張立軍，張頻捷，孟德建

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

2016177

汽車盤式制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振試驗(yàn)與理論分析*

張立軍，張頻捷，孟德建

(同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804)

進(jìn)行了盤式制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的實(shí)車道路試驗(yàn)，理清該現(xiàn)象的發(fā)生工況與客觀特征。在此基礎(chǔ)上，以改進(jìn)的Karnopp摩擦力模型為基礎(chǔ)，建立了1/4車起步顫振機(jī)理模型和1/2車“弓狀變形效應(yīng)”影響機(jī)理模型，進(jìn)行蠕動(dòng)顫振再現(xiàn)與關(guān)鍵因素影響分析。結(jié)果表明，除摩擦副動(dòng)靜摩擦因數(shù)差之外，懸架系統(tǒng)的變形特性、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、制動(dòng)壓力變化和前后軸間制動(dòng)壓力分配等都對(duì)制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振有重要影響。

盤式制動(dòng)器；蠕動(dòng)顫振；自激振動(dòng)；粘滑運(yùn)動(dòng)

前言

汽車制動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生多種振動(dòng)和噪聲問(wèn)題，嚴(yán)重?fù)p害汽車性能和質(zhì)量。按頻率分，1 000Hz以下主要是制動(dòng)抖動(dòng)(brake judder)和制動(dòng)顫振(brake groan)以及伴生的異常噪聲；而在1 000Hz以上則主要是低頻和高頻制動(dòng)尖叫(brake squeal)[1]。以往，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界重點(diǎn)研究制動(dòng)抖動(dòng)和制動(dòng)尖叫[2-4]，而對(duì)制動(dòng)顫振的關(guān)注相對(duì)不足。

近年來(lái)，隨著自動(dòng)擋汽車的日益普及，汽車制動(dòng)器的顫振及伴生異響問(wèn)題日益為廣大汽車用戶所詬病。根據(jù)國(guó)際權(quán)威第三方評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)J. D. Power發(fā)布的中國(guó)汽車市場(chǎng)新車質(zhì)量報(bào)告[5]，2009-2013年制動(dòng)器振動(dòng)和噪聲問(wèn)題一直排在前3位。其中，對(duì)制動(dòng)顫振的抱怨和投訴占據(jù)主導(dǎo)地位。其原因在于，隨著我國(guó)汽車保有量的迅猛增長(zhǎng)和大中城市交通擁堵的不斷加劇，汽車“走走停停”，低速反復(fù)起步和制動(dòng)頻發(fā)，大大增加了制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的發(fā)生機(jī)率。

長(zhǎng)期以來(lái)，研究者將蠕動(dòng)顫振發(fā)生機(jī)理歸結(jié)于制動(dòng)器的粘滑振動(dòng)激勵(lì)機(jī)制[6-9]和懸架系統(tǒng)的傳遞方法作用[7，10-12]，因此重點(diǎn)致力于開發(fā)具有小動(dòng)靜摩擦因數(shù)差的摩擦材料配方[13-15]，和優(yōu)化具有低振動(dòng)傳遞率的懸架系統(tǒng)[10-12]。但迄今為止尚未完全解決問(wèn)題，也未取得令人完全滿意的控制效果。

本文中在試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)懸架系統(tǒng)存在顯著的變形，這在很多前期的研究成果中也有描述[6,7,11,16-17]。但前期研究幾乎都忽略了這一極其重要的現(xiàn)象，未將懸架系統(tǒng)的變形納入制動(dòng)顫振發(fā)生機(jī)理的研究中，這必然會(huì)導(dǎo)致有關(guān)制動(dòng)顫振發(fā)生機(jī)理的研究缺乏系統(tǒng)性和全面性。有針對(duì)性地開展研究，既有利于深化制動(dòng)顫振的機(jī)理理論，也能夠?yàn)閷で蟾鼜V泛和更有效的制動(dòng)顫振控制措施提供指導(dǎo)。

