關于鼓式制動器的汽車技術論文(2)
汽車技術論文鼓式制動器篇二
盤式制動器制動振動噪聲研究
摘 要：本文基于對制動噪聲的理論機理、建模和實驗研究、測試程序和摩擦材料表面微觀結構及其組份對制動噪聲的影響分析，提出了發(fā)展新型摩擦材料來研究和消除制動振動噪聲的思路。
關鍵詞：綜述;制動振動;制動噪聲;摩擦材料
近年來，隨著、汽車保有量和盤式制動器和各類非石棉摩擦材料應用的急劇增加,各國都在逐步限制制動噪聲。表1為對不同制動噪聲的抱怨，表2為對各項制動指標重視的優(yōu)先次序，我國也即將把制動噪聲列為車輛年檢的一項重要內容。
雖然人們很早就開始研究制動噪聲問題，并形成多種解釋制動噪聲機理的理論模型、以及解決特定問題的工程實用方法，但迄今為止對制動噪聲的研究從發(fā)生機理到分析方法仍未取得一致 [1]。
1 制動噪聲的分類、特征及其影響因素
1.1 制動噪聲的分類及其特征
不同研究者對制動噪聲的分類不同\，但頻率是各種文獻分析制動噪聲時普遍采用的基本特征參數(shù)。一般根據(jù)制動器部件振動頻率的頻段將制動噪聲分成三類：低頻振動噪聲、低頻尖叫和高頻尖叫。
1.1.1低頻振動噪聲
低頻制動噪聲(100～500Hz)，如Groan、Hum、Moan和Judder等。對于Groan，文獻[2]認為通過改變系統(tǒng)阻尼、剛度或在制動盤表面覆蓋固體潤滑膜等可以抑制這類噪聲。Hum和Moan[3]的振動頻率在100～400Hz之間，其潛在影響因素包括：對偶件間、卡鉗與摩擦片間的壓力分布狀況等。Judder(5～100hz)主要由車輛的懸掛和轉向系統(tǒng)的共振造成，并受輪速變化的影響。
1.1.2 低頻和高頻尖叫
低頻尖叫的頻率在1～3kHz之間;高頻率尖叫的頻率在2～16KHz之間或上限到人耳聽力的極限。其中頻率在1～16kHz之間的制動尖叫聲嚴重影響車輛的舒適性和環(huán)保品質。為此，很多學者[4]對這類噪聲進行了大量的研究，然而如圖1和圖2所示，其發(fā)生傾向、頻率與摩擦片承受的載荷、溫度之間關系復雜，故至今仍末產生統(tǒng)一認識。
2 制動噪聲的研究進展與評述
2.1 制動噪聲的機理研究
自1935年以來，人們在基于不同的理論分析和大量的實驗研究的基礎上，形成了多種不同的制動噪聲機制。最初人們認為動靜摩擦系數(shù)之差和動摩擦系數(shù)隨相對滑動速度的增加而減小是引起制動噪聲的根本原因，從而形成了“粘滑機理”和“摩擦力-相對滑動速度關系的負斜率機理”。
1961，Spurr指出隨著摩擦力的變化而反復出現(xiàn)的彈性變形是系統(tǒng)產生自激振動的主要原因。首次提出“自鎖-滑動機理”。 Millner基于該理論分析了包含了制動盤鉗、盤片六個自由度的分析模型，取得了較好效果。文獻[5]基于結構閉環(huán)耦合理論，針對一個實際樣車，通過有限元方法，應用自由界面法進行模態(tài)綜合，得到了與實際尖叫情形較符合的耦合模型。Hu等人通過有限元和Taguchi方法對制動噪聲進行非線性瞬態(tài)分析，得出：摩擦耦合和構件的幾何特征對制動噪聲的影響都很大。
2.2 制動噪聲的實驗研究
測定制動盤的振動模態(tài)不僅有助于探明制動振動噪聲的發(fā)生機理，也有助于形成抑制制動噪聲的方法。加速計能是測量系統(tǒng)的強迫響應和模態(tài)振型的有效工具，但由于安裝不便，一般僅限于對制動器構件的靜態(tài)分析。全息干涉測量法可對安裝在制動臺架上的制動系統(tǒng)進行研究，其優(yōu)點在于能獲得制動尖叫時整個制動系統(tǒng)的耦合模態(tài)振型。近年來，Murakami基于該技術的雙脈沖激光全息干涉(Double pulsed laser holography，DPHI)[6]制動尖叫研究得出：盤式制動系統(tǒng)的耦合振動是導致制動尖叫的原因，并指出制動尖叫的產生傾向隨著摩擦片、卡鉗和制動盤的固有頻率的接近而增加。
2.3 制動噪聲的測試
制動噪聲的測試的方法主要有兩種：整車測試和臺架測試。整車測試用于最終判斷降噪方案的成功與否，其典型的測試程序有北美的LACT、DST和歐州Mojacar、Gross Glockner。臺架測試便于在可控環(huán)境下提供實驗驗證，具有成本低，效率高、針對性強等特點。其典型的測試程序主要有：歐洲的AK(歐洲工作組開發(fā))和在該技術上由美國開發(fā)的全球尖叫噪聲試驗矩陣法―AE J2521，其具體描述見文獻[7]。
3 摩擦材料對制動噪聲的影響
Min Hyung Cho 在研究摩擦材料的組分對轉移膜的形成和摩擦片摩擦特性的影響中指出：隨著界面膜的形成，摩擦振動減小。Filip等經過試驗比較發(fā)現(xiàn)界面膜的結構和化學成分與原樣品組份顯著不同，其界面膜的成分和配方之間的關系相當復雜， A. Wirth等人通過對制動后制動盤表面的物質成分的分析認為：界面膜的形成將導致制動噪聲的產生。H Jang[8]等人用一種包含12種成分的摩擦材料來研究摩擦材料各成分對減小摩擦材料動靜摩擦因數(shù)之差，從而抑止制動時的粘-滑運動，降低制動噪聲的效果。
4 束語
綜上所述，在進一步分析制動器結構的同時，研究摩擦材料的各組份和其微觀表面對制動噪聲的影響，開發(fā)既滿足制動性能，又能抑制制動噪聲的摩擦材料是防治制動振動噪聲的發(fā)展趨勢。
參考文獻:(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] 孫振華,慶華,蔣東鷹&管迪華.盤式制動器制動尖叫的研究[J].汽車工程.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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