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制动噪声研究的4种理论方法

2019-01-15 21:29:12·  来源：上海汽车集团股份有限公司乘用车公司 《制动噪声分析》  
　
制动噪声的分类制动器噪声大致可以分为三种：1. 低频噪声制动开始到停车时的格喳声。这种声音属于低频噪声，频率在1000Ｈz以下，主要是由于制动钳的共振引起的。
制动噪声的分类
 
制动器噪声大致可以分为三种：
1. 低频噪声
制动开始到停车时的“格喳”声。这种声音属于低频噪声，频率在1000Ｈz以下，主要是由于制动钳的共振引起的。
2. 低频尖叫
制动过程中的尖叫声。这种是频率为1~6ＫＨz的制动噪声，主要是由于制动盘的共振所致，声音非常刺耳。
3. 高频尖叫
停车之际的“叽叽”声。为频率在7ＫＨz以上的制动噪声，主要是由摩擦衬块的弹性振动所引起的。
 
制动噪声产生规律
 
虽然影响制动噪声的因素比较复杂，但是通过多年实验验证以及经验积累，前人总结出制动噪声的发生大致有如下规律：
  1. 车辆在低速制动和临近停车时,容易发生制动尖叫。
  2. 摩擦系数基本相同的摩擦材料在产生尖叫倾向上具有随机性，同一摩擦材料安装于某一制动器可能有尖叫倾向，而安装于另一制动器却极可能没有噪声。
  3. 随着摩擦系数的增大，制动尖叫的倾向增大，且尖叫频率随着制动压力的升高而略有增加。
  4. 鼓式和带式制动器通常比盘式制动器更容易产生尖叫。
  5. 在制动块底板上(钢背)粘贴阻尼材料能在一定程度上抑制制动高频噪音，但并不是总能达到明显的改善效果。
  6. 产生制动尖叫的振动在摩擦滑动方向和法向总是耦合的。
 
制动噪声研究的理论方法
 
制动噪声研究的理论主要有4种，分别为：
  • 摩擦力- 相对速度关系的负斜率理论
  • Sprag - Slip 理论
  • 模态耦合理论
  • 摩擦学理论
1. 摩擦力- 相对速度关系的负斜率理论
摩擦振动的单自由度模型
式中：m为刚性摩擦片质量，c为结构阻尼，k为弹簧刚度，Fk为摩擦力。
注：只在解释振动频率低于100Hz的时候比较重要
2. Sprag-Slip理论
基本原理：摩擦面间由于自锁作用( Sprag)导致整个摩擦系统结构不稳定，从而引起振动和摩擦噪声。
适用于系统出现不稳定的振动时摩擦系数μ与滑动速度v无关的情况。
自锁- 滑动机理模型
当θ满足一定的条件时，即当μ= cotθ时，此时摩擦力Ff将趋向于无穷大，相对运动在理论上变得不可能，从而导致自锁现象的出现。忽略了垂直于摩擦面方面的振动，所以有很明显的缺陷。
3. 模态耦合理论
基本原理：用模态分析的方法来研究制动噪声。
但近年来制动噪声的研究大多数集中在制动系统的有限元复特征值分析上，当制动系统的任两个自然频率趋于一致时，系统就发生不稳定振动，产生尖叫噪声，而自然频率趋于一致就是模态耦合。因此，现在国际上普遍认为模态耦合最有可能是尖叫噪声产生的机理。
4. 摩擦学理论
基本原理：制动噪声问题不仅与经典的摩擦振动理论有关，还与摩擦学系统相关理论和知识紧密相联。
  • 摩擦噪声是由于黏着- 滑动效应以及摩擦力- 速度曲线的负斜率特性诱发制动系统的某些部件的自激振动引发的，不是部件自锁产生的；
  • 制动片与制动盘之间的接触刚度、摩擦系数及制动盘与制动片的刚度对摩擦噪声有重要影响。
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