乘用车制动噪音及解决方法

李东

摘要：制动噪音来自摩擦产生的自激振动，经由声压波传送到人耳，俗称汽车制动NVH，属于汽车舒适性领域;制动噪音通常用振动强度以声压级dB来表示。人类对噪音的敏感频率范围通常在20至20000Hz。不同国家地区对制动噪音的敏感重视度不一样，通常中日韩等亚洲和北美地区的关注度要明显高于欧洲。为此我们有必要对中国汽车市场的制动噪音技术进行深入探讨研究。

Abstract： Brake noise are from the self-motivated vibration producing by friction behavior， and will be transferred to Man's ear via sound pressure wave， which is also called Automobile NVH and belongs to field of Auto Comfort. Brake noise is generally described with vibration Strength by sound pressure dB. Men's sensible Noise frequency are between 20～20000Hz. Different Country has different view of sensibility to the brake noise， i.e. in Asia and north America like China， Japan…has more focus on the brake noise than Europe. So it's very necessary to have a deep research on brake noise in China Auto Market.

關键词：制动噪音;影响因素;解决方案;试验评价

Key words： brake noise;influence factor;solutions;test evaluation

中图分类号：U463.51                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0129-02

0  引言

制动噪音作为汽车制动技术的一个重要分支，在日常驾驶中会经常碰到，严重的制动噪音会刺激耳膜，引起客户严重的制动舒适性抱怨。本文结合多年的行业实践经验，基于在OEM制动开发过程中遇到的各种整车制动噪音问题进行了详细的归纳解析并找到切实可行的办法去改善各种噪音问题，为工程技术人员实际解决制动噪声问题提供一定参考经验。

1  制动噪音类别特点

图1是常见的汽车制动噪音及其发生频率范围：通常在4000Hz以下为低频噪音，4000Hz以上为高频噪音。通常中高频制动噪音与制动摩擦副（制动钳/盘/片）关系密切;低频噪音与转向节影响较大;Groan和Moan噪音与悬架系统结构设计关联性更大。

2  常见制动噪音问题

根据实践开发经验，以下四类制动噪音是最常见最易引起用户抱怨的噪音：

①Creep Groan起步噪音（<500Hz）;

②Squeal尖叫噪音（1-4kHz/4-16kHz）;

③Moan低频Moan噪音（<1kHz）;

④Rattle敲击噪音（<1kHz）。

2.1 Creep Groan起步噪音（<500Hz）

主要由整个悬架系统的刚度及摩擦材料和制动盘表面相互作用的动-静摩擦系数变化引起。一般发生在自动挡车辆起步或手动及自动挡车辆上下坡时，车辆由静止转为运动的一刹那，再现率接近100%。为此，Creep Groan影响因素包含：

①摩擦材料特性对动-静摩擦系数的影响：通过研究发现，起步噪音的优异表现顺序一般为NAO>Semi Met>medium friction low-met>high friction low-met。为此选择NAO摩擦片，可以有效降低动-静摩擦系数的变化，大幅减小Creep Groan噪音。

②离合器的形式，对车辆由静止转为运动时摩擦片与制动盘是否带压力的影响。

自动挡液力变矩器变速箱AQ和双离合自动变速器变速箱DQ的起步噪音主观对比，DQ明显好于AQ，这主要与不同结构变速器的半制动时动力输出相关。为此，通过双离合器DSG或带Standabkoppelung功能的动力传递机构可以一定程度消除起步噪音。

③悬架刚度：提升整个悬架的刚度对起步噪音也有很好的抑制作用，但从整个系统角度考虑，工程上实现难度和成本较高。

2.2 Squeal 低频和高频尖叫噪音（1-4kHz）（4-16kHz）

Squeal尖叫噪音是在整个制动系统的某个或多个固有频率上发生的能量异常产生的现象，其激励作用来自制动对偶件，但会牵涉到整个悬架系统（摩擦片、制动盘、卡钳、转向节、减震器、控制臂等）。制动盘在噪音产生的过程中起到“扬声器”的作用，声波由制动盘表面辐射而出。

Squeal多发生在车辆低速行驶，轻踩制动踏板时。有时和温度以及湿度有关，有些极端案例多发生在早晨、低温天气或暴热天气、雨天。该类噪音再现率不高，时有时无的情况较常见，但总体抱怨率很高。

Squeal常见影响因素如图2。

针对影响因素常见的解决方案有：

①改制動盘、制动钳的重量或结构，将易引发共振的固有频率段移开;

②对制动钳支架（或转向节支架）与摩擦片配合部分的尺寸进行检查和控制;

③改进摩擦片底料、给摩擦材料开槽、倒角;

