、限制衬片振动、选用阻尼大的材料等。还可以采取一些阻尼减振措施，例如在制动片和钢背的连接处添加一些油脂、胶漆，或者减振片等。龙源期刊网结束语总之，由于制动噪声问题十分复杂，因此至今仍未有彻底解决的方法。因其产生原因多而杂，所以，多方面着手研究降噪显得十分重要。被动降噪方法采用阻尼较大的吸声材料，利用隔声、隔振原理进行结构上的改进，虽有效果却不甚理想。主动降噪技术的关键在于硬件基础、控制逻辑、微处理器等，保证传感器所测信号的准确性。目前，主动降噪研究还处于发展阶段，将是以后降噪技术发展的必然趋势。参考文献[1]胡勇.汽车制动噪声的研究[J].汽车零部件.2009（05）[2]周阳.轿车前制动噪声降噪方案研究[J].环境技术.2013（01）[3]王耀军.汽车制动噪声的防治[J].汽车运用.2000（03）[4]俄延华，李承德.制动噪声试验方法及模糊评价[J].汽车技术.2009（02）