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乘用车制动NVH整车道路试验方法研究
2021-10-27 00:45:44· 来源：汽车NVH之家
作者 | 韩厚禄，观致汽车有限公司来源 | 汽车NVH之家摘要：乘用车制动NVH问题是行业内比较关注的行驶品质问题，同时也是制动系统开发的重难点之一。探讨了乘用车
作者 | 韩厚禄，观致汽车有限公司
来源 | 汽车NVH之家
摘要：乘用车制动NVH问题是行业内比较关注的行驶品质问题，同时也是制动系统开发的重难点之一。探讨了乘用车制动噪声及抖动的整车道路试验方法及评价规范，介绍了黄山试验路线的选取、试验方法、主观和客观评价方法及基准，并在这些工作的基础上，完善了制动黄山道路试验的企业标准。同时，该路试方法及评价基准对于行业内的制动系统零部件的开发也具有一定的参考意义。
随着车辆的普及和人民生活水平的提升，消费者在追求车辆安全、功能配置和可靠性的同时，对驾乘时的整车NVH性能表现的关注度也与日俱增。其中汽车制动系统的NVH性能主要指制动噪声和制动抖动方面的性能表现，是汽车行业内比较关注的行驶品质之一，同时也是制动系统开发的重难点课题之一。
由于车辆行驶时受到制动工况、路面环境、驾驶习惯及车辆维修保养情况等诸多因素的影响，制动系统在制动过程中不可避免地产生剧烈的振动和噪声。一方面会影响驾乘人员的舒适性，另一方面也会加快摩擦片、制动盘的磨损，降低制动零部件的使用寿命，增加用户的维修成本。
面对制动系统NVH问题，如何开展比较客观、公正、定量而又具有可实操的测试和评价，是从业人员面临的重要课题。当前在国际上比较著名的整车制动NVH性能试验有西班牙Mojacar和美国洛杉矶LACT制动噪声耐久试验，用来评价乘用车的制动噪声、抖动和磨损等性能表现。过去在国内没有相关的法规标准以及行业内认可的规范，基本是依靠各自内部的经验积累、试验人员的主观评价进行评估，也缺乏充分、公开的专业文献供行业参考及探讨。
虽然近年来国内汽车行业迅速发展，但也仅有极少数主机厂和制动系统零部件供应商具备了整车制动噪声试验和评价的能力，一些自主品牌企业这方面还处于起步阶段。因此，在行业内形成一套统一的标准，来规范各自的试验方法，有利于制动系统及零部件的设计、优化和验证，便于行业内的沟通交流，提升整个行业的设计开发能力。
鉴于此，2019年5月，在中国汽车工业协会制动器委员会的牵头组织下，国内多家主机厂、基础制动系统及零部件厂家共同研讨、制定了基于在黄山地区开展的《乘用车制动噪声及抖动整车道路试验方法及评价》团体标准，作为业内评价整车制动NVH的路试评价标准。
为了在产品开发阶段提前发现制动噪声、抖动和磨损等方面的性能表现及提前发现问题，观致汽车有限公司经过多年的探索，结合多个项目车型的实际开发经验，不断完善路试标准和试验流程，也在黄山地区确定了一条与团体标准近似的试验路线。该路线符合团体标准论证的耐久试验方法和评价流程所需条件，并配备了各种测试测量设备和工具等，进一步完善了这项制动系统的试验评价方法，确保了在新车型新项目的开发阶段可以充分、有效地评估整车的制动噪声、抖动、磨损等实车表现。
制动NVH整车道路试验方法
1.试验路线的选取
黄山地区内的交通路况包括山区道路、乡村道路、城市道路及高速公路等，各种道路条件交织；一年四季的季节分明，温度和湿度变化范围较大。围绕黄山山区选定的试验路线具有中国地域特色，符合中国市场大部分使用环境。因为其路况特别，尤其有长距离的上下山的转弯路况，是考察制动系统综合性能的良好测试地点，比较适合进行制动噪声的验证。同时还可验证摩擦片和制动盘的磨损状态及使用寿命等。目前在黄山地区设置试验驻点或试验基地的企业，主要有大众、上汽、奇瑞及吉利等主机厂与天合、大陆、泛博、伯特利及万向等制动系统供应商，以及一些摩擦片厂家、试验设备厂商等。
