制动摩擦噪声产生机理与控制方法的研究进展

周奇郑，王德石，高晟耀，刘 宝

（1.海军工程大学 兵器工程系 武汉 430033； 2.海军装备研究院，北京 100161）

制动摩擦噪声产生机理与控制方法的研究进展

周奇郑1，王德石1，高晟耀2，刘 宝1

（1.海军工程大学 兵器工程系 武汉 430033； 2.海军装备研究院，北京 100161）

制动摩擦噪声对乘坐的舒适性、城市环境有重要影响。深入研究制动器摩擦噪声的产生机理对于控制其振动与噪声非常重要。评述了近30年来制动摩擦噪声产生机理与控制措施的研究进展，将制动摩擦噪声的产生机理归为自激振动、结构不稳定和“热点”理论三类，并从优化制动器结构、改善摩擦副材料特性等方面分析了制动摩擦噪声的控制措施。为了更好地认识制动摩擦噪声的产生机理和探讨其控制措施，建议从摩擦学、动力学与传热学多学科交叉的角度研究和分析摩擦噪声。

振动与波；制动器；摩擦；噪声；产生机理；控制措施

制动摩擦噪声是指飞机、轨道交通车辆、汽车等制动过程中，由于制动盘与刹车片之间的相对滑动，两固体接触表面间的摩擦力导致的一种频率或声压级不规则变化的不期望的声。制动过程中产生的低频振动、颤振和尖啸噪声，会影响乘员的舒适性和降低相关零部件的寿命，还会严重干扰城市环境[1–3]。因此，研究制动摩擦噪声的产生机理与控制措施有着重要的理论和实际意义。

制动摩擦噪声的产生与制动器的结构、工况条件以及摩擦振动理论密切相关。制动部件的阻尼、固有频率，摩擦副材料的老化或制动工况的改变，都可能使整个制动器的振动特性发生变化，导致制动时产生强烈的振动，并向周围辐射制动噪声[4–5]。由于摩擦具有速度的依赖性、存在时滞或临界滑动位移、零速度附近的多值性等静态特性和动态特性，当构建制动器模型时，必须解决动力学与摩擦之间的强耦合问题，选择合适的摩擦力模型[6]。虽然在刹车系统实际工作环境中，摩擦表面可能存在材料老化和氧化膜破损，使得摩擦系数显著改变，但摩擦力仍可以采用干摩擦的方式处理，主要是因为干摩擦模型比较简单。丁千等在分析干摩擦力特性的基础上系统介绍了6种静态摩擦模型和7种动态摩擦模型[7]，对每一种模型的构成、特点和适用范围等进行了较为详细的评述，并指出摩擦力模型的建立应该与机械系统动力学方程相结合，建立模型时必须考虑摩擦参数辨识的难易程度及可实施性。

近几十年来，制动摩擦噪声的研究取得了可观的成果，也有许多很好的综述性文章[1–7]，但制动摩擦噪声的产生机理仍未清楚，完善的控制手段也尚未形成。本文试图通过对近30年来制动摩擦噪声的研究现状及其控制措施的综合分析，提出今后研究的方向，以促进制动摩擦噪声的研究和发展。

1 制动摩擦噪声的产生与特征分析

图1为盘式制动器的结构示意图[2]。制动过程中，踩下制动踏板，真空助力器推动制动主缸工作，通过管路系统将压力传递给活塞，活塞推动摩擦片夹紧转动中的制动盘，依靠摩擦片和制动盘之间的摩擦力，实现减速或制动。制动摩擦噪声产生的主要原因是，制动器工作时由于摩擦片与制动盘之间的摩擦产生的振动，并且振动通过卡钳、制动底板、扭力梁、稳定杆及悬架等部件释放出去，部件的振动或往复运动带动周围空气介质的脉动产生了制动摩擦噪声。