在此背景下，本文中將針對(duì)某自動(dòng)變速汽車起步時(shí)發(fā)生的盤式制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振，通過(guò)道路試驗(yàn)詳細(xì)考察蠕動(dòng)顫振發(fā)生時(shí)的振動(dòng)和懸架變形特征。在此基礎(chǔ)上，基于一種新建的、能夠再現(xiàn)摩擦力在極低速情況下自平衡特點(diǎn)的改進(jìn)Karnopp摩擦力模型，分別建立1/4車蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型和考慮懸架系統(tǒng)變形的1/2車“弓形效應(yīng)”機(jī)理模型，深入探討蠕動(dòng)顫振的發(fā)生機(jī)理，分析摩擦副特性、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和懸架系統(tǒng)參數(shù)的影響。

1 制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的道路試驗(yàn)與分析

1.1 試驗(yàn)工況設(shè)置

為深入了解制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象的基本特征，開展表1所示工況下的蠕動(dòng)顫振道路試驗(yàn)并進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)與客觀分析。表中，工況I為參考工況，工況II用以考察制動(dòng)過(guò)程對(duì)蠕動(dòng)顫振的影響，工況III通過(guò)增加發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高了車輛起步時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩，用以考察驅(qū)動(dòng)力矩對(duì)蠕動(dòng)顫振的影響，工況IV斷開了動(dòng)力總成，用以考察去除了驅(qū)動(dòng)力矩波動(dòng)因素以后，蠕動(dòng)顫振是否依然產(chǎn)生。

表1 試驗(yàn)工況

1.2 主觀感受和客觀測(cè)量結(jié)果

(1)工況I 當(dāng)駕駛員緩慢釋放制動(dòng)踏板即將起步時(shí)，制動(dòng)器發(fā)生明顯的蠕動(dòng)顫振和異響，噪聲從尖銳的、長(zhǎng)間隔的脈沖狀異響，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿岷偷?、短間隔的異響。圖1為蠕動(dòng)顫振發(fā)生過(guò)程中制動(dòng)鉗的實(shí)測(cè)垂向加速度，圖2為一次沖擊的時(shí)間展開圖。由圖1和圖2可知，蠕動(dòng)顫振具有明顯的瞬態(tài)沖擊特征與試驗(yàn)中的主觀噪聲感受相一致。另外，由于左右制動(dòng)鉗的振動(dòng)加速度沖擊并不完全同步，這說(shuō)明蠕動(dòng)顫振與動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)關(guān)系不大。

圖1 制動(dòng)鉗垂向振動(dòng)加速度

圖2 蠕動(dòng)顫振的一個(gè)脈沖

(2)工況II 當(dāng)駕駛員掛上N擋并釋放制動(dòng)踏板以后，懸架姿態(tài)出現(xiàn)明顯的變化，前后車輪都會(huì)向后滾動(dòng)一個(gè)很小的距離，前后車輪之間的距離比制動(dòng)釋放前增加0.5cm(如圖3所示，前輪向后滾動(dòng)1.8cm，后輪向后滾動(dòng)2.3cm)。當(dāng)駕駛員第2次釋放制動(dòng)踏板起步時(shí)，出現(xiàn)與工況I中類似的顫振異響，但劇烈程度小于工況I。

圖3 釋放制動(dòng)踏板前后輪之間距離的變化

(3)工況III和工況IV 出現(xiàn)與工況I中類似的顫振異響。工況III中，由于提高了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，車輛起步時(shí)的制動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)力都更大，起步蠕動(dòng)顫振顯著加強(qiáng)。個(gè)別客戶抱怨車輛冷態(tài)起步時(shí)蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象有所加強(qiáng)，可能就是由于發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)噴油加濃使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速升高導(dǎo)致的。在工況IV中，雖然坡道產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，但蠕動(dòng)顫振依然存在，并且坡道變陡，蠕動(dòng)顫振也會(huì)顯著增強(qiáng)。

1.3 蠕動(dòng)顫振的主要特征綜合分析

綜上，汽車起步時(shí)的制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振異響具有如下基本特點(diǎn)：

(1)制動(dòng)蠕動(dòng)顫振會(huì)在存在驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力沖突的情況下發(fā)生，與驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源無(wú)關(guān)(D擋/R擋發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，或N擋坡道上重力驅(qū)動(dòng))；

