李虎本 黃巨成 朱亞偉

制動(dòng)噪音不僅有單一性的激勵(lì)和系統(tǒng)性的激勵(lì)，且受環(huán)境因素影響較大，如晨起噪音、地域性噪音等。正因?yàn)橹苿?dòng)噪音復(fù)雜性，所以制動(dòng)噪音不僅成為各主機(jī)廠的瓶頸技術(shù)難題，也成為是制動(dòng)器供應(yīng)商的行業(yè)難題。

一、制動(dòng)噪音的相關(guān)因素

1、制動(dòng)噪音的可控因素

制動(dòng)噪音的類型與部件相關(guān)如圖1所示。

如圖l所示，噪音是通過(guò)摩擦激勵(lì)，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的部件共振產(chǎn)生。通過(guò)調(diào)整各部件自身材質(zhì)、壓縮、結(jié)構(gòu)、剛度或者部件間的配合方式，能有效降低或者預(yù)防噪音的產(chǎn)生，把該相關(guān)部件作為可控因素。

2、制動(dòng)噪音的不可控因素

制動(dòng)噪音的不可控因素主要分為以下四方面。

（1）自身磨耗及老化。

（2）道路的加載與震動(dòng)。

（3）不良使用。

（4）自然氣候環(huán)境。

二、制動(dòng)噪音的不可控因素分析

1、自身磨耗及老化

隨著里程的增加，剎車片和剎車盤(pán)自身的磨耗引起的物理特性改變，以及剎車片消音片粘接膠的老化引起的阻尼特性改變，形成的耦合性噪音。

2、道路的加載與震動(dòng)

行駛道路路況的干擾和震動(dòng)引起噪音的方式具有多樣性，如泥濘路涉水引起異物入侵，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)/片摩擦面劃傷的非正常噪音。

3、不良使用

客戶長(zhǎng)期高溫，高壓制動(dòng)導(dǎo)致剎車片表面形成釉面層，摩擦系數(shù)輸出不穩(wěn)定造成非典型噪音（注：釉面層區(qū)分于轉(zhuǎn)移膜，轉(zhuǎn)移膜對(duì)噪音和制動(dòng)穩(wěn)定性有改善作用，同時(shí)釉面層也區(qū)分于MPU，兩者非常相似，但是有本質(zhì)區(qū)別，釉面層為剎車片有機(jī)物碳化形成的硬質(zhì)點(diǎn)，MPU則是制動(dòng)盤(pán)金屬并集聚鑲嵌于剎車片）。

4、自然氣候環(huán)境

自然氣候環(huán)境包括：環(huán)境的溫度、濕度和大氣鹽分等諸多方面。環(huán)境的交互會(huì)引起某些部件固有特性的改變從而導(dǎo)致噪音，如高濕狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致的摩擦系數(shù)升高，增加制動(dòng)片對(duì)盤(pán)的攻擊性，形成攻擊性噪音。

就以上不可控因素進(jìn)行分析，無(wú)論是自身的磨耗及老化，還是路況和不良使用問(wèn)題，都很難通過(guò)部件自身的改善來(lái)抑制噪音問(wèn)題的產(chǎn)生。但自然環(huán)境不同，自然環(huán)境雖不可控，但是否可以采用對(duì)自然環(huán)境不敏感的惰性材料進(jìn)行優(yōu)化呢？

三、自然氣候環(huán)境與材料的交互

2014年某車反饋全國(guó)共59個(gè)城市共計(jì)172例噪音，其中沿海城市14地市個(gè)反饋113例，內(nèi)陸城市45地市僅僅反饋59例，且15例反饋以上的地市都集中在沿海地區(qū)，呈現(xiàn)明顯的地域性。

1、噪音分析

該噪音雖呈現(xiàn)地域性，但沿海分布較廣溫差較大，所以跟溫度相關(guān)并不強(qiáng)烈，考慮和沿海地區(qū)的濕度和大氣鹽分強(qiáng)相關(guān)。

如圖2對(duì)該故障分析過(guò)程的發(fā)現(xiàn)，其故障件開(kāi)槽中夾雜的成分主要為Fe₂O₃，對(duì)其來(lái)源做如下分析。

（1）制動(dòng)盤(pán)的磨損。

（2）剎車片本身。

因現(xiàn)階段制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)無(wú)可取代，即對(duì)剎車片材料進(jìn)行分析，該摩擦材料中含有還原鐵粉。還原鐵粉是一種活性很強(qiáng)的鐵粉，因其顆粒小與空氣接觸面比較大，極易產(chǎn)生氧化，其加工過(guò)程需要惰性氣體保護(hù)，常溫條件下極易成氧化Fe₂O₃，而Fe₂O₃在摩擦材料中作為增摩劑應(yīng)用。還原鐵粉氧化成Fe₂O₃，增加了摩擦系數(shù)，從而增加制動(dòng)片對(duì)制動(dòng)盤(pán)的攻擊性，導(dǎo)致噪音產(chǎn)生。

2、故障再現(xiàn)