图1 盘式制动器结构示意图

制动摩擦噪声的频率范围非常宽，可以从十几赫兹至几万赫兹。描述制动摩擦振动与噪声的英文词达25个，根据制动器部件的振动频率可将其分为四类[1–4,7]：

（1）高频尖啸声。频率在5 kHz～10 kHz范围内的高频尖叫，主要是由摩擦片的弹性振动所引起的自激振动产生的。

（2）低频尖啸声。频率在1 kHz～5 kHz范围内的低频尖叫，主要是由摩擦激振引起制动器两个以上部件模态耦合产生的振动导致的。

（3）嘎吱声（Groan）。频率在100 Hz～1 000 Hz范围内的低频噪声，主要是由制动盘与摩擦材料表面的黏滑运动，引起制动器和汽车底盘的振动，进而辐射出噪声。

（4）颤抖声（Judder）。频率范围几十到几百赫兹的低频噪声，主要是由制动力矩的波动导致制动过程产生振动，振动经转向节和底盘传递至车身，引起车身大面积部件如车门、车顶、风挡的辐射声。

2 制动摩擦噪声的产生机理分析

在制动过程中，制动器将机车的大部分动能转化为制动盘和摩擦片的热能，小部分摩擦产生的能量转化为制动器的振动能，振动能通过系列复杂的通道，使制动器的各部件振动并辐射出不期望的声音，即摩擦噪声。

理想的制动器是由一对形状规则、各向同性的摩擦片和制动盘等结构组成[2]，如图1所示。制动时，摩擦片依靠摩擦系数挤压旋转的制动盘；当制动盘静止时，接触面上作用的正向力和切向力是均匀分布的；当制动盘旋转时，正向力和切向力是非均匀分布的。当接触表面作用着正向压力时，摩擦产生的切向力将使制动盘发生切向振动；产生的切向振动会使制动盘表面发生变形，改变摩擦片和制动盘的接触状态，从而使摩擦系数发生变化。事实上，即使假定接触表面的摩擦系数为常数，摩擦力也会使摩擦片、制动盘及其支撑结构发生振动。因此，即便在理想的制动器中，振荡的正向力分量很容易激起制动盘和摩擦片的弯曲振动。

摩擦片或制动盘的形状不规则将会导致制动器产生几何不稳定，使摩擦片不但存在刚体位移，还将激励摩擦片产生振动。摩擦片的振动反过来又带动卡钳等其它结构的振动，使系统出现共振，形成其它的噪声源。

制动摩擦噪声的产生机理大致分为自激振动机理、结构不稳定机理和“热点”理论三类[1–2,6,8]。

1）摩擦导致的自激振动机理

自激振动机理目前得到大多数人的认同，该机理认为制动摩擦噪声是以摩擦力为激励力，因制动系统各部件的模态参数匹配不当，引起制动器的自激振动导致的[8]。因此，制动摩擦噪声与制动器的接触刚度、摩擦材料特性、法向载荷的大小等因素有关[9]。其中，黏着-滑动机理是最早被提出的摩擦噪声产生机理，黏着-滑动运动产生的原因之一是摩擦系统的静摩擦系数大于动摩擦系数。Ibrahim在总结基于实验研究的经典摩擦力模型后，采用质量块-传输带模型，建立了摩擦系统的动力学模型，研究了摩擦诱导的粘着-滑动运动、咔杂声、尖啸声乃至混沌运动[8]，显示出动力学基础对噪声分析的重要性，并奠定了质量块-传输带模型在摩擦系统振动分析中的基础。Ashley等又对单自由度系统与耦合系统中的黏着-滑动运动进行了详细的分析[10]。贾尚帅、Ashley等研究了刹车系统的摩擦自激振动和控制问题[11–12]，给出了刹车系统Hopf分岔失稳的临界速度，并设计了单输入单输出的非线性系统控制器，用于抑制刹车系统中的摩擦自激振动。

粘着-滑动运动产生的另一个原因是摩擦力-相对滑动速度的负斜率关系[13–15]。文[14,15]指出当摩擦力-相对滑动速度的关系为负斜率时，摩擦力激励刹车系统产生摩擦噪声时并不要求摩擦系数大于某一特定值，且若摩擦力-相对滑动速度曲线的斜率为正时不可能发生自激振动。自激振动机理是一种比较完备的摩擦噪声产生理论，有相当一部分低声强级噪声可归因于系统的粘着-滑动运动。然而，该理论不能解释全部的摩擦自激振动现象，摩擦自激振动在摩擦系数较大、摩擦力-相对滑动速度的斜率为正值等条件下也可能发生。因此，自激振动机理存在一定的局限性。