观致汽车有限公司黄山试验的路线选择，是在团体标准的基础上，主要在黄山选择的围绕山区的一段路线。整个道路测试里程全长为2万km左右，单个路试循环约230km，其中，山区路面约80km，城市道路约50km，乡村公路约80km，高速公路约20km。每天分为上午和下午两个班次，单班耗时约4.5h。
基于上文介绍的路试路线，各个测试点的测试内容汇总见表1。具体的Squeal及Groan噪声的评价方法可参考《乘用车制动噪声及抖动整车道路试验方法及评价》团体标准的方式进行操作。
表1 黄山道路试验评价点确认内容
2.道路试验前的车辆准备
原则上，每套动力总成配置的试验车辆数量不少于2台。试验车辆的制动系统、悬架系统、传动系统、轮胎系统、灯光、转向及喇叭等均按照整车技术条件调整到位，且悬架、转向节、轴承及轮胎等关键件应已锁定。车辆完成四轮定位及轮胎动平衡调整，ABS系统功能可以正常工作，确保试验安全。试验时应采用新轮胎，试验开始前应经过至少200km的磨合，若采用旧轮胎，花纹高度应≥3mm，轮胎气压符合技术要求。
试验前车身伪装及其他车身附件应全部固定，避免产生额外噪声，干扰试验评价。试验过程中收音机、CD等音响系统、空调、中控等应可以手动关闭，车辆四门玻璃升降正常。在正式试验开始前应评价整车的抖动情况，提前排除非制动系统因素的影响。路试试验执行过程中，载荷分配为80%里程为空载，20%里程为满载。
整个耐久试验里程为2万km，需经过多个班次的循环。经过培训的专业试验人员，应具备分辩和评价不同类型强度噪声、制动抖动和非制动抖动的能力。在整个试验周期中，应由不少于2人的驾驶员在多循环试验中交替驾驶，且车辆在车队中的位置也应经常轮换。路试时驾驶习惯模拟市场普通用户的驾驶方式，通过不同路况，验证测试车辆在制动噪声和抖动方面的性能表现。
3.道路试验设备及安装情况
在客观数据方面，为了更好地采集制动噪声信号以及车辆制动工况相关参数，在路试前需要安装相应的试验检测设备，详细记录包括车辆速度、制动减速度、制动噪声频率、声压值、制动盘及摩擦片温度与制动管路压力和环境温湿度等参数。
在试验车辆上安装的检测设备以及试验过程中常见的配备工具见表2。
表2 安装的试验检测设备
为了考察耐久试验中的制动抖动问题，在黄山试验过程中，根据项目实际情况，可以安排每隔3000km试验里程，测量制动盘的DTV（制动盘厚度变化量）和Run-out（制动盘的端面跳动值）、拖滞力矩（Drag Torque）、磨损等参数。路试开始及路试结束后，拆解摩擦片检测其磨损量。具体参数见表3。
表3 制动系统定期检查项目
路试评价
1.客观评价结果
客观评价时，通过计算整个里程的客观噪声指数ONI（Objective Noise Index），作为客观评价时的量化方法及判定基准。具体的计算方法见式（1）及表4，接受标准可参考表5。
表4 客观评价的声压值与强度因素
表5 客观评价的接受标准
式中 n——实测的制动噪声强度分贝值出现的次数；
IF——相应分贝值对应的强度因素；
N——路试总的制动次数。
以某项目开发车型为例，路试前，将台架噪声匹配完成之后的最优方案的摩擦片装车，进行道路试验，将采集到的数据结果进行分析处理，验证实车的噪声表现。选取里程在3000km左右时的数据汇总结果进行说明。
