動面生銹對低里程制動抖動現(xiàn)象的影響研究

鞏飛，藍(lán)翔

（長安馬自達(dá)汽車有限公司，江蘇 南京 211100）

動面生銹對低里程制動抖動現(xiàn)象的影響研究

鞏飛，藍(lán)翔

（長安馬自達(dá)汽車有限公司，江蘇 南京 211100）

基于某車型持續(xù)出現(xiàn)的低里程制動抖動現(xiàn)象的調(diào)查研究，分析了該車型出現(xiàn)低里程制動抖動的可能性原因。通過鹽霧處理模擬制動盤自然銹蝕過程，并實(shí)車路試再現(xiàn)了該車型低里程制動抖動發(fā)生過程，提出了制動面生銹不均勻是造成低里程制動抖動的主要原因的結(jié)論。

制動抖動；低里程；DTV；制動面生銹再現(xiàn)實(shí)驗

CLC NO.: U472.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-51-04

前言

盤式制動器是轎車的常用制動形式，盤式制動器在制動效能、制動方向的穩(wěn)定性及制動效能的恒定性方面較鼓式制動器有優(yōu)異表現(xiàn)，因此，目前轎車大多采用前盤后鼓或者四輪全部是盤式制動器的制動形式。

但是，盤式制動器也有不盡人意之處，那就是制動抖動問題。制動抖動是盤式制動器常見故障之一，表現(xiàn)為某一車速范圍內(nèi)制動時方向盤、制動踏板甚至車身底板抖動。在20世紀(jì)80年代之前，人們對汽車的研究、設(shè)計還停留在汽車的動力性和使用性方面。制造技術(shù)落后，質(zhì)量低下，不可能把制動抖動作為重點(diǎn)問題進(jìn)行研究。到20世紀(jì)80年代，人們開始注意到這一問題，尤其是近年來，汽車的行駛安全性和乘坐的舒適性成為人們對汽車性能關(guān)注的熱點(diǎn)，制動抖動問題就顯得越來越突出，越來越受到人們的關(guān)注，是近年來用戶投訴的熱點(diǎn)之一[1]。

1、制動抖動的原因和機(jī)能分析

制動抖動在各種類型的車輛中均有發(fā)生，制動抖動不僅嚴(yán)重影響了車輛的舒適性，增加了駕駛員的疲勞和誤操作的可能，同時隨著制動抖動過頻，也加速了相關(guān)制動部件的提早損壞，從而影響了行車的安全性[2]。

對于車輛制動抖動問題產(chǎn)生原因及影響因素前期研究已經(jīng)提出了理論分析，通常認(rèn)為新車在行駛5000-10000km左右才會出現(xiàn)制動抖動現(xiàn)象。同時，研究表明制動抖動是由于制動力矩的波動BTV（Brake torque variation）造成的，產(chǎn)生制動力矩波動的主要因素是制動盤的厚薄差DTV(Disc thickness variation)和制動盤在安裝狀態(tài)下的端面跳動，其中制動盤厚薄差是引起制動力矩波動的最主要原因，而端面跳動引起的虛擬厚薄差在量值上大約為其1/10左右，制動盤厚薄差對制動抖動的影響遠(yuǎn)大于端面跳動的影響[3]。試驗表明，在一定的車況下15μm的厚薄差，細(xì)心的司機(jī)就能感覺到制動抖動[4]。

關(guān)于制動抖動產(chǎn)生的原因及機(jī)理目前已研究的主要理論如下：

（1）制動盤非制動狀態(tài)的磨損

制動盤非制動狀態(tài)磨損不僅是難于避免，而且影響較大。浮動式制動鉗解除制動之后往往不能立即回位或完全回位，導(dǎo)致制動盤和摩擦塊之間始終在局部上有輕微的接觸[1]。同時，由于制動盤端面跳動的存在就會造成制動盤產(chǎn)生偏磨，經(jīng)過長期非制動狀態(tài)下的偏磨會引起制動盤厚薄差DTV值增大，最終導(dǎo)致制動盤邊緣處的DTV超差產(chǎn)生制動抖動[5]。制動盤跳動量和制動盤的材質(zhì)都是影響制動盤偏磨而產(chǎn)生厚度差的因素。

（2）制動盤熱變形

制動盤的熱變形主要表現(xiàn)為制動過程中的熱翹曲和不均勻熱點(diǎn)[6]。制動盤在制動過程中由于摩擦的作用將使溫度升高，制動盤外圈的線速度相對內(nèi)圈而言其線速度要高，因此，外圈的溫度就會更高，在外圈產(chǎn)生一個熱環(huán)，而這個熱環(huán)不可能均勻規(guī)則，會成為一個個的熱點(diǎn)或熱點(diǎn)區(qū)域，其溫度最高可達(dá)1000℃，制動盤的巨大溫差會導(dǎo)致制動盤發(fā)生翹曲變形，其結(jié)果是產(chǎn)生了制動盤厚薄差，這就是所謂的制動盤熱翹曲變形。