2）模态耦合导致的结构不稳定机理

根据试验测试，制动噪声发生时往往同时有多个结构振动模态发生，例如发生在两个互相垂直方向的振动模态的不稳定。Aronov根据这一特点，提出了摩擦噪声发生的模态耦合机理[16]，认为噪声是由于摩擦力导致了非对称的系统刚度耦合，出现了不稳定运动。

Baba等通过试验研究认为，支架部件的模态振型对制动尖叫的产生有较大的影响[17]。通过对试验数据的拟合，得到了尖叫倾向与支架振幅关系的经验公式。Hoffmann等提出了一种单质量两自由度的模型，解释了摩擦引起的模态耦合和系统的不稳定性原理[24]。Zhang等认为一些主要由制动盘面内模态和面外模态综合而成的整体模态会易于因摩擦力而激发面外振动，引起辐射尖叫[19]。Giannini等通过实验发现，刹车片的接触使得刹车盘失去了振动的轴对称性，双重特征频率模态分裂为正弦模态和余弦模态，刹车块的面外自激振动是产生啸叫的重要因素[20]，而这种自激振动实际上是接触摩擦界面间的相对运动速度达到一定值时，由Hopf分岔导致的系统失稳现象。Hochlenert等通过理论分析和实验研究指出，摩擦和结构的非线性耦合提高了刹车系统的固有频率[21]；增加了制动盘的面内旋转能量向面外振动能量的转移，使尖叫能量更大。陈小悦在试验研究的基础上提出，制动器结构摩擦闭环耦合系统不稳定是制动摩擦噪声产生的机理，认为结构动参数匹配不当是产生噪声的重要因素[22]。文献[23–24]借助有限元和模态综合技术，建立了制动尖叫的摩擦耦合模型，揭示了可能产生尖叫的不稳定模态，以及摩擦系数和子结构模态对制动尖叫的影响。模态耦合导致的结构不稳定机理对摩擦系统的要求比较严格，因此该理论也有一定的局限性。

3）摩擦导致的“热点”机理

制动摩擦噪声的另一个产生机理为“热点（Hot Spot）”理论[1]，该理论认为制动盘表面在制动过程中由于摩擦产生热点导致制动器的振动与噪声。Abdelhamid通过测试与分析研究了制动器结构参数对系统稳定性的影响[25]，指出Judder的频率与车辆速度和热点数目相关，且Cold Judder由制动盘厚度变化引起，而Thermal Judder则由摩擦副导致的热点引起。

对“热点”理论的进一步分析涉及到制动摩擦引起的热机耦合不稳定研究。Kao等采用实验与三维有限元模型分析了刹车系统的热-塑性不稳定[26]，指出热塑性不稳定是产生热点和Thermal Judder的关键因素。Du等通过有限元分析得到了对应不同阶次热点分布的临界车速[27]，即不稳定车速；并指出对应不同的阶次有不同的临界车速。在此基础上，Lee等进一步发现理论分析得到的临界车速往往很高[28]，这与制动尖啸噪声常发生在中低速的结果不太一致。国内，吕振华，张立军等在制动器热机耦合方面也做了比较深入的工作，得到了制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动盘瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息[29–31]。但到目前为止，无论是采用解析模型还是有限元模型，“热点”理论的研究对实际制动过程中热点的仿真仍不完善，“热点”理论解决实际问题的报道也不多见。

近几年，一些学者开始关注不同制动摩擦噪声产生机理之间的关系。Kinkaid等综合考虑摩擦模型特性、模态耦合、材料物理特性建立了四自由度的制动器模型，对制动盘面内模态引起制动尖啸噪声的机理进行了研究[32]，认为周向摩擦力的瞬间反向冲击，可能会激起制动盘面内模态振动。由于制动盘结构、接触状态的不对称和材料的泊松特性进一步引起制动盘的面外振动，进而产生制动尖啸噪声。Elmaian、张立军等采用唯象模型探讨了汽车制动摩擦噪声产生三种机理之间的关系[33–34]，研究了摩擦系数-速度斜率对模态耦合不稳定的影响，并根据摩擦系数及其速度斜率的符号形成4个区域，分析了4个区域的黏-滑运动的特点和极限环及工况依赖性，并指出在摩擦系数-速度正斜率情况下系统参数改变会导致Hopf分岔。由于摩擦制动噪声问题涉及摩擦能量传递、摩擦的随机性、摩擦参数的时变性、运动本身的瞬态性，迄今为止，尚未完全弄清制动摩擦振动和噪声的产生机理，亦未建立完全行之有效的控制方法。