(2)車輛起步過(guò)程中的蠕動(dòng)顫振異響逐漸由尖銳大周期脈沖演變?yōu)槿岷托≈芷诿}沖；

(3)起步時(shí)的驅(qū)動(dòng)力變大(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大或坡道變陡)，顫振異響會(huì)趨于惡化；

(4)車輛在一定的車速制動(dòng)后，前后軸軸距會(huì)微小縮短。通過(guò)復(fù)原軸距，有助于緩解再次起步時(shí)的蠕動(dòng)顫振異響烈度。

2 制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的機(jī)理分析

2.1 分析思路

通常認(rèn)為制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振主要發(fā)生在車輛臨界起步階段，其產(chǎn)生原因?yàn)閯?dòng)靜摩擦因數(shù)之差。因此，首先建立改進(jìn)的Karnopp摩擦力模型，從而改善模型在極低速情況下對(duì)摩擦力的模擬。

然后，針對(duì)蠕動(dòng)顫振的特點(diǎn)(2)和(3)，建立面向1/4車的蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型，再現(xiàn)汽車起步時(shí)的蠕動(dòng)顫振振動(dòng)特征，解釋汽車蠕動(dòng)顫振的發(fā)生機(jī)理，并著重分析懸架扭曲變形的影響。

最后，考慮制動(dòng)作用引起的軸距縮短效應(yīng)，提出所謂“弓形變形效應(yīng)”概念，建立面向1/2車的蠕動(dòng)顫振激勵(lì)機(jī)理模型，解釋懸架姿態(tài)對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響機(jī)制。

2.2 自激振動(dòng)機(jī)理模型

通常，經(jīng)典的庫(kù)侖摩擦力模型具有以下特點(diǎn)：(1)當(dāng)摩擦副存在相對(duì)速度Δv時(shí)，摩擦因數(shù)等于動(dòng)摩擦因數(shù)μd；(2)當(dāng)摩擦的相對(duì)速度為0時(shí)，摩擦力自動(dòng)平衡外力，使得摩擦副相對(duì)速度保持為0，但摩擦力不得大于最大靜摩擦因數(shù)μs與正壓力N的乘積。

在實(shí)際的數(shù)值計(jì)算中，不存在相對(duì)速度為0的情況。因此，假設(shè)當(dāng)相對(duì)速度絕對(duì)值小于小量ε時(shí)，即認(rèn)為摩擦副進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)。為了增強(qiáng)算法的穩(wěn)定性，當(dāng)摩擦副進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)后，增加一個(gè)收斂數(shù)k，使得進(jìn)入鎖止?fàn)顟B(tài)后相對(duì)速度能夠緩慢回復(fù)到0。

如果摩擦副的主動(dòng)側(cè)與被動(dòng)側(cè)皆為彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，則摩擦力模型可表示為

(1)

(2)

(3)

2.3 汽車起步的蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型

2.3.1 起步顫振機(jī)理模型建立

圖4為研究自激振動(dòng)常用的機(jī)理模型，該圖表明，傳送帶、質(zhì)量塊和彈簧阻尼系統(tǒng)是自激振動(dòng)不可或缺的3個(gè)要素。在汽車前懸總成上，同樣具有這3個(gè)要素。

圖4 摩擦引起的自激振動(dòng)機(jī)理模型

圖5為起步時(shí)制動(dòng)器蠕動(dòng)顫振的模型示意圖。圖中，可將制動(dòng)盤面視為傳送帶，對(duì)于自動(dòng)變速汽車而言，在起步時(shí)制動(dòng)盤始終會(huì)作用有來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩，制動(dòng)器可視為質(zhì)量塊，而懸架系統(tǒng)則可視為制動(dòng)器的彈性支撐系統(tǒng)。當(dāng)存在制動(dòng)摩擦力作用時(shí)，懸架系統(tǒng)發(fā)生如圖中虛線所示的彎曲變形，由此會(huì)使制動(dòng)塊沿制動(dòng)盤的周向上產(chǎn)生一個(gè)位移，這為制動(dòng)器的自激振動(dòng)提供了可能性。