首先對(duì)制動(dòng)片借用鹽霧實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《ASTM-B117》進(jìn)行銹蝕實(shí)驗(yàn)，如圖3所示，模擬出故障原因（下面稱作：模擬故障件）。

然后進(jìn)行SAE J251的噪音驗(yàn)證，與故障件進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)，如圖4所示。

對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，故障件和模擬故障件其噪音頻率都在2100Hz和7000Hz完全吻合。

3、回歸分析

將剎車片銹蝕層打磨后再進(jìn)行SAE J2521驗(yàn)證噪音故障是否消失。以確定銹蝕影響，回歸分析噪音頻率圖，如圖5所示。

將故障件銹蝕層打磨后2100Hz和7000Hz噪音消失，確定銹蝕影響。

4、故障分析總結(jié)

結(jié)合故障再現(xiàn)和回歸分析，可判定噪音為同一故障：銹蝕導(dǎo)致。

結(jié)合我國(guó)沿?？諝恹}度分析，確定沿海降水、風(fēng)力擴(kuò)散導(dǎo)致的空氣潮濕和沿海城市大氣中含有海鹽成分，是導(dǎo)致摩擦材料剎車片工作面表面銹蝕的環(huán)境因素。剎車片中的還原鐵粉是對(duì)該環(huán)境因素敏感的內(nèi)在原因。

四、噪音整改措施

針對(duì)環(huán)境因素導(dǎo)致的摩擦材料工作面銹蝕，優(yōu)化對(duì)環(huán)境敏感的材料成分如還原鐵粉，并延展可銹蝕的材料如鋼棉等確定如下方案進(jìn)行銹蝕實(shí)驗(yàn)。

方案一：鋼棉替代還原鐵粉（測(cè)試鋼棉銹蝕程度）。

方案二：礦物類替代黑色金屬。

目前銹蝕實(shí)驗(yàn)考察對(duì)象為剎車片背板材料，對(duì)摩擦材料本身銹蝕標(biāo)準(zhǔn)缺失，故借用軍《GJDl50.11-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法》對(duì)剎車片進(jìn)行抗銹蝕實(shí)驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)為24h的交替實(shí)驗(yàn)，如圖6所示，這種交變方式和試驗(yàn)時(shí)間，能提供比連續(xù)噴霧96h更接近真實(shí)暴露情況的鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，并具有更大的潛在破壞性，因?yàn)樵趶臐駶?rùn)狀態(tài)到干燥狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，腐蝕速率更高。

銹蝕結(jié)果看出：鋼棉抗銹蝕能力優(yōu)于還原鐵粉，但還是存在銹蝕風(fēng)險(xiǎn)，故選取方案二進(jìn)行SAE J2521噪音驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如圖7所示。

從報(bào)告中可以看出：方案二中制動(dòng)噪音僅有2次，且分貝比較低，抗銹蝕能力好，對(duì)于環(huán)境交互產(chǎn)生銹蝕而導(dǎo)致的噪音有很好的遏制作用。

五、環(huán)境因素交互噪音的改善措施、建議

1、建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，固化要求

案例陳述標(biāo)準(zhǔn)缺失，前期驗(yàn)證不全面，導(dǎo)致地域性噪音發(fā)生。建立健全相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證并固化標(biāo)準(zhǔn)要求，以保證開(kāi)發(fā)前期的全面驗(yàn)證，做到有標(biāo)準(zhǔn)可依、有要求可依。

2、建立和優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系

優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)聯(lián)性，如果案例所述地域性噪音，在開(kāi)發(fā)前期鹽霧實(shí)驗(yàn)ASTM-B117和侵蝕實(shí)驗(yàn)0204Y1650結(jié)合，開(kāi)發(fā)初期即可發(fā)現(xiàn)銹蝕的侵蝕厚度，規(guī)避地域性噪音風(fēng)險(xiǎn)，再如剪切實(shí)驗(yàn)IS06312-2012和密度、PH值實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，可有效降低破壞性實(shí)驗(yàn)的樣本數(shù)量，降低開(kāi)發(fā)成本。

3、優(yōu)化材料選取方向

摩擦材料原材料的選取，無(wú)論是礦物類材料還是合成類材料，充分考慮其對(duì)自然環(huán)境的交互關(guān)系，活潑性、吸水性以及氧化性好的材料進(jìn)行規(guī)避，以提高部件自身的穩(wěn)定性，同應(yīng)考慮國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該部件的法規(guī)要求，如剎車片原材料中避免出現(xiàn)石棉共生礦類。

六、結(jié)語(yǔ)

對(duì)特定環(huán)境下的噪音進(jìn)行分析，要從環(huán)境的交互后的現(xiàn)象，分析到現(xiàn)象的本質(zhì)。借助共性的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)性地分析原因，尋求解決方向。搭載檢測(cè)工具驗(yàn)證措施有效性。環(huán)境因素不可控，可控的是部件對(duì)環(huán)境的敏感性，希望通過(guò)本文對(duì)有對(duì)效預(yù)防環(huán)境交互導(dǎo)致的制動(dòng)噪音起到一定的指導(dǎo)作用。