3 制动摩擦噪声的控制方法研究

制动摩擦噪声产生机理研究的最终目的，是控制制动噪声，即在产品设计与开发阶段，通过合理设计、噪声预报、主被动控制等方法来抑制制动器摩擦振动与噪声的产生。目前，主流的研究思路是将制动器看作一个整体，采用模态分析、有限元、边界元等方法，提出通过改变制动器结构参数、材料特性等措施，降低或抑制摩擦诱发制动部件的振动，以降低摩擦噪声。

控制制动摩擦噪声最重要的是从设计和制造方面采取措施。陈小悦认为制动器的自激振动是导致制动摩擦噪声的主要原因，制动器结构参数匹配不当是产生自激振动的关键因素[22]。在此基础上，文献[35]建立了盘式制动器（包括制动盘、内外制动块、制动钳、制动器支架）的有限元模型，利用模态综合技术得到了制动器的闭环耦合模型；该模型较准确地反映了盘式制动器的振动与噪声现象，由特征值分析计算出的不稳定模态频率与试验得到的噪声频率相吻合。文献[36]还进一步提出了利用尖叫模态频率构成的子结构模态幅值影响系数，判断子结构的各阶模态对系统不稳定性倾向的影响，从而找出对系统不稳定性最具影响的子结构模态，并以此为目标进行结构修改。Nossier等发现通过修改制动块的形状，可以改变制动块和制动盘之间的耦合形式，具有一定的降噪效果[37]。文献[38–40]给出了从结构优化设计方面控制低频与高频制动摩擦噪声的具体措施。

制动摩擦噪声问题不仅与经典的振动理论、制动器结构和工况条件密切相关，还与摩擦学相关的理论和知识紧密相联[41–42]。谢友柏从摩擦学所涉及的诸多事实出发，提出摩擦系统由于摩擦、磨损而造成系统的结构和功能具有时变特性，摩擦学行为涉及热力学、传热学、物理学、化学等多个学科行为间强耦合作用[43]。摩擦副表面的磨损将使表面质量和表面精度下降，改变摩擦系统系数，引起摩擦力的波动，造成制动器运行失稳，增大摩擦振动倾向，进而向周围辐射制动噪声[44]。因此，制动摩擦噪声的控制不能离开摩擦学相关理论的研究。黄学文等通过对TiNi形状记忆合金摩擦学特性及摩擦噪声特点的研究[45]，发现该合金具有优异的耐磨性能、不伤对偶、摩擦噪声明显低于45#钢。文[46]研究了沟槽和圆坑织构表面对摩擦尖叫噪声特性的影响及作用机理，指出对摩擦材料滑过织构表面并碰击其棱边时，所产生的作用力能起到主动控制界面摩擦噪声的作用，且能抑制某些特定频率处尖叫噪声的产生。因此，开发具有良好制动性、低热传导性、好恢复性、较小磨损性、低噪声和环保的制动摩擦材料是降低或抑制制动噪声的有效措施。

一些文献更多的是在实际中从增加系统阻尼的角度探讨抑制摩擦噪声问题。文献[47]研究了在制动器底板上黏贴阻尼层的减振降噪方法，该方法能够在一定程度上抑制制动器的不稳定模态，降低制动噪声。Fritz等采用有限元模型研究了阻尼对制动尖啸噪声耦合模态的影响规律[48]，详细分析了阻尼的转移效应和平滑作用。文献[49]在盘式制动器的制动块底板上粘贴一层阻尼层，研究了粘弹性材料的阻尼特性对制动器振动与噪声的影响，阻尼层同样起到了减振降噪的作用。增加阻尼抑制噪声主要针对的是频率在5 kHz以上的高频噪声问题，由于阻尼建模和阻尼系数确定的复杂性，目前还没有人从理论角度对增加阻尼的方法做出具体的分析。如何针对不同情况确定阻尼大小、位置以及在结构中如何实现仍需进一步的研究。