（3）轉(zhuǎn)移膜理論

制動過程中，制動盤和剎車片磨屑組成的摩擦膜不斷轉(zhuǎn)移，受各種因素的影響造成轉(zhuǎn)移膜在圓周上分布不均，從而產(chǎn)生厚度上的差別，造成制動抖動[7]。

（4）制動盤表面腐蝕生銹

長期暴露在潮濕環(huán)境中，制動盤表面會出現(xiàn)腐蝕生銹，鐵銹分為紅繡和黑銹。紅繡一般在下雨之后產(chǎn)生，經(jīng)過若干次制動之后會脫落與制動沒有直接關(guān)系，黑銹經(jīng)過多次制動也無法脫落[3]。

2、某車型低里程制動抖動案例分析

2.1 問題描述

某車型用戶持續(xù)反饋車速在60-120km/h行駛在高速路，輕踩制動踏板（約4.9m/s2的減速度）制動時發(fā)生轉(zhuǎn)向盤、制動踏板及車身底板抖動，更換前制動盤后制動抖動現(xiàn)象消失，問題排除。抖動車輛行駛里程均在100-400km左右，里程較低。對制動抖動故障車輛進(jìn)行方向盤抖動角加速度測量，結(jié)果如圖5，方向盤抖動角加速度峰值為切向角加速度3.93m/s2，綜合角加速度為3.0m/s2，實(shí)車駕駛感受抖動現(xiàn)象明顯。

對抖動車輛輪轂制動盤安裝面端面跳動、制動盤材質(zhì)、硬度、機(jī)械性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求，對制動盤進(jìn)行全尺寸測量，測量結(jié)果顯示抖動相關(guān)的幾何尺寸DTV（標(biāo)準(zhǔn)<15μm）及制動面端面跳動(標(biāo)準(zhǔn)<17μm)超差，如下表：

檢查抖動車輛制動盤外觀，在制動盤面均存在一塊淺色光亮區(qū)域，與制動面其他深色區(qū)域分界明顯。測量該區(qū)域制動盤厚度均較其他區(qū)域小，造成制動盤DTV超差。

該車型出現(xiàn)制動抖動的車輛里程均較低（<500km），故判斷制動抖動產(chǎn)生原因與高里程(>5000km)制動抖動現(xiàn)象不同，非耐久原因?qū)е隆Ｕ{(diào)查抖動車輛信息，所有抖動車輛制造日期至銷售日期停放時間均超過60天。調(diào)查采用同樣材質(zhì)及技術(shù)要求的制動盤的其它車型，無類似低里程制動抖動故障抱怨，但同時發(fā)現(xiàn)該車型開發(fā)初期為改善制動噪音而選用了弱磨削性的無銅材料的摩擦片。

2.2 可能原因分析

綜合以上制動抖動理論及該車型制動抖動的現(xiàn)象分析，推測導(dǎo)致該車型低里程制動抖動產(chǎn)生的原因如下：

（1）該車型新車長時間（超過60天）停放，制動盤與空氣接觸的表面產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，銹層較厚，而被摩擦片覆蓋的區(qū)域由于摩擦片采用高堿性材料，因此銹蝕程度較輕，銹層較薄。

（2）制動面銹蝕嚴(yán)重的區(qū)域在制動后紅繡很快去除，但附著在制動面硬度較高且黏附性強(qiáng)的黑銹由于該車型采用了弱磨削性的摩擦片去銹能力不足，因此很難去除，導(dǎo)致該區(qū)域制動盤厚度增厚。而被摩擦片覆蓋的區(qū)域則只有很少的紅繡，很容易去除。由于兩區(qū)域制動后厚度存在差異因此造成制動盤DTV超差并產(chǎn)生制動抖動。

3、抖動現(xiàn)象模擬再現(xiàn)實(shí)驗

3.1 實(shí)驗設(shè)計

實(shí)驗流程設(shè)計如圖5，其中制動盤48h鹽霧處理相當(dāng)于自然條件下銹蝕60天。

3.2 實(shí)驗結(jié)果

3.2.1 抖動方向盤角加速度

對實(shí)驗件制動盤、摩擦片鹽霧處理后裝車進(jìn)行路試抖動角加速度測量，在時速60-120km/h輕踩制動踏板以4.9m/s2（0.5G）的減速度制動，測試人員明顯感到制動踏板、方向盤、車身底板抖動。方向盤抖動角加速度峰值為切向角加速度3.65m/s2，綜合角加速度為2.72m/s2，如圖7，抖動現(xiàn)象、角加速度值與故障車輛相似，確認(rèn)抖動故障實(shí)驗再現(xiàn)。