圖5 起步蠕動(dòng)顫振原理

基于以上認(rèn)識(shí)，假設(shè)車輪與地面純滾動(dòng)并忽略輪胎剛度，建立起步蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型，如圖6所示。其中，Mb為制動(dòng)器的質(zhì)量；Kb和Cb分別為前懸架系統(tǒng)的縱向彎曲剛度與阻尼系數(shù)；Md為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)盤總等效質(zhì)量；Mv為1/4車輛的等效質(zhì)量；Kkc和Ckc為懸架縱向的C特性；Fd為作用在制動(dòng)盤上的驅(qū)動(dòng)力；Nf為制動(dòng)壓力作用；xb，xd和xv分別為制動(dòng)器、制動(dòng)盤和車輛的位移。

圖6 起步顫振機(jī)理模型

建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

(4)

式中：fresist為車輛受到的滾動(dòng)阻力；f為Mb與Md之間的摩擦力，由式(1)～式(3)計(jì)算獲得。

式(1)中：

(5)

式(3)中：N=Nf

(6)

2.3.2 起步顫振機(jī)理與影響因素分析

對(duì)模型施加制動(dòng)壓力，如圖7所示。先讓車輛緊急制動(dòng)，待車速達(dá)到一定數(shù)值后，逐漸減小制動(dòng)壓力，使車速慢慢上升，由此再現(xiàn)工況I下的蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象。

圖7 起步蠕動(dòng)顫振仿真工況

提取汽車起步階段Mb的振動(dòng)加速度，如圖8所示。顯然系統(tǒng)發(fā)生了明顯的自激振動(dòng)現(xiàn)象，而且具有先是尖銳大周期脈沖，然后逐漸變化為柔和小周期脈沖的特點(diǎn)，這與試驗(yàn)中觀察到的蠕動(dòng)顫振特征完全一致。同時(shí)，每次瞬態(tài)波動(dòng)的信號(hào)特征又與圖2所測(cè)得的制動(dòng)鉗振動(dòng)加速度信號(hào)非常相似。這說(shuō)明所建立的模型可有效地反映蠕動(dòng)顫振的根本特征。

圖8 制動(dòng)塊振動(dòng)加速度

下面通過(guò)仿真計(jì)算，考察發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力、懸架系統(tǒng)參數(shù)和制動(dòng)器參數(shù)的影響。

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力大小的影響

將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力Fd放大1.5倍(從720變?yōu)? 080N)，仿真結(jié)果如圖9所示。由于驅(qū)動(dòng)力的增大改變了與制動(dòng)力平衡的臨界點(diǎn)，顫振現(xiàn)象被提早觸發(fā)，并且顫振的振動(dòng)強(qiáng)度有所加大。這與試驗(yàn)工況III中觀察到的試驗(yàn)結(jié)果一致。

圖9 驅(qū)動(dòng)力對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

(2)懸架和制動(dòng)器系統(tǒng)參數(shù)的影響

分別將懸架彎曲剛度Kb、制動(dòng)器質(zhì)量Mb和懸架C特性Kkc加倍，分析其對(duì)制動(dòng)塊振動(dòng)加速度的影響，仿真結(jié)果如圖10～圖12所示。

圖10 懸架彎曲剛度對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

圖11 制動(dòng)器質(zhì)量對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

圖12 懸架C特性對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

仿真結(jié)果表明，增加懸架系統(tǒng)的彎曲剛度不會(huì)減小顫振的振動(dòng)強(qiáng)度，但可以縮短顫振的持續(xù)時(shí)間；制動(dòng)器質(zhì)量的變化對(duì)顫振強(qiáng)度的影響很顯著，增大制動(dòng)器質(zhì)量可有效減小顫振強(qiáng)度；懸架縱向彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的影響在該模型中無(wú)法反映出來(lái)。

2.4 汽車起步的弓形效應(yīng)蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型

2.4.1 弓形效應(yīng)機(jī)理模型建立

2.3節(jié)中的模型仍然存在明顯的局限性。當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，車輪不受路面切向力與滾動(dòng)阻力作用，因此車輪僅受到制動(dòng)塊摩擦力與傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力作用，模型的邊界條件僅與發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩有關(guān)，這就無(wú)法解釋1.2節(jié)中起步蠕動(dòng)顫振的特點(diǎn)(4)。

