关于汽车制动抖动问题的调查研究

刘尚芬

摘 要：轿车高速制动抖动问题属于制动问题中的重要问题。本文就轿车在车速80Km/h左右踩制动踏板，出现方向盘及车身抖动问题进行调查分析。首先进行问题现象确认，收集问题现象后在实车上进行再现试验，测量制动卡钳、制动踏板、方向盘以及座椅的抖动情况，分析振动源，寻找问题原因并提出对策可行性方案。研究表明，高速制动抖动与制动盘的DTV存在明显关系，振源是前轮制动盘制动。

关键词：制动抖动;再现试验;制动盘DTV

1 引言

汽车制动的头等难题是制动抖动和制动异响问题[1]，而高速制动抖动是制动系统的典型问题，不同于低速制动抖动，它在新车时不易出现，一般在车辆经过一定的行驶里程后出现。车辆出现高速制动抖动时，会传递到方向盘、制动踏板、座椅等部位。这些问题不仅影响驾驶员的操作舒适性，还影响乘坐者的舒适性，故障表现最多的是制动时方向盘抖动的问题。所以制动抖动问题直接影响企业的品牌，研究和解决该问题是非常必要的[2]。

本文就制动抖动引起的问题进行调查研究，收集问题车辆的零部件与新零部件装车后进行道路对比试验，测定制动卡钳、方向盘、制动踏板和座椅导轨四个零件在xyz三个方向的振动数据，根据收集的数据和试验零件数据进行分析，寻找振动源，分析问题的可能原因。相关调查采取从主观评价到客观数据测定，为解决制动抖动问题提供调查的参考方法。

2 制动抖动问题车故障现象确认

收集问题车故障现象，发现问题车行驶里程主要集中在3-5万公里，在问题现场对两台里程在该范围车辆进行故障现象确认。通过实车道路主观确认，车辆制动性能正常，未出现制动跑偏、制动不良等现象。对制动抖动故障车故障现象确认结果如下表1：

其中，1#车更换摩擦块并排换制动液后，进行实车道路主观评价，制动抖动现象减弱。2#车更换摩擦块，同样进行实车道路主观评价，制动抖动现象同样减弱，但均不能根除该问题现象。为进一步调查解决问题，将故障车制动盘和摩擦块回收进行相关试验。

3 制动抖动道路再现试验

针对故障车零件（制动盘和摩擦块）进行再现试验，是为了进一步分析制动抖动引起车内方向盘、制动踏板和座椅的振动特征、振动源、振动的传递途径、行驶车速的关系等[3]。将故障车的制动盘和摩擦块，装配到正常车上进行道路再现试验。具体试验方案设计如下：

3.1 试验准备

3.1.1 试验车准备

试验车信息为：配置信息1.6MT，行驶里程2168Km，生产日期2017/02/06，轮胎气压200Kpa。试验前将轮胎气压调整至标准值，并组织进行实车道路主观评价，无抖动问题。

3.1.2 试验样件准备

试验样件准备：准备包含原车在内的共6个方案前制动盘和摩擦块样件，样件有未使用过的新件，以及故障车零件。

3.1.3 试验方案

试验测定项目结合故障车情况，在高速轻制动情况下，测量出车辆的平顺性，测量点布置在制动钳、方向盘、制动踏板和座椅导轨上。所需仪器有踏板力测量仪、胎压测量仪和加速度测量仪。车速由GPS读取。

3.1.4 试验工况

（1）试验路况：选取平直沥青路面，试验时注意安全。

（2）控制制动初速度：50Km/h，60Km/h，70Km/h，80Km/h，90Km/h。

（3）控制离合器：结合、断开。

（4）控制制动强度：采取轻制动，试验前测量制动力，控制制动力在40-50N。

（5）记录数据：各测量点三个方向振动加速度、各测量点最大加速度时的车速。

3.1.5 测量点布置

测量点布置如下：

（1）制动踏板上安装踏板力传感器，根据踏板力大小控制制动强度;

（2）在制动卡钳、方向盘12点位置、主驾驶座椅导轨中点、制动踏板臂上分别各布置一个三向加速度传感器，分别测量4个位置的X、Y、Z方向的振动加速度，布置如图1所示。

（3）在试验车上放置GPS，测量车速。

4 试验数据处理与分析

4.1 试验数据处理

数据处理主要在各组样件与整车振动加速度数据的对比分析，考察制动钳、方向盘、制动踏板和驾驶座座椅滑轨测量点最大振动数据与车速的关系，为分析振动源提供依据。

6组制动盘和摩擦块样件分别装在同一台车上进行试验，数据采集4个传感器安装点的X、Y、Z三个方向振动加速度，提取各点三个方向最大振动加速度数值，进行数据整理，曲线如图2所示。经对图2进行分析，得出以下结论：

