汽车盘式制动器尖叫研究进展探讨

吴昊 莫东明 陈金梁

摘要：汽车盘式制动器在汽车制动器中的一种重要类型，但是由于盘式制动器在使用的过程中经常出现尖叫的情况，因此在学术研究领域内研究和讨论汽车盘式制动器的尖叫情况就成为了一个汽车工业领域内学者的研究重点。目前，我国的学者在盘式制动器尖叫领域内的研究主要是从尖叫的产生机理、数值分析方法、试验方法研究与影响因素、抑制技术等几个方面开展的，本文就进行对这些方面中国内外学者的研究观点的综合论述，进而为我国的汽车工业事业的发展与进步提供更多可供参考的理论建议。

关键词：汽车盘式制动器;制动尖叫;研究进展;摩擦特性

0  引言

盘式制动器在汽车工业领域内属于汽车中的一种重要的制动部件，这种制动器的制动性能较好，且稳定性较强，因此在汽车制造过程中得到了广泛的应用与关注。但是盘式制动器在使用的过程中存在较为明显的制动尖叫情况，这种尖叫所出现的噪声不仅会造成噪声污染情况，还会降低盘式制动器所使用的汽车的市场竞争力。因此许多企业以及学者都着重关注到汽车的盘式制动器尖叫的情况，分析如何才能更加准确、有效的预估汽车的盘式制动器机理情况，并研究解决方法与抑制措施。在几十年的研究中，学者们已经取得了较多的研究成果，尤其是在制动技术与制动尖叫、影响因素等方面，本文就主要论述了这些研究成果及研究进展情况。

1  汽车盘式制动器尖叫的产生机理研究进展

经过整理和总结，在过往的文献研究中，学者们针对汽车盘式制动器尖叫的产生机理的研究较为关注，大部分文献显示，学者们的研究主要集中在摩擦特性、自锁-滑动理论、模态耦合理论、统一理论四个理论方面中，而产生尖叫情况的主要机理原因通过这四个理论观点也可以得到初步的明确。学者陈光雄、Yang等基于摩擦模型的建立，讨论了在不同角度中摩擦特性的情况与相关理论，产生尖叫情况与摩擦特性之间的关系特点，然后分析了摩擦表面的变形效果与粗糙程度，进而分析导致尖叫的原因;学者Vayssiere、Sinou等通过2自有模型的建立，简要的分析了自锁与滑动的不稳定性特点，进行了平衡点的分岔行为研究。模态耦合理论的研究主要是指摩擦力引入的条件性形成自由度系统（自由度摩擦振动模型如图1），然后基于不对称性判定制动器的尖叫发展趋势，明确运动条件的特点与效果，分析得出不同运动情况下的模态耦合系统的不稳定特点，这一研究目前在汽车工业领域内属于热点，学者Hamabe、Hoffmann等都在研究中有详细的论述，并且取得了有价值的理论成果。最后是统一理论，统一理论主要是在早期的机理研究中存在，目前研究较少，研究人员在研究统一理论的时候主要是想通过某一理论来进行对尖叫现象的解释，但是后来随着越来越多的研究表明，单一的机理因素不能完全的解释尖叫情况。

2  汽车盘式制动器尖叫的数值分析方法研究进展

盘式制动器尖叫的过程中基于有限元模型的数值进行分析，主要得出了各种仿真类型的制动器，不同制动器的结构与参数条件等都有所差异，目前许多学者就针对汽车盘式制动器尖叫的数值分析方法进行了研究讨论，为仿真结果提供了详细的理论研究方向与思路。

2.1 复特征值法的理论研究

复特征值法主要是通过对汽车制动器在耦合作用下受到的作用力情况进行有限元建模分析，分析出不同系统稳定状态中的制动尖叫情况。在这个研究中，Chung、AbuBakar等国外学者都针对性的建立了制动块的磨损程度模型，实现了对磨损中的不稳定模态的建立，实现了对模态数据的有效分析;我国的学者管迪华等人也针对性的进行了分析，充分借助了有限元和模态综合技术进行对摩擦耦合模型的建立，采用复特征值法进行分析讨论，研究得出不子结构弹性振动情况对于系统尖叫倾向的影响作用。