實(shí)際車輛在制動(dòng)過(guò)程中，前后車輪受到的法向力與縱向力會(huì)發(fā)生變化，由于懸架的K&C特性影響，軸距會(huì)縮短，如圖13中虛線所示。由于車輛存在一個(gè)類似繃緊弓的變形，本文中將其命名為“弓形效應(yīng)”。

圖13 弓形效應(yīng)原理

如果車輛制動(dòng)停車后釋放制動(dòng)，前后車輪受到的法向力與縱向力會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)，軸距也會(huì)恢復(fù)，弓形變形消失。但是，如果制動(dòng)停車后駕駛員沒(méi)有松開制動(dòng)踏板，制動(dòng)器的制動(dòng)作用會(huì)阻止車輪的滾動(dòng)恢復(fù)，弓形效應(yīng)保持，軸距不能恢復(fù)。此時(shí)，前后車輪之間就會(huì)產(chǎn)生一對(duì)大小相等，方向相反的作用力。

這對(duì)力會(huì)引起制動(dòng)力邊界條件的改變。如圖13中所示的前輪的受力分析，前輪上的制動(dòng)器制動(dòng)力矩、驅(qū)動(dòng)力矩與路面縱向力平衡。而且，路面縱向力越大，制動(dòng)力也越大，相當(dāng)于增加了圖6所示模型的驅(qū)動(dòng)力Fd，所以顫振異響將會(huì)加劇。

在城市行駛工況中，由于需要頻繁起停車輛，所以經(jīng)常出現(xiàn)掛在D擋不松制動(dòng)踏板的停車工況，因此由于弓形效應(yīng)引起的起步蠕動(dòng)顫振加劇的情況也必將經(jīng)常出現(xiàn)。

根據(jù)上述分析，建立弓形效應(yīng)機(jī)理模型，如圖14所示。左半部分表示車輛前軸，右半部分表示車輛后軸。驅(qū)動(dòng)力Fd只單獨(dú)作用于前軸上，制動(dòng)力通過(guò)制動(dòng)力分配系數(shù)β分配在前后軸制動(dòng)器上，產(chǎn)生Nf和Nr兩個(gè)制動(dòng)壓力，并且有

(7)

式中Nsum為前后總制動(dòng)壓力。

運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為

(8)

式中：ff和fr都可由式(1)～式(3)計(jì)算獲得，具體計(jì)算方法與式(5)和式(6)相似。

圖14 弓形效應(yīng)機(jī)理模型

2.4.2 關(guān)鍵影響因素分析

為了能夠再現(xiàn)表1中工況II對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象，定義模型的輸入信號(hào)不僅包括前后軸總制動(dòng)壓力Nsum，還包括驅(qū)動(dòng)力擋位P，并有

Fd=P·Fe

(9)

式中Fe為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的驅(qū)動(dòng)力。顯然，當(dāng)P=1時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)處于D擋，當(dāng)P=0時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)處于N擋。

根據(jù)表1中工況I和工況II，對(duì)仿真模型輸入如圖15所示的輸入量，圖15(a)對(duì)應(yīng)工況I，為一般制動(dòng)工況，圖15(b)對(duì)應(yīng)工況II，為釋放弓形效應(yīng)的工況。

圖15 弓形效應(yīng)仿真工況

圖16 前后制動(dòng)塊的振動(dòng)加速度

圖16為圖15(a)輸入量對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果。對(duì)比圖8可以發(fā)現(xiàn)，引入了1/2車模型及懸架弓形效應(yīng)以后，起步蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象，尤其是前軸的起步蠕動(dòng)顫振振動(dòng)發(fā)生了巨大改變，在連續(xù)的起步蠕動(dòng)顫振發(fā)生前，會(huì)出現(xiàn)幾次間斷的，更加劇烈的顫振脈沖。很明顯，這些脈沖會(huì)大大降低制動(dòng)系統(tǒng)NVH性能，同時(shí)駕駛員的主觀感受勢(shì)必也會(huì)大幅降低。

圖17為一般工況與釋放弓形效應(yīng)工況之間的仿真對(duì)比結(jié)果。由圖可見(jiàn)，釋放弓形效應(yīng)以后，前后車軸起步蠕動(dòng)顫振異響都得到了明顯的改善。這與1.2節(jié)中起步蠕動(dòng)顫振的特點(diǎn)(4)一致，也很好地說(shuō)明了懸架的弓形效應(yīng)對(duì)汽車起步蠕動(dòng)顫振有重要的影響。