根据该循环测试采集到的所有噪声频率－声压的关系图，左前制动器噪声发生的工况为车速在低速5～10km/h范围，制动系统管路油压为0.5～2MPa，摩擦片温度在高温100～150℃，制动噪声声压值25～35dB，频率为12kHz。右前制动器噪声发生的工况为车速在中速20～45km/h，系统管路油压为0.2～2MPa，摩擦片温度在高温100～200℃，制动噪声声压值30～40dB，频率为3.5kHz及4.2kHz左右。另外，试验车在路试里程内尚未出现制动抖动问题。
根据数据采集的结果，累计里程3000余km，总的制动次数13 858次。其中，左前制动器的噪声发生次数累计共47次，发生率为0.34%，右前制动器的噪声发生次数累计共43次，发生率为0.31%。根据前文计算公式，得出前轴ONI客观指数的计算结果为0.004＜0.04，前轴左右制动器噪声的客观评价结果的表现整体比较优秀。
2.主观评价结果
主观评价是整个路试过程中非常重要的一部分，试验人员的主观评价直观反应了乘员的主观感受，而且在突发试验设备故障无法记录噪声的情况下，主观评价也可以作为制动噪声评估的重要补充。
参照SAE J1060主观评价方法，将主观评价的指数划分为1～10分共10个等级，不同的分值对应的噪声表现的评分标准见表6。驾驶者在每个循环及评价点进行主观评价时，需要注意对比分辨前后左右不同制动角模块的噪声表现，填写主观打分表，记录每个循环开始和结束时的里程数、环境温湿度等数据，整理主观评价数据。
表6 制动噪声主观评价的评分标准
对制动噪声进行主观打分时，主要参考因素包括：可复现程度、噪声的分贝值、可持续时间、噪声频率、出现制动噪声时的压力范围、盘片温度、环境温湿度、行驶方向（前进或后退）、是否转向制动时的噪声以及制动噪声是发生在平地还是坡道制动等。若连续一周的主观打分的分值低于6分，则认为噪声表现不合格，需要进行方案优化。
主观评价时，通过计算整个里程的主观噪声指数SNI（Subjective Noise Index），作为主观评价时的量化方法及判定基准。具体的计算方法见式（2）及表7，接受标准可参考表8。
表7 主观评价的分值与权重关系
表8 主观评价的接受标准
式中 Ni——制动噪声评价指数相应分值出现的次数；
VER——相应分值对应的权重；
N——路试总的制动次数。
以某项目开发车型为例，记录每个路试循环在各个评价点应用的Squeal噪声及Groan噪声的主观评分和里程达3000km时的主观汇总结果，结合前文的SNI计算公式，当前行驶里程下的制动噪声主观评价SNI指数的计算结果为1.23，满足制动系统噪声的设计要求。
另外，制动噪声及抖动的主观评价需要综合考虑不同用户、不同制动工况等要素的影响，应该从用户的角度出发进行判断。同时，结合记录的客观数据，可以帮助主观评价人员与实际用户的使用情况建立紧密关联，有助于合理地进行主观打分。
3.盘片磨损检测
完成整个黄山试验2万km路试里程后，制动盘、摩擦片均有一定程度的磨损，可以安排在试验开始前、间隔一定里程的中间点检测时及试验完成后，记录整个路试过程中的磨损情况，包括制动盘的端面跳动量、厚度变化量、制动盘及摩擦片的磨损量及拖滞力矩等参数，为评估摩擦片、制动盘的寿命、耐久后的拖滞力矩等性能变化，积累相应的数据。
结语
乘用车制动NVH整车道路试验方法及评价是一项系统工程，涉及到试验路线的选取、特定试验设备的应用、主观及客观的评价方法及判定基准等方面。路试评价时需要综合考察制动系统的噪声、抖动、磨损及耐久等性能，是一项对制动系统及零部件性能的综合评价。
本文结合项目实际经验，制定了一套黄山NVH整车路试评价的试验流程及评价基准，为今后新开发制动零部件以及量产车型市场问题的改善等提供了相应的整车路试验证方法。同时，对于行业内实施制动噪声及抖动的试验评价，也具有一定的参考价值。
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