针对制动啸叫的整车ODS试验方法介绍

李巍 宋明

摘 要：随着国内汽车市场的蓬勃发展，汽车舒适性已经成为衡量汽车性能的重要指标之一。汽车舒适性能涵盖的内容有很多，其中制动啸叫是舒适性中比较常见的问题。为解决制动啸叫，传统的方法是通过台架试验获取制动器发生啸叫时的工作振型（ODS）。该方法有其局限性。文章提供了一种新方法，可以在整车上获取制动器发生制动啸叫时的工作振型。

关键词：汽车;舒适性;制动啸叫;工作振型

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）15-131-03

Abstract： With the rapid development of the domestic automobile market， automobile comfort has become one of the important indicators for measuring automobile performance. There are many contents of car comfort performance， among which brake squeal is a more common problem in comfort. In order to solve the brake squeal， the traditional method is to obtain the operating deflection shape （ODS） of the brake squeal through a bench test. This method has its limitations. This article provides a new method to obtain the operating deflection shape of the brake when squeal occurs on the vehicle.

Keywords： Automobile; Comfort; Brake squeal; Operating deflection shape

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）15-131-03

引言

近年来随着国内汽车市场的日益兴起，国内消费者对于车辆制动系统舒适性的要求越来越高，且这方面要求甚至超过了欧美等国外消费者的要求。影响汽车舒适性的因素有很多，其中制动啸叫是比较常见的问题。顾名思义，制动啸叫是指当车辆制动时，由刹车片与制动盘摩擦产生振动并经过支架放大发出的一种连续的较尖锐的噪声。根据频率范围可以分为低频啸叫（频率1k～4kHz）和高频啸叫（频率4k～ 16kHz）。其中，低频啸叫声音比较低沉，高频啸叫更加尖锐。

为了解决制动啸叫，传统的做法是通过台架试验复现制动啸叫，然后通过台架ODS试验来采集数据。ODS的全称是operating deflection shape，中文意思为工作振型，即制动啸叫发生时制动器的振动变形情况。台架ODS试验是通过激光照射的方法获取振动变形数据，然后经过有限元分析修改制动器的结构已达到减小甚至消除制动啸叫。台架ODS试验的优点是可以获取制动器上许多点的振动幅值和相位，基本不受数量限制，得到的模型更加完整。缺点是该方法不是在整车上采集的数据，与真实情况存在一定差距;同时，有相当比例的制动啸叫是发生在车辆转向时，而转向工况目前在台架上还无法模拟。因此，开发一种可以在整车上实施ODS试验方法很有必要。

1 整车ODS试验的特点

整车ODS试验采用的是与台架ODS试验完全不同的测试手段，即通过在制动器表面粘贴三向振动加速度傳感器来获取制动啸叫发生时的制动器的振动变形情况，如图1所示。

与台架ODS试验相比，该试验方法是在整车上实施的，制动啸叫发生时的路试环境更加真实（例如路况和环境温湿度），所获取的振动变形更加符合真实情况;另外，该试验方法可以采集台架上无法模拟的转向制动啸叫，而很多制动啸叫只发生在车辆转向时。

整车ODS试验也存在许多难点。首先，为获取制动器振动变形，需要在制动器表面粘贴很多三向振动加速度传感器。过多的加速度传感器会带来额外的质量，影响制动器原本的固有频率;而过少的加速度传感器则不能提供完整的振型。表1展示的是制动器支架的不同频率对应传感器数量多少的偏移量，第7列数字为偏移量最大的固有频率。因此，在振型的完整性和附加质量之间选取一个平衡点很重要。

其次，由于制动器与轮辋之间的间隙通常都比较狭小，在制动器外表面粘贴传感器可能会与轮辋内侧干涉，传感器位置的选择至关重要;同时，传感器的线束需要良好固定，在直行和转向的时候都不能碰到轮胎，否则会导致线束损毁。再次，由于采用的每个三向振动加速度传感器都有独立的坐标系，而且每个传感器的安装面都可能不与系统坐标系三个基准面平行或者正交，因此在建模时需要调整传感器模型的夹角，与实际安装角度保持一致。最后，由于使用的三向振动加速度传感器数量比较多，其与软件内的模型须一一对应，不能颠倒混乱。