④针对特定噪音频率选择适用的减震片;

⑤更换摩擦材料的配方。

下面通过实例来进行介绍：

①通过改变摩擦材料或开槽倒角，再进行模态分析后，进而改变其固有频率优化噪音。

②制动盘通风结构和卡钳支架结构。

将通风盘结构和前制动钳支架增加部分材料（俗称加肉）可以改变整个前制动的振动特性，这种优化方式多用在噪音为1-4kHz的Squeal噪音，且多发在低温、湿度较大的室外条件。

③摩擦阻尼片微调。

摩擦阻尼片亦称消音片或减震片，在制动噪音匹配方面占有重要作用，通过不同材料配方的阻尼片进行噪音匹配以消除高频噪音是比较方便快捷的解决制动噪音措施。阻尼片改善噪音方式通常有：1）阻尼片开槽，改善制动压力分布状态;2）采用不同配方和厚度的消音片进行多轮匹配优化;3）在消音片上再增加一层金属扣片，以解耦方式改善部分频段噪音。

2.3 Moan噪音（<1kHz）

Moan噪音特点频率一般小于500Hz，常发生在后桥，扭转梁结构居多，其发生工况如下：

①低速;

②低压或者没有制动压力;

③带转向;

④室外或地下车库隔夜停车，第二天早晨冷启动时;

⑤洗车后间隔一段时间，或者雨天（部分车型）。

Moan噪音发生的原因有：底盘系统刚度较弱和摩擦片和制动盘之间的不稳定接触。通常制动零件的频率高于600Hz，所以大部分Moan噪音都是车轮支架、后桥总成、整车等车桥 、悬挂零件发生频率耦合导致的。

2.4 Rattle噪音（<1kHz）

Rattle噪音是由于制动零件内部的空隙较大，在车辆通过特定的坏路面（如面包路面或搓板路面）时，路面引发了摩擦片和制动盘或者制动钳之间的共振。Rattle噪音产生时，制动踏板必然松开，无制动压力，一旦施加制动压力，摩擦片咬住制动盘，噪音消失。

解决Rattle噪音的主要方法有：

①优化制动钳、摩擦片的尺寸链设计，不要造成过大的间隙。

②在兼顾其他制动性能要求，无法继续优化尺寸链的前提下，可适当收紧壳体导销与支架孔之间的配合间隙。

3  制动噪音试验评价

制动噪音试验评价分为台架和整车试验。

台架试验即NVH惯量试验台测试，用底盘悬挂总成进行测试，国际通用的是SAE J2521标准，各个卡钳厂也会有自己的内部标准，例如大陆的ATE标准、采埃孚的Matrix标准等。试验分为全片和半片的冷态和热态噪音测试。

另一种为整车测试台架（也叫NVH转鼓试验台架），将整车在密闭消音室环境进行整车噪音台架模拟，这种在NVH惯量试验台的基础上加入汽车的转向等操纵，可以更好的模拟整车运动状态，更准确的测试整车制动噪音。

制动噪音整车试验即城市和山区道路试验，从用户使用角度出发主客观的测试评价汽车的整体制动噪音水平。该类试验经过国内近十年的开发验证已形成标准化。具体内容可以参考团体标准《TCAAMTB 17-2019 乘用车制动噪声及抖动整车道路试验方法及评价》。该标准定义了车辆的冷态和热态评价方法，驾驶员对每天的制动噪音表现进行数据采集记录和主观评价，并在规定的里程对噪音抖动等制动参数进行客观测量，最终通过主客观数据对车辆的总体制动系统噪音表现和制动磨损等性能进行综合评估。

当前国际、国内公认的整车道路制动噪音耐久试验有：美国LACT，西班牙Mojacar，中国黄山休宁等试验。

4  小结

本文从工程实践出发，对乘用车常见的制动噪音进行分类介绍，并对各种噪音的产生机理进行剖析，结合在产品开发过程中遇到的各种噪音问题从理论和实际角度提出相应切实可行的解决方案，并不断积累经验解决NVH实际问题。制动噪音的试验评价需要一套完整的体系，从NVH惯量台架到转鼓试验台再到整车路试验证，最终才能开发出满足用户舒适性要求的制动系统。

参考文献：

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[2]武素荣，费康，李亚.轿车制动器制动撞击噪音影响因素解析[J].汽车应用技术，2019，08.

[3]刘伯威，杨阳，熊祥.汽车制动噪声的研究[J].摩擦学学报，2009，07.

[4]夏祖国，龚洪，史建鹏，刘浩.制动噪声改善方法分析研究[A].2015中国汽车工程学会年会论文集[C].2015.