制动NVH:揭秘汽车制动噪声的奥秘
在汽车行驶过程中,制动系统是保障安全的关键部件,但同时它也可能成为影响驾乘舒适性的“噪音制造者”。今天,我们就来深入探讨一下汽车制动NVH(Noise、Vibration、Harshness,即噪声、振动与声振粗糙度)的那些事儿。
盘式制动器:制动系统的核心
先来了解一下盘式制动器,这是目前大多数汽车采用的制动方式。它的结构主要包括固定摩擦元件——摩擦片,以及旋转摩擦元件——制动盘。当驾驶员踩下制动踏板时,制动液推动活塞,使摩擦片夹紧制动盘,从而实现制动。制动盘分为实心盘和通风盘,通风盘的散热性能更好,尤其适合加速快、质量大的纯电动车。
图1 盘式制动器结构
图2 盘式制动盘工作原理
制动噪声的“性格分类”
制动噪声可以根据频率分为低频噪声(1000Hz以下)和中高频噪声(1000Hz以上)。低频噪声通常与低速制动压力变化导致的黏-滑摩擦激励有关,而中高频噪声则多是摩擦副(制动钳/盘/片)之间的高频尖叫摩擦噪声。此外,还有一些特殊类型的噪声,比如与悬架系统结构设计关联性更大的Groan和Moan噪音。
制动噪声的“幕后推手”
制动过程本质上是摩擦片与制动盘摩擦,将动能转化为热能的过程。在这个过程中,如果某一部件的固有频率与激励频率接近,就会出现频率耦合共振,从而产生噪声。摩擦片的材料、结构、物性、刚性等因素都可能成为噪声的“帮凶”。目前,业内普遍认同的制动噪声理论包括Sprag-Slip理论、摩擦力-相对滑动速度关系的负斜率机理、模态耦合理论和摩擦学理论。
常见的“噪音四巨头”
在实际驾驶中,有四类制动噪音最容易引起用户的不满:
Creep Groan起步噪音(<500Hz)
这种噪音主要发生在自动挡车辆起步或上下坡时,是由于悬架系统的刚度、摩擦材料特性以及制动盘表面相互作用的动-静摩擦系数变化引起的。选择NAO摩擦片、采用双离合器DSG或带Standabkoppelung功能的动力传递机构,以及提升悬架刚度,都可以有效降低这种噪音。
Squeal尖叫噪音(1-4kHz/4-16kHz)
这种高频尖叫噪音多发生在车辆低速行驶、轻踩制动踏板时,与温度、湿度等环境因素有关。解决方法包括改制动盘、制动钳的重量或结构,改进摩擦片底料、开槽、倒角,以及更换摩擦材料的配方等。
图3 Squeal影响因素
Moan低频Moan噪音(<1kHz)
这种噪音常发生在后桥,扭转梁结构居多,多在低速、低压或无制动压力、带转向等工况下出现。其原因是底盘系统刚度较弱和摩擦片与制动盘之间的不稳定接触。
Rattle敲击噪音(<1kHz)
当车辆通过特定的坏路面时,制动零件内部的空隙较大,可能会引发共振,产生Rattle噪音。解决方法是优化制动钳、摩擦片的尺寸链设计,或适当收紧壳体导销与支架孔之间的配合间隙。
制动噪音试验评价:台架与整车试验
为了确保制动系统的NVH性能,需要进行严格的试验评价。台架试验包括NVH惯量试验台测试,按照国际通用的SAE J2521标准或各卡钳厂的内部标准进行。整车测试台架则是在密闭消音室环境中模拟整车运动状态,更准确地测试整车制动噪音。此外,还有城市和山区道路试验,从用户使用角度出发,主客观地测试评价汽车的整体制动噪音水平。
制动NVH的优化是一个复杂的过程,涉及多学科领域的知识和大量的试验研究。随着技术的不断进步,相信未来汽车的制动系统将更加安静、舒适,为我们的出行带来更好的体验。
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