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基于某车型制动抖动优化的研究

2021-10-29 20:13:31·  来源：汽车NVH之家  
　
作者：康金涛1，袁 军1，吴 膺2，韩 翔21. 上海汇众汽车制造有限公司2. 上汽大众汽车有限公司摘 要：针对某车型高速路况出现制动抖动的现象，通过对故障车辆进行
作者：康金涛1，袁 军1，吴 膺2，韩 翔2
1. 上海汇众汽车制造有限公司
2. 上汽大众汽车有限公司

摘 要：针对某车型高速路况出现制动抖动的现象，通过对故障车辆进行测试及对关键零部件的检测，确定了抖动的类型。结合台架试验及整车道路试验的对比验证，通过调整摩擦片的配方，可有效降低整车制动抖动。为后续类似问题解决提供了经验和借鉴。
 
引 言
随着汽车产品越来越普及以及多样化，人们对汽车产品的要求不断提升。近年来，汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动、声振粗糙度）性能已成为汽车广告的主打内容之一。人们对车辆舒适性的要求成为购车的一个重要参考因素。在目前的NVH客户抱怨中，制动抖动及制动噪声占据很大比例；针对某车型高速制动抖动进行了分析及优化研究，为类似抖动现象分析提供一定的经验。

1 概 述
1.1 制动抖动分类
制动抖动是车辆在一定速度范围内制动时，车辆的制动踏板、转向盘、车身地板及座椅出现抖动的现象。根据产生的机理主要分为冷抖动与热抖动。冷抖动主要出现在车辆冷态启动后产生抖动现象，主要由于制动盘因加工、安装、磨损及腐蚀等原因造成几何不规则变化导致制动压力或制动力矩波动，一般制动盘温度低于200 ℃。
热抖动主要在车辆进行连续制动后制动盘温度超过300 ℃进行制动后产生抖动，在温度降低后，抖动现象减弱或消除。主要由于制动过程中制动盘DTV（Disc Thickness Variation，制动面厚薄差）刚开始被摩擦片压缩有所减小，随着温度的升高，制动盘DTV逐渐增大，制动结束后达到最大，随着温度降低逐渐复原。区别于冷抖动，热抖动在制动盘初始的DTV及LRO（Lateral Run-Out，端面跳动）较小的情况下，依然可能出现制动抖动。除此之外，制动抖动与制动盘和摩擦片间局部不均匀热膨胀金属材料相变相关。制动抖动严重影响着车辆行驶的安全性及舒适性。
1.2 制动抖动产生机理
制动抖动主要由制动系统通过不同路径传递至其他系统，从而导致不同形式的抖动。传递路线如图1所示，主要的激励源为制动压力波动（Brake Pressure Variation， BPV）和制动力矩波动（Brake Torque Variation，BTV），其中BPV主要通过制动管路传递至制动踏板，表现为制动踏板抖动；BTV通过悬架系统传递至转向系统与车身两大系统，前者通过转向节系统，传递至转向盘，表现为驾驶转向盘抖动，后者通过车身将抖动传递至地板，使车内乘客及驾驶员感到明显的抖动。
BPV与BTV的产生主要由制动盘DTV和LRO超差引起，特别是热态时，随着温度的升高，DTV与LRO会相应变大。如图2所示，LRO超差主要与制动盘几何尺寸、初始跳动、初始DTV及热变形性能有关；摩擦系数的波动主要与制动盘材质、涂层和摩擦片的配方、MPU（Material Pick Up，材料转移）及压缩比有关，需要同时关注初始状态及热态情况时各指标的变化情况。
 
 
图1 制动抖动传递路线
 
 
图2 BPV/BTV影响因素
2 问题分析
2.1 问题描述
某车型上市一年后客户反映高速制动工况会出现转向盘及地板抖动。通过走访调查，抱怨里程主要集中在3万～4万km，抱怨车辆在冷车状态启动时，多不存在抖动现象；经过高速行驶（车速100 ～120 km/h）并多次制动后，轻踩制动踏板时出现转向盘及地板抖动，抖动一旦出现，会越来越大，在低速行驶制动时仍然可以再现，车辆如果长时间停放（比如过夜停放），再次冷车启动时，抖动状况暂时消失，见表1。综上，判定该现象属于热抖动。此外，被抱怨的车辆有山路或高速驾驶经历。
2.2 检测与分析
2.2.1 静态检测
为进一步分析，对制动盘DTV、跳动、卡钳拖滞力矩及摩擦片磨损量进行检测。表1中2#、3#车辆的左侧制动盘DTV均大于20 μm且热抖动现象剧烈，1#、4#车辆DTV值较小，在10 μm左右且抖动轻微。当制动盘DTV超过15 μm，有经验的驾驶员会感受到轻微抖动；当DTV大于20 μm时，会出现明显的抖动。目前车辆主要为热抖动，冷态时无显著抖动现象，由于DTV增长主要集中在车辆左侧，右侧无显著增长，抖动激励分布不均，解释了2#、3#车辆无显著冷抖动的原因。
 