（1）制动钳X方向的振动强度最大，制动钳的振动加速度是制动踏板和驾驶座座椅滑轨的10倍左右，是方向盘的6倍左右。表明振动源是制动钳附近，通过悬架系统零件、转向系统零件传递到车内，振动幅度减小。

（2）车内振动强度最大位置是方向盘，方向盘的振动加速度是制动踏板和驾驶座座椅滑轨的2倍左右，驾驶座座椅滑轨是车内振动强度最小位置。受传递路径各零件性能影响，车内各测量点的振动强度不同。

（3）6组试验样件振动幅值排序为：A4>A5>A6>A3>A2=A1。A4和A5属于不能接受水平。6组试验方案样件状态影响试验结果。

4.2 制动振动原因分析

（1）制動初速度和制动强度的影响

提取各测量部件振动值最大点对应的制动初速度，具体数据如下图3，由图中数据分析出制初动速度与振动有一定关联，振动最大值对应的制动初速度主要集中在60-80Km/h。制动强度属于轻度制动，制动力在40-45N。

（2）制动盘DTV对制动抖动的影响

测量6组制动盘工作面的厚度差DTV（Disc thickness variation），周向DTV（指制动盘与摩擦块接触区域周向的厚度差）最大值如图4所示，由图中可以看出前制动盘周向DTV由大到小排序为A4>A5>A6>A3>A2=A1，这个顺序与图1振动幅值由大到小的排序一致，所以制动盘DTV增量与制动抖动直接相关。

制动盘的DTV增量问题，可能由以下原因导致：

1）生产制造方面的原因，如加工误差;

2）耐久后的磨损不均[4]，当达到一定的行驶里程时开始出现振动问题，这与制动盘与摩擦块的磨损有关，可以从配合件的摩擦系数、零件表面硬度等方面着手分析;

3）一定速度下反复制动时的热变形问题[1]。

（3）悬架系统对整车制动抖动的影响分析

从图2分析得出车内抖动最大位置在方向盘的Z方向，其抖动幅度是制动踏板和座椅滑轨的2倍。分析抖动传递路径如下：

A. 方向盘抖动传递路径：制动盘——制动卡钳——转向节——转向拉杆接头——转向柱——方向盘。整条路径连接约束关系为球绞、固定副和移动副，没有缓冲的弹性衬套，所以方向盘具有较强的振动。

B.车身及座椅滑轨抖动传递路径较多，列出主要的两条为：制动盘——轮毂——转向节——前减震器——车体——座椅滑轨、制动盘——轮毂——传动轴——变速器——发动机——前副车架——车体——座椅滑轨。

C.制动踏板抖动传递路径：通过制动管路中的油压波动反馈到制动踏板上，并使驾驶者的脚上有感觉。

B两条路径都有弹性元件缓冲，如减震器缓冲件、减震弹簧、减震器、前悬架摆臂前后衬套、发动悬置衬套等缓冲件，在一定程度上将振动吸收。C路线中主要是油压波动。综上制动踏板和座椅滑轨振动较弱。

5 结语

本文通过实车道路耐久试验，对不同方案前轮制动盘和摩擦块装车状态进行评价并测量振动数据，明确了振动特性和振动源，为解决制动问题提供一定的参考内容，以下是本次调查研究的主要结论：

（1）试验车制动抖动属于高速（车速60-80km/h）制动抖动，制动强度属于轻度制动（踏板力40-45N）;

（2）制动时方向盘抖动与前轮制动盘DTV增量有直接关系，与后轮制动盘无关;

（3）试验车制动抖动主要表现在方向盘上，座椅和制动踏板抖动较弱;

（4）解决制动抖动引起的方向盘抖动问题，需要从振动源进行对应，可以考虑控制制动盘的DTV增量;

（5）通过调整悬架弹性元件的刚度，可以更大程度減轻制动抖动引起的车身和座椅的抖动，但不会减轻决方向盘抖动。

制动抖动问题是一项复杂问题，不仅涉及零件的尺寸精度问题，还涉及零件耐久磨损问题，后续拟从制动盘DTV增量变化控制上深入研究。

参考文献：

[1]张立军，宁国宝，余桌平，制动抖动引起的转向盘振动现象试验与理论分析，中国汽车工程学会年会论文集，2007，SAE-C2007P136.

[2]余桌平，尹东晓，张立军，等，盘式制动器制动抖动问题概述[J]，汽车工程，2005，27（2），372-376.

[3]宁国宝，张立军，尹东晓，余桌平，制动引起的方向盘抖动现象试验研究，中国工程机械学报，2004，Vol.2  No.3.

[4]郑为民，制动时方向盘抖动与排除，技师手记汽车维修，2014.9.