2.2 瞬态动力学分析法理论研究

在制动器进行制动的瞬间，各种物理非线性、摩擦表面的非线性等因素也都存在，这就为摩擦系数、速度、温度等因素的复杂关系提供了瞬态的模型，这种动态力学分析只针对瞬态，并且存在不稳定性，这就是瞬态动力学分析法。在这一方面，学者Chargin与Massi等都有着详细的研究，并得出了通过瞬态动力学分析的方法实现对制动块振动的时域相应效果，然后通过频谱的分析更好的表达出倍频现象。

3  汽车盘式制动器尖叫的试验方法研究进展

对于汽车盘式制动器的尖叫情况，许多学者在研究过程中不仅通过理论的方式开展研究，还通过试验的方式开展了研究，Mojacar就采用LACT试验程序进行了城市交通路况中盘式制动器在制动过程中出现尖叫情况的差异进行了试验，设置速度、强度等作为变量参数，分析尖叫的强度。还有学者通过对台架试验的形式开展了对盘式制动器尖叫情况的试验，有效的减少了由于外部天气条件、场地条件的影响，从而得到的结果更有指导价值。整车的零部件与厂商之间的先进技术有着明显的特征，为了实现对音量的消除效果，着重分析了不同仿真效果中的解决方案情况，为更深入的探究尖叫噪声情况提供了思路。

4  盘式制动器尖叫的影响因素研究进展

对于盘式制动器尖叫的影响因素研究较多，大部分学者研究过程中都针对盘式制动器尖叫情况分析了什么因素对于尖叫效果有影响，在综合分析这些文献之后，可以得出主要的影响因素有摩擦系数、摩擦衬片、制动块的阻尼层与消音片、零件结构与刚度四个方面的因素影响效果明显。（盘式制动器NVH的影响因素如图2）经过学者的研究与讨论，目前可知，摩擦系数对制动器尖叫有明确影响，且由于摩擦系数的变化会导致在汽车盘式制动器制动的过程中出现严重尖叫，这与摩擦衬片的材料成分也有着密切的关系;而摩擦衬片形状决定了襯片的合理性与稳定性，因此一些平整的衬片造成尖叫情况较小，而一些缺角的、不完整的衬片尖叫声就容易出现;另外，制动块的阻尼层与消音片的合适情况都会影响系统的受力分布，因此，如果设计不当也会造成尖叫情况出现;最后是汽车盘式制动器中的其他零件结构与刚度情况，如果通过对刚度与结构的设计优化，实现合理匹配，就能在一定程度上消除尖叫。

5  制动尖叫的抑制技术研究进展

针对制动尖叫的抑制技术研究，在近些年来逐渐增多，大部分学者基于前文中的机理、方法以及影响因素的研究成果开展了对尖叫的抑制技术的探究，进而为盘式制动器的尖叫削弱与发展情况提供了更多的理论建议，并且在传统技术手段的基础上进行了深入的研究，使得压电材料的有源与无源抑制振动技术都的打了有效的发展。

在压电材料的高频振动的主动地控制技术研究中，学者Hochlenert等进行了详细的研究，着重通过对制动器尖叫的抑制效果与压电材料中能量的控制进行研究，分析额外的成本和重量，并且得出了盘式制动器需要有源激励以提供足够的能量。

针对无源并联压电陶瓷装置的研究主要是分析了并联电路实现的通过电陶瓷的振动转化，实现对电能的生成，散发能量，实现对电容电量刚度的有效抑制，在这一点上也有很多的学者开展了研究讨论，并且得出了新技术的限制条件，明确了在不同工作情况中下制动器的恶劣变化。

6  结论

总而言之，汽车盘式制动器的尖叫问题一直是汽车工业领域内重点关注的问题，大部分学者都针对汽车盘式制动器的尖叫情况开展了研究，并且在几十年的研究过程中积累了较多的研究成果与理论观点，也为汽车盘式制动器尖叫情况的抑制与优化奠定了坚实的理论基础。本文主要分析了在领域内研究中重点研究的尖叫产生机理、尖叫数值分析方法、尖叫试验方法、尖叫影响因素以及尖叫的抑制方法方面的研究进展情况，通过综合论述实现对这些结论的整合，进而为汽车制动事业的进步与发展提供更多的思路方向。

参考文献：

[1]朱琦.消音片结构参数对汽车盘式制动器尖叫的影响分析[D].江苏大学，2018.

[2]傅人杰，熊璐.汽车盘式制动器低频尖叫研究[J].农业装备与车辆工程，2017，55（02）：31-35.