近期有学者从主动控制的方面研究制动摩擦噪声的抑制问题，虽然振动与噪声的主动控制在其它领域不乏研究，但是应用于制动器的研究尚不多见。文献[50]将电子抑噪技术应用于四活塞对置式钳盘制动器摩擦噪声的控制中。在内制动块与活塞之间安装传感器，传感器测得的信号经控制单元控制外制动块与活塞间的执行器，产生消振作用。Chatterjee等讨论了基于时滞位移差反馈的两种主动减振器在控制摩擦自激振动方面的有效性[51]。通过选择适当的控制增益和时滞，可以得到局部稳定的静态平衡，并在控制参数平面上划出了系统的稳定区域。贾尚帅等研究了刹车系统摩擦自激振动和控制问题[11]，应用基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的方法，设计了单输入单输出的非线性控制器，以便通过推迟两自由度盘式刹车系统Hopf分岔的临界速度，减少减速型刹车过程中的摩擦颤振，避免刹车啸叫。Ataei等分析了用新型压电叠堆脉冲阻尼器控制摩擦混沌运动的可行性[52]，通过适当调整谐阻尼参数，可以迅速有效地使系统远离混沌运动。制动摩擦噪声抑制的主动控制一般都是基于试验研究的，其应用前景尚需未来的实践来证实。

4 结语

从制动摩擦噪声的产生与特征分析出发，介绍和评述了制动摩擦噪声的产生机理及其控制措施的研究进展。

（1）自激振动、结构不稳定、“热点”理论三种机理都能够解释部分制动摩擦噪声，但是均有一定的局限性。其实三种产生机理并不相互矛盾，建议综合考虑摩擦过程中的各项因素，将三种机理结合起来研究制动摩擦噪声的本质。

（2）制动摩擦噪声与摩擦振动理论、制动器结构、工况条件以及摩擦学理论密切相关，可以从优化结构参数、改善摩擦材料特性等方面抑制摩擦噪声。

尽管制动摩擦噪声的研究已经超过半个世纪，但仍然还有很多问题尚未解决。制动摩擦噪声的研究要遵循摩擦系统的动力性、非线性、随机性、混沌性和分形性等基本特性，兼顾动力学、摩擦学与传热学，研究制动摩擦噪声的产生机理，从制动器结构优化设计、改善摩擦副材料等方面消除或抑制制动摩擦噪声。

[1]管迪华，宿新东.制动振动噪声研究的回顾、发展与评述[J].工程力学，2004，21(4)：150-155.

[2]AKAY A.Acoustics of friction[J].The Journal of the Acoustical Society ofAmerica,2002,111(4):1525-1548.

[3]张立军，刁坤，孟德建，等.摩擦引起的振动和噪声的研究现状与展望[J].同济大学学报（自然科学版），2013，41(5)：765-772.

[4]黄学文，张金换，董光能，等.汽车摩擦制动噪声研究进展与发展趋势[J].汽车工程，2007，29(5)：385-388.

[5]YANG S,GIBSON R.Brake vibration and noise:Reviews,comments,and proposals[J].International Journal of Materials&Product Technology USA,1997,12(4):496-513.

[6]丁千，翟红梅.机械系统摩擦动力学研究进展[J].力学进展，2013，43(1)：112-131.

[7]陈光雄，周仲荣，谢友柏.摩擦噪声研究的现状和进展[J].摩擦学学报，2000，20(6)：478-481.

[8]IBRAHIM R A.Friction-induced vibration,chatter,squeal,and chaos,Part 2:Dynamics and modeling[J].Applied Mechanics Review,1994,47(7):227-253.

[9]韩秋实.汽车刹车装置摩擦噪声的试验研究[J].声学技术，1998，17(3)：117-119.

[10]ASHLEY R,CROWTHER S.Analytical investigation of stick-slip motions in coupled brake-driveline system[J].Nonlinear Dynamics,2007,50:463-481.