圖18 懸架C特性對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

圖18為不同懸架C特性對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響。雖然懸架C特性引起的弓形效應(yīng)對(duì)起步蠕動(dòng)顫振影響顯著，但是其C特性的大小本身對(duì)起步蠕動(dòng)顫振影響不大。懸架C特性的大小會(huì)影響到弓形效應(yīng)引起的軸距縮短量，但是前后輪之間力的大小卻主要是由制動(dòng)減速度大小決定的。

制動(dòng)力分配系數(shù)也是制動(dòng)系統(tǒng)的重要參數(shù)，如果路面縱向力引起的前后懸架縱向變形完全相同，則弓形效應(yīng)也會(huì)消失。圖19為制動(dòng)力分配系數(shù)β等于0.75，0.5和0.25 3種情況下的起步蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象。圖19(a)采用的仍是一般工況，可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著β的變小，前軸顫振異響逐漸削弱，后軸顫振異響逐漸加強(qiáng)，其中，當(dāng)β=0.5時(shí)，前軸顫振異響持續(xù)的時(shí)間最短，說(shuō)明改變制動(dòng)力分配系數(shù)的確起到了減小弓形效應(yīng)的作用。為了消除弓形效應(yīng)的影響，單純從制動(dòng)力大小的角度分析其對(duì)顫振異響的影響，圖19(b)對(duì)比了3種制動(dòng)力分配系數(shù)下釋放弓形效應(yīng)工況時(shí)的顫振異響，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是前軸還是后軸，顫振異響的劇烈程度會(huì)隨制動(dòng)力的降低而降低。然而，由于后軸顫振異響本身不太明顯，且后軸振動(dòng)到車內(nèi)噪聲的傳遞函數(shù)較小，以犧牲后軸顫振異響為代價(jià)，減小前軸顫振異響的大小，對(duì)于降低車內(nèi)異響的主觀感受有一定幫助作用。

圖19 制動(dòng)力分配對(duì)起步蠕動(dòng)顫振的影響

3 結(jié)論

(1)進(jìn)行了汽車起步蠕動(dòng)顫振主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，獲得了汽車起步蠕動(dòng)顫振的幾個(gè)主要特征，并建立相關(guān)理論模型解釋了其特征產(chǎn)生的原因。

(2)建立了改進(jìn)的Karnopp摩擦力仿真模型，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車極低速臨界起步階段顫振異響問(wèn)題的仿真。

(3)建立了起步蠕動(dòng)顫振機(jī)理模型，證明了驅(qū)動(dòng)力大小與懸架振動(dòng)特性對(duì)于起步蠕動(dòng)顫振具有一定的影響。

(4)提出弓形效應(yīng)理論，建立了弓形效應(yīng)機(jī)理模型，證明了弓形效應(yīng)對(duì)于起步蠕動(dòng)顫振具有一定的影響，并發(fā)現(xiàn)制動(dòng)力分配系數(shù)對(duì)于起步蠕動(dòng)顫振現(xiàn)象具有顯著的影響。

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Tests and Theoretical Analysis of Creep Groan in Vehicle Disc Brake

Zhang Lijun，Zhang Pinjie & Meng Dejian

CollegeofAutomotiveStudies，TongjiUniversity，Shanghai201804

A real vehicle test is conducted on the creep groan of disk brake to clarify the occurring conditions and objective features of that phenomenon. On this basis, a 1/4 vehicle model for creep groan mechanism in vehicle start up and a 1/2 vehicle model for the affecting mechanism of ‘bow-shaped deformation effects’ are created, based on the improved Karnopp friction model, to reproduce creep groan and analyze the effects of key factors. The results show that the deformation characteristics of suspension, driving torque, braking pressure and the braking force distribution between axles also have important effects on the creep groan of disk brake, besides the difference between static and kinetic friction factors.

disk brake; creep groan; self-excited vibration; stick-slip motion

*國(guó)家自然科學(xué)基金(51575395)資助。

原稿收到日期為2015年6月18日，修改稿收到日期為2015年9月1日。