2 试验流程

2.1 试验准备

试验准备分为两个部分，即车辆准备和设备准备。

发生制动啸叫的试验车辆应符合安全驾驶要求。轮辋和制动器之间要有足够的空间安置传感器和娴熟。制动啸叫必须是稳定的和可持续的（最少1秒），否则无法进行整车ODS试验。

数采设备必须具备足够的NVH通道，采样率应大于20kHz。振动加速度传感器必须3轴的，可以同时采集x/y/z三个方向的振动信号。为避免额外质量对零件的影响，应选用最小最轻的传感器。除此以外，制动盘温度、制动管路压力、麦克风、方向盘转角和环境温湿度都需要传感器监测。

2.2 安装调试过程

安装前需要在制动器上选定传感器的安装位置。不同设计的制动器选取的位置并不一致。该位置必须可以反映振动特征，不能选在坚固的节点上。选取的位置还要覆盖整个零件表面，以便获取零件振动的完整振型。因此，传感器的数量越多，获取的振型越完整。但是，传感器的数量须受一定的限制，因为过多的附加质量会导致零件的固有频率漂移。在制动器表面粘贴传感器前后，须做两轮模态对比试验，观察目标频率的漂移量是否控制在3%以内。如果超出3%，须减少粘贴的传感器数量。通常选用粘贴法安装3向振动加速度传感器。选择坚固耐热的粘接剂。

测试软件内建模。在软件内建立与实际安装位置完全匹配的模型点，见图2。匹配的内容包含两个部分：空间坐标和角度。空间坐标是指所有传感器安装位置在整车坐标系的坐标值（x，y，z），而角度是指传感器的三个方向（x，y，z）与坐标系的三个面（xy，yz，xz）的夹角。每个传感器的空间坐标和欧拉角建议都要从有限元或者其他设计软件中提取，这是相对最方便和最准确的方法。因为是在整车上做试验，用三坐标测量设备测量每个传感器的坐标和角度不现实也不方便;用尺子和量角器也不够精确，无法体现这些测量点相对之间的关系。用软件去测算这些点的坐标和角度相对简单，而且可以有充足的时间准备。为保证试验精确性，模型中的点与传感器坐标差异控制在2mm之内，空间角度差异控制在5°之内。除此之外，须将软件中的模型点与实际粘贴的传感器一一对应，次序不能混淆。

硬件和软件调试完毕后，即可进行整车试验。

2.3 采集过程

制动啸叫搜寻过程可以分为冷态搜寻和热态搜寻。

冷态搜寻意味着车辆须在室外停留一夜，第二天清晨开始采集冷态噪声，此时环境温度较低。驾驶车辆以不同初速度，不同制动压力以及不同方向盘转角制动。同时前进和后退方向也应该尝试。这会产生很多组合。

热态搜寻发生在冷态搜寻之后，此时制动盘温应高于50℃。驾驶方式与冷态搜寻一致。

记录发生制动啸叫时的数据，包括振动信号、制动盘温度、制动管路压力和方向盘转角等。其中振动数据作为工作振型的最重要依据，其他信号作为参考依据。

3 试验结果分析

采集到的振动信号都是时域信号，需要经过快速傅里叶变换（FFT）转换为频域信号。每一个通道都可以生成一张频谱图。在图中，1k～6kHz之间的频域段是关注重点，因为很多制动啸叫都产生于其中。选择能量最集中的频率作为输出振型的基准频率。在该频率下，每个信号都可以在空间模型中输入为振幅和相位信息，所有的振動信号综合在一起就可以得到该频率的振型。振型的数据内容也可以表现为复模态的实部和虚部，见图3。将结果与有限元模型或者台架ODS以及做对比，判定两者的MAC（模态置信判据）值是否满足要求。当两个振型完全对应时，MAC理论值应达到100%。通常我们认为MAC达到70%即可认为该振型可以用来作为改进噪声的模型依据。

4 总结

整车ODS试验提供了一种新的方法用于采集制动啸叫发生时的制动器振型。区别于台架ODS试验，整车ODS试验的结果更加贴合整车状态。其与有限元仿真分析相结合，提高制动噪声仿真分析的可靠性和有效性，便于快速准确地找出解决制动噪声的有效措施。除此以外，该方法的工作效率也更高，在进一步降低开发周期和节约研发成本的同时，还提高了解决制动啸叫的应变能力。

参考文献

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