[11]贾尚帅，丁千.刹车系统的摩擦自激振动和控制[J].工程力学，2012，29(3)：252-256.

[12]ASHESH S,PANKAJ W.An analytical study of timedelayed control of friction-induced vibrations in a system with a dynamic friction model[J].International Journal of Non-Linear Mechanics,2014,63:60-70.

[13]PETER V.Stick-slip instability of decelerative sliding[J].International Journal of Non-Linear Mechanics,2001,36:237-247.

[14]陈光雄.金属往复滑动摩檫噪声的研究[D].成都：西南交通大学，2002.

[15]INKAID N M,O’REILLY O M,PAPADOPOULOS P.Automotive disc brake squeal[J].Journal of Sound and Vibration,2003,(267):105-66.

[16]ARONOV V,D’SOUZA A F,KALPAKJIAN S,et al.Interactions among friction,wear,and system stiffness-Part 2:Vibrations induced by dry friction[J].Journal of Tribology,1984,106(1):59-64.

[17]BABA H,OKADE M,TAKEUCHI T.Study on reducing low frequency brake squeal-from modal analysis of mounting bracket[J].JSAE Review,1995,16(3):307-307

[18]HOFFMANN N,FISCHER M,ALLGAIER R,et al.A minimal model for studying properties of the modecoupling type instability in friction induced oscillations[J].Mechanics Research Communications,2002,29:197-205.

[19]ZHANG F,CHENG L,YAM L H.Modal characteristics of a simplified brake rotor model using semi-analytical Rayleigh-Ritzmethod[J].JournalofSound and Vibration,2006,297:72-88.

[20]GIANNINI O,SESTIERI A.Predictive model of squeal noise occurring on a laboratory brake[J].Journal of Sound and Vibration,2006,296(3):583-601.

[21]HOCHLENERT D,HAGEDORN P.Control of disc brake squeal modelling and experiments[J].Structural Control and Health Monitoring,2006,13(1):260-276.

[22]陈小悦.鼓式制动器低频振颤的研究[D].北京：清华大学，1988.

[23]余为高，于学华.应用有限元法对盘式制动器制动噪声分析[J].科学技术与工程，2009，9(12)：3234-3236.

[24]周昌祁，余晓星.盘式制动器制动噪声影响因素的有限元分析[J].汽车工程师，2011(1)：44-47.

[25]ABDELHAMID M K.Brake judder analysis:case study[C].SAE972027,1997.

[26]KAO T K,RICHMOND J W,DOUARRE A.Brake disc hot spotting and thermal judder:an experimental and finite element study[J].International Journal of Vehicle Design,2000,23(3/4):276-296.

[27]DU S.Finite element analysis of frictionally excited thermoelastic instability in a 3D annular disk[J].Journal of Vehicle Design,2000,23(3/4):203-217.

[28]LEE K.Conditions of frictional contact in disk brakes and their effects on brake judder[C].SAE980598,1998.

[29]吕振华，亓昌.蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析[J].机械强度，2003，25(4)：401-407.

[30]张立军，刁坤.面向热机耦合特性分析的制动器摩擦特性模型[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39(11)：1680-1686.

[31]张青，王古月，张科元，等.列车轮盘制动系统的热-机耦合分析[J].润滑与密封，2014，39(9)：69-73.

[32]KINKAID N M,O’REILLY O M,PAPADOPOULOS P.On the transient dynamics of a multi-degree-of-freedom friction oscillator:a new mechanism for disc brake noise[J].Journal of Sound and Vibration,2005,287(4-5):901-917.

[33]ELMAIAN A,GAUTIER F,PEZERAT C,et al.How can automotive friction-induced noises be related to physical mechanisms?[J].AppliedAcoustics,2014(76):391-401.

[34]张立军，吴军，孟德建.模态耦合及摩擦系数速度斜率与黏滑运动的关系[J].同济大学学报(自然科学版)，2015，43(12)：1850-1859.

[35]GUAN DIHUA,JIANG DONGYING.A study on disc brake squeal using finite element methods[C].SAE 980597，1998.

