分析复模态分析在制动异响问题解决中的应用

郭真龙++鹿敬必

摘 要：制动异响问题一直存在，国内外不断对其探索、研究。复模态分析在解决制动异响问题中发挥着不可替代的作用。本文结合有限元法及复模态分析理论，通过建立制动钳、盘闭环耦合系统模型，以对系统中的不稳定模态进行了复模态分析。在此过程中，试验制动异响问题与模态在频率方面保持一致。经获取、分析仿真结果，可对引发制动异响问题的原因加以识别、判断。基于此，对制动盘结构进行调整，以解决尖叫性制动问题。

关键词：复模态分析；制动异响；问题；制动盘；解决

中图分类号： U463 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-150-2

0 引言

众所周知，汽车在进行制动时会产生一定的噪声，此过程与复杂的动力学问题存有密切的联系。制动器各组成部件动态参数不匹配及摩擦闭环耦合所引发的自激振动是产生制动尖叫的主要原因。近年来，复模态分析在汽车制动问题中得到了广泛的应用，并取得了一定的效果。

1 复模态相关概述

1.1 复模态的特点

对于复模态的特点，笔者将其概述为以下内容：复模态的描述主要依托行波，结构表面是其节点移动的位置；通过最大值位置处的点并非全部在同一时刻，某些点通过的时间晚于其他点；全部的点并非在同一时间通过零点位置；实数无法对模态振型进行描述，而复数可以；相位关系不会体现于存有差异性的自由度之间。此外，并不存在完全相同的相位、完全相反的相位；当模态振型产生于无阻尼环境中时，将不解耦阻尼矩阵等。

1.2 复模态与实模态的区别——阻尼

就阻尼而言，其包括机构阻尼、粘性阻尼、结构比例阻尼、粘性比例阻尼四种。实模态分析包括粘性与结构比例阻尼及无阻尼系统，复模态分析保罗结构阻尼与粘性阻尼。值得注意的是，复模态与实模态的关键区别是其的模态矢量是属于复数范畴还是属于实数范畴。

2 有限元模型的建立及复模态分析

通过利用有限元分析软件，建立系统模型，其由盘耦合摩擦闭环、制动钳两部分构成[1]。如图1所示：

经观察、分析可知，该模型中体现了两种关系：其一，滑动关系。发生于制动钳钳架及制动钳钳体之间；其二，接触关系。发生于制动盘与摩擦片之间、钳体及钳架与摩擦片之间。将相互作用力施加于钳体与制动油缸两者之间，对钳架安装孔的平动自由度、制动盘安装孔加以约束。待获得分析结果之后，将系统阻尼比及结构的复特征值提取出来，以对系统中的不稳定状态进行查找。

3 制动异响问题实践

当实车安装仿真的制动器总成系统时，在制动过程中会出现制动尖叫现象。经测试（测试采用LMS振动噪声数据采集设备）、处理数据，笔者发现当频段约为6600Hz时，制动器会发生尖叫。对测试数据的处理，如图2所示：

实车测试活动的开展，可在一定程度上证明复模态分析解决制动异响问题的成效。此外，在进行制动时，会激发不稳定模态，以致产生尖叫，换句话说，产生制动异响。

4 制动异响产生的影响因素、成因查找与改进

4.1 造成制动异响的因素

实践证明，制动力不足、制动拖滞、制动跑偏等因素皆会引发制动异响[2]。其中，制动力不足：制动力不足的现象需要进行汽车制动性能的检验，一般情况下，汽车制动时间或者制动距离过长则会使制动性能变差，进而使得整体的制动气压偏低，在这样的状态下，会造成空气压缩机故障、气缸垫漏气、装配调整不良等现象。另外，制动鼓磨损失圆，摩擦片表面的磨损、变形，制动鼓与摩擦片之间过大的间隙，管路的不密封、折断，制动系统阀漏气等也会造成制动力不足的现象出现；制动拖滞：制动拖滞现象发生时，存在分离不彻底的现象，使得汽车在行驶过程中出现较大的阻力。另外，对制动鼓进行检查时，会存在制动鼓过热的现象。出现这样的现象主要是因为制动鼓与制动蹄片之间存在着间隙过小的问题，并且在不当的调整中造成制动间隙不当和轮毂轴承间隙不当的问题，这就会使汽车在运行中出现一定程度的偏斜，而造成局部间隙的消失，进而出现制动鼓发热和行驶拖滞现象；制动跑偏：汽车在制动环节出现紧急制动出现制动跑偏的现象，进而会造成制动甩尾，正常运行中，如果是轻微的跑偏现象还可以将就使用，但如果出现严重的跑偏就可能会造成事故的发生。四个车轮的制动器出现制动力的不均匀现象，并且在调节过程中出现不当现象，就会使车轮的制动力变小，进而在制动气压偏低的状态下造成同车轮制动不一致现象，出现制动跑偏。如果汽车的行驶制动在留滑路面上进行，对于车轮间的制动进行了最大化的调整，但是还是存在不一致的现象，还是会出现制动跑偏的现象，状况严重时还会出现调头的状态。另外，制动鼓间隙和制动摩擦片之间存在的不均匀现象和摩擦片材质的差异现象会使摩擦系数降低，进而影响到制动的有效性，出现跑偏现象。

4.2 制动异响问题成因查找及改进

根据不稳定模态分析结果显示，波浪形振型会产生于制动盘表面。锤击模态试验活动的开展所采用的设备与测试设备相同。经试验，笔者得知当频段小于6600Hz时，一阶模态在制动盘中有所体现。深入研究、分析，总成低于6555Hz时，受制动盘影响，制动器会出现模态不稳定现象[3]。

为解决制动盘存在的问题，须对其结构加以调整，主要表现为以下内容：改变制动盘模态特征、用外通风结构替代制动盘内通风结构。在仿真过程中，制动复模态该频率不稳定模态消失，对解决实车测试中出现的制动异响问题具有积极的意义。

5 结束语

综上所述，为解决制动过程中出现的尖叫异响问题，本文利用有限元仿真方法对制动系统展开了复模态研究。由研究、分析结果可知，当不稳定模态的阻尼处于较大状态时，其在制动情况下极易被激发，从而产生尖叫性的制动异响。复模态分析的存在，可有效识别制动系统中的不稳定部件，对结构中的不稳定因素进行查找，且采用科学调整以对制动异响问题加以解决。

参 考 文 献

[1] 赵静海，李国鹏，王德宸.复模态分析在制动异响问题解决中的应用[J].汽车零部件，2015，05：70-71.

[2] 李德山.湿式制动器制动噪声产生机理与关键技术研究[D].重庆交通大学，2013.

[3] 刁坤，张立军，孟德建，余卓平.提高制动尖叫复模态有限元模型预测精度的方法[J].汽车工程，2013，10：908-914.