表1 故障车信息表
 
通常卡钳拖滞力矩及摩擦片的偏磨损是导致制动盘DTV快速增长的原因之一。根据图3及图4进行拖滞力矩及磨损量检测，并按照图3依次从点1至点8进行外片、内片的磨损量测量，所得的磨损量见表2。通过对卡钳的拖滞力矩及摩擦片磨损量的检测发现，4辆车辆的拖滞力矩均在4 Nm要求范围内，摩擦片各点间磨损量差值均小于1 mm要求，没有出现显著的偏磨损现象。
 
 
图3 摩擦片磨损量检测点
 
表2 摩擦片拖滞力矩及磨损量
 
 
 
 
图4 卡钳拖滞力矩试验台
2.2.2 台架动态检测
通过动态制动台架测试检测BTV，模拟测试整车行驶状态下制动力矩的波动情况，见表3。对BTV的评价主要有制动力矩最大差值及制动力矩变化率两个指标。其中制动力矩最大差值为连续的波峰波谷之间的制动力矩最大差值；制动力矩变化率为制动力矩最大差值除以平均制动力矩的百分比。试验分别选取两个状态进行对比试验，磨损后状态为抱怨车辆上拆下的制动盘及摩擦片，新状态1、新状态2为出厂的新制动盘及新摩擦片。台架试验采用制动惯量台link3900进行，如图5所示，磨损后状态BTV最大差值为288.4 Nm，新状态下为121.85 Nm，磨损后较新状态增大了1.37倍。根据BTV参考要求，新状态盘片组合BTV最大差值需控制在50 Nm以内，这样可减小由于BTV引起的DTV增长量及增长速度。按照此要求，目前BTV值较大，需要进行优化。
 
表3 BTV试验结果
 
 
 
 
图5 BTV试验台架
3 优化方案及验证
由图2可知，摩擦系数的波动对DTV增长及BTV结果有直接影响，目前制动盘及摩擦片相关检测均符合设计要求，调整摩擦片配方进行对比验证及分析。采用配方2开展试验，结果见表4。新状态3#、4#均采用配方2，其BTV最大差值平均值为31.3 Nm，较配方1平均值121.85 Nm降低了74.3%；BTV变化率平均值为4.7%，较配方1平均值15.8%降低了70.3%，BTV得到明显改善。
 
表4 不同配方摩擦片BTV试验结果
 
通过BTV台架试验验证，摩擦片配方2对抖动改善效果明显，为进一步验证整车表现，将配方1及配方2分别搭载整车进行道路耐久试验，并在敏感里程段进行抖动主观评价，见表5。1#与2#车搭载新状态配方2摩擦片，3#与4#车搭载原状态配方1摩擦片，在行驶3万km时分别进行抖动评价，搭载配方2摩擦片的车辆抖动评分为9.5分、8分，无明显抖动；搭载配方1摩擦片的车辆抖动评分为3.5分、4分，热抖动剧烈。整车抖动评价与BTV试验结果一致，配方2摩擦片对该车型高速制动热抖动具有显著改善作用。
 
表5 整车道路试验抖动评价
 
 
 
续表5
 
4 结 论
针对某车型高速行驶出现制动抖动问题，通过对制动盘、摩擦片及卡钳关键影响参数的检测及分析，确定抱怨工况类型，采用BTV台架试验对抱怨零部件及批量新状态零部件进行对比试验，锁定制动力矩优化点。通过改变摩擦片配方，经过台架试验及整车双重验证，说明抱怨工况的优化效果明显。
同时得到经验，在制动系统开发试验中开展BTV台架试验，选取制动盘DTV上限状态样件来模拟制动盘DTV设计极限状态，对该状态系统BTV进行一定的控制。将初始BTV控制在一定范围内，可有效降低售后热抖动抱怨。此外在整车制动抖动评价环节，可结合道路耐久试验不同里程的抖动评价来完善整车制动抖动评价体系。
 
 
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