[36]宿新东，管迪华.利用子结构动态特性优化设计抑制制动器尖叫[J].汽车工程，2003，25(2)：167-170.

[37]NOSSIER T A,SAID M A R,EL NAHAS N S,et al.Significance of squeal in disc brake design[J].International Journal of Vehicle Design,1998,19(1):124-133.

[38]KUNG SHIH-WEI,STELZER G,SMITH K A.A study on low frequency drum brake squeal[C].SAE 2004-01-2787,2004.

[39]LIU W M,PFEIFER JEROME.Reducing high-frequency disc brake squeal by pad shape optimization[C].SAE 2000-01-0447,2000.

[40]LIU W M,VYLETEL G M,LI J.A rapid design tool and methodology for reducing high-frequency brake squeal[C].SAE 2006-01-3205,2006.

[41]PAPINNIEMI ANTTI,LAI JOSEPH C S,ZHAO JIYE,et al.Brake squeal: a literature review[J].Applied Acoustics,2002,63:391-400.

[42]MIKAEL ERIKSSON,FILIP BERGMAN,STAFFAN JACOBSON.On the nature of tribological contact in automotive brakes[J].Wear,2002,252:26-36.

[43]谢友柏.摩擦学的三个公理[J].摩擦学学报，2001，21(3)：161-166.

[44]葛世荣，朱华.摩擦学复杂系统及其问题的量化研究方法[J].摩擦学学报，2002，22(5)：405-408.

[45]黄学文，董光能，周仲荣，等.TiNi形状记忆合金的滑动摩擦噪声特性研究[J].噪声与振动控制，2005，25(6)：44-47.

[46]胡利鸿，莫继良，王东伟，等.沟槽和圆坑织构抑制摩擦尖叫噪声研究[J].中国机械工程，2016，27(9)：1158-1164.

[47]张芳，管迪华.抑制制动器振动噪声的阻尼方法的探讨[J].汽车工程，2003，25(3)：264-268.

[48]FRITZ G,SINOU J J,DUFFAL J M,et al.Effects of damping on brake squealcoalescence patterns—application on a finite element model[J].Mechanics Research Communications,2007,34(2):181-190.

[49]孙国辉，侯俊，张杰，等.抑制盘式制动器振动噪声的阻尼层研究[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2010，32(6)：954-957.

[50]CUNEFARE K A,GRAF A J.Experimental active control of automotive disc brake rotor squeal using dither[J].Journal of Sound and Vibration,2002,250(4):579-590.

[51]CHATTERJEE S,MAHATA P.Time-delayed absorber for controlling friction-driven vibration[J].Journal of Sound and Vibration,2009,322(1-2):39-59.

[52]ATAEI M,ATAI AA,MIRJAVADI S,et al.Application of impulse damper in control of a chaotic friction-induced vibration[J].JournalofMechanicalScience and Technology,2011,25(2):279-285.

ResearchAdvances of Mechanisms and Control Methods of Friction-induced Braking Noise

ZHOU Qi-zheng1,WANG De-shi1,GAO Sheng-yao2,LIU Bao1
(1.Department of Weaponry Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China;2.NavalAcademy ofArmament,Beijing 100161,China)

The friction-induced brake noise has a severe influence on the riding comfort and urban environment.Therefore,it is significant to study the mechanisms of friction-induced braking noise for preparing the control measures.In this paper,the research advances of the mechanisms and the corresponding control measures of friction-induced braking noise in recent three decades are reviewed.The mechanism theories of the friction induced braking noise can be classified into three classes:self-excited vibration,structure instability,and“hot spot”theory.The control measures are discussed in the aspects of structural design optimization,material performance modification etc.It is suggested that the further study on friction-induced braking noise should be carried out based on the inter-disciplines including tribology,dynamics and heat transfer.

vibration and wave;brake;friction;noise;mechanism;control measures

U463.5

A

10.3969/j.issn.1006-1355.2017.05.001

1006-1355(2017)05-0001-05+218

2017-02-27

国家自然科学基金青年基金资助项目（11602300）；国家自然科学基金资助项目（11372350）

周奇郑（1985－），男，河南省邓州市人，助理研究员，主要研究方向为振动与噪声控制、非线性动力学。

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