3.2.2 實(shí)驗制動盤尺寸

對實(shí)驗件完成路試后進(jìn)行拆解及尺寸測量發(fā)現(xiàn)DTV、制動面端面跳動明顯增大并超差。

對制動盤厚度分布進(jìn)行測量，制動盤厚度分布測量結(jié)果如圖8，數(shù)據(jù)顯示測量點(diǎn)4、5、6位置制動盤厚度明顯較薄。

檢查實(shí)驗件實(shí)驗后制動盤外觀，厚度測量點(diǎn)4、5、6位置為左、右制動盤鹽霧處理時摩擦塊覆蓋位置，該區(qū)域厚度較薄且實(shí)驗后出現(xiàn)如圖9所示淺色區(qū)域，與非摩擦片覆蓋深色區(qū)域分界明顯，制動面狀態(tài)與制動抖動故障件制動面狀態(tài)相似。

4、結(jié)論

（1）通過制動盤模擬自然生銹實(shí)驗設(shè)計再現(xiàn)了故障車輛制動抖動現(xiàn)象及制動盤生銹制動后制動面厚度分布狀態(tài)；（2）DTV超差是造成該車型車輛出現(xiàn)低里程制動抖動的主要原因；

（3）DTV超差的根本原因是車輛長時間停放由于高堿性摩擦塊覆蓋作用導(dǎo)致制動面表面生銹不均勻，由于采用了弱磨削性的摩擦塊導(dǎo)致制動后制動面銹層較厚區(qū)域殘留了較難去除的黑銹，因此在制動面形成深色及淺色兩種厚度相差較大的區(qū)域；

（4）通過以上車輛抖動案例分析及模擬自然生銹再現(xiàn)實(shí)驗驗證了制動盤生銹是導(dǎo)致車輛出現(xiàn)低里程制動抖動的主要原因。

改善措施及建議：

（1）制動盤防銹處理

新車下線后在車輛前輪輪轂加覆輪轂保護(hù)膜或采用室內(nèi)停車場停放，可以有效防止由于長時間停放在潮濕環(huán)境及淋雨造成的制動盤生銹，降低車輛出現(xiàn)低里程制動抖動現(xiàn)象的故障率；

（2）長時間停放車輛定期除銹作業(yè)

新車停放時間超過一個月需要進(jìn)行除銹處理，具體方法是用第2檔（20-30km/h）開500m并多次輕踩制動，然后快速用力做3次強(qiáng)烈制動，然后檢查制動盤面并重復(fù)以上除銹過程直至制動面銹層全部除去；

（3）摩擦片設(shè)計變更

更改摩擦片材料，采用強(qiáng)磨削性材料的摩擦片，不僅在制動時可以去除制動盤表面紅銹還可以去除硬度較高較難去除的黑銹，防止制動面不同厚度氧化膜區(qū)域出現(xiàn)造成DTV超差。但同時摩擦片磨削性增強(qiáng)后通常表面硬度會增大往往容易產(chǎn)生制動噪音及降低制動器制動效能，因此在設(shè)計時需要綜合考慮。

[1] 汽車盤式制動器制動抖動問題的研究[J].陳紅，陳永林.內(nèi)燃機(jī)與配件，2013，(2).

[2] 汽車制動抖動發(fā)生機(jī)理研究[M].尹東曉[M]同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，上海，2006.

[3] 凱美瑞2.40G轎車制動抖動的故障原因及排除[J].程正茂.汽車維修，2013.1.

[4] 制動抖動現(xiàn)象及控制措施[J].尹東曉，寧國寶.北京汽車，2005（3）.

[5] 汽車制動抖動分析的研究[M].韓建榮.南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文，南京，2008.

[6] 盤式制動器制動抖動機(jī)理和控制研究[J].王強(qiáng)，齊鋼，崔海峰.機(jī)械設(shè)計及制造，2010（5）.

[7] 制動抖動機(jī)理及改進(jìn)方案分析[J].胡強(qiáng).工業(yè)技術(shù)，2012（9）.

TheInfluenceOfBrake Disc Rust On Low Mileage Brake Judder Car Study

Gong Fei, Lan Xiang
（Changan Mazda Automotive Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 211100）

Based on the phenomenon study oflow mileage brake judder car , analyze the possible reason . Simulate the brake disc natural rust by salt spry treatment, reappearance the process of the car low mileage brake judder phenomenon. The conclusion is the brake disc surface rust is major reason of the car low mileage brake judder.

Brake judder；Low mileage；DTV；Brake disc Surface rust Reappearanceexperiment

U472.7

A

1671-7988(2015)06-51-04

鞏飛，就職于長安馬自達(dá)汽車有限公司技術(shù)開發(fā)中心，擔(dān)任底盤制動系統(tǒng)開發(fā)工程師。