制動(dòng)系統(tǒng)各零部件共振分析研究

何俊藝

摘要：無論是國產(chǎn)汽車或者是國外汽車品牌，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中都會(huì)面臨同樣一個(gè)問題的困擾，汽車在一定速度行駛下進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，那么制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零部件也會(huì)隨之引起振動(dòng)，一定程度大小的振動(dòng)會(huì)給零部件的應(yīng)用帶來一定損傷，進(jìn)而影響到汽車振動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)零部件共振的原因進(jìn)行分析與研究，就可以找到共振的原因，進(jìn)而提出具體的解決方案，保障汽車的正常運(yùn)行。

Abstract： Whether it is a domestic car or a foreign car brand， they will face the same problem in the production and design process. When the car is running at a certain speed and performs emergency braking， the various components of the braking system will also cause Vibration， a certain degree of vibration will bring certain damage to the application of parts， and then affect the application of automotive vibration systems. Analyzing and researching the cause of resonance of automobile brake system components can find the cause of resonance， and then propose specific solutions to ensure the normal operation of the automobile.

關(guān)鍵詞：制動(dòng)系統(tǒng);零部件;共振;分析

Key words： brake system;parts;resonance;analysis

0 ?引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與增長，小汽車已經(jīng)成為每家每戶都會(huì)擁有的一項(xiàng)消費(fèi)品，在過去十幾二十年來，國內(nèi)購買車輛一般都會(huì)選擇國外品牌，包括日本、德國、美國生產(chǎn)的汽車，國內(nèi)車輛在生產(chǎn)技術(shù)、車輛性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如國外汽車品牌?，F(xiàn)在，國人更傾向于國產(chǎn)汽車，說明國產(chǎn)汽車品牌的生產(chǎn)工藝與車輛性能在不斷提升，滿足人們對(duì)車輛安全穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

汽車在緊急情況下需要緊急制動(dòng)，并且隨著對(duì)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的研究，汽車制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用也在不斷進(jìn)步發(fā)展著，功能更趨向于全面化，汽車在緊急制動(dòng)情況下也能保證其正常的安全運(yùn)行。但是汽車制動(dòng)系統(tǒng)如果頻繁應(yīng)用也會(huì)給零部件帶來損傷，制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)原理是通過劇烈的摩擦運(yùn)動(dòng)引起的，并隨之引起振動(dòng)，頻繁的振動(dòng)會(huì)給汽車零部件帶來損傷，惡化汽車的平衡制動(dòng)性，不僅會(huì)損壞零部件，最重要的是影響駕駛員的操作，加大駕駛員出現(xiàn)錯(cuò)誤操作的概率，頻繁的制動(dòng)會(huì)讓汽車零部件過早的出現(xiàn)損傷，降低零部件使用壽命，影響到汽車的安全使用性能。因此，對(duì)于汽車制動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)現(xiàn)象必須進(jìn)行有效的干預(yù)與解決，保證汽車的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 ?汽車制動(dòng)系統(tǒng)的分類

汽車在行駛過程中遇到緊急情況需要進(jìn)行制動(dòng)，那么就需要啟動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)，使行駛過程中的汽車進(jìn)行強(qiáng)制減速或者停車，或者使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。這就會(huì)用到制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)指的是機(jī)動(dòng)車輛上給車輪施加一定的力，從而對(duì)其進(jìn)行一定程度的強(qiáng)制制動(dòng)的專門裝置。制動(dòng)系統(tǒng)的作用是：使處于行駛狀態(tài)的汽車按照駕駛員的要求進(jìn)行強(qiáng)制的減速甚至是停車;使已經(jīng)停駛的汽車可以在各種道路的條件下，包括坡道穩(wěn)定的駐車;使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。

在一定程度上保證汽車的安全正常運(yùn)行，汽車上都會(huì)安裝制動(dòng)系統(tǒng)，用于緊急制動(dòng)。在汽車的制動(dòng)方式上有很多種，傳統(tǒng)的制動(dòng)方式有鼓式剎車，鼓式剎車就是將力作用于制動(dòng)蹄片上，通過增加摩擦力的方式來阻止剎車鼓進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到制動(dòng)效果。盤式制動(dòng)器也是車輛制動(dòng)系統(tǒng)的一種，不同的是盤式制動(dòng)器應(yīng)用于大型貨車或者客車，分為鉗盤式制動(dòng)器和全盤式制動(dòng)器兩種。另外，還將電子信息技術(shù)應(yīng)用于制動(dòng)系統(tǒng)中，即ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，通過輪速感應(yīng)器傳來的脈沖感受汽車輪胎的運(yùn)行速度，當(dāng)車輛的輪胎可能發(fā)生抱死時(shí)，ABS防抱死系統(tǒng)就會(huì)立刻發(fā)出指令，通過快速開關(guān)開來達(dá)到控制剎車。ABS防抱死系統(tǒng)是目前轎車都會(huì)應(yīng)用的一種緊急制動(dòng)系統(tǒng)，既能讓輪胎保持轉(zhuǎn)動(dòng)，也能防止輪胎抱死，最大限度的縮短制動(dòng)距離，達(dá)到穩(wěn)定制動(dòng)方向、防止車輪抱死的效果。起初，ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)由于價(jià)格高昂，只能用于某些高級(jí)豪華的汽車，隨著科技的進(jìn)度，目前各種中小型汽車都能夠安裝ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。還有一種ESC控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是在ABS的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)的，它增加了汽車車身穩(wěn)定的功能。ECS它是主要通過監(jiān)測汽車橫擺角速度來計(jì)算出車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過方向盤轉(zhuǎn)角和車速計(jì)算出駕駛員所期望的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。再通過對(duì)二者的差別，來判斷車輛是否處于轉(zhuǎn)向不足或者是轉(zhuǎn)向過度的狀態(tài)，從而進(jìn)行主動(dòng)的制動(dòng)。與此同時(shí)也往往會(huì)伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的控制。

2 ?汽車制動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)種類

2.1 低頻抖動(dòng)

汽車制動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)方式有三種，摩擦程度的不同造成汽車制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)引起不同程度大小的振動(dòng)，從振動(dòng)程度依次分為低頻振動(dòng)、中頻振動(dòng)和高嘯頻叫。分析三種程度大小不同的振動(dòng)，可以從根本上解決制動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)。那么，首先分析低頻振動(dòng)，低頻振動(dòng)的頻率在10-50Hz范圍內(nèi)，與車速形成一定的正比例關(guān)系。引起低頻振動(dòng)的原因主要是制動(dòng)力矩的波動(dòng)引起的低頻強(qiáng)迫振動(dòng)，低頻振動(dòng)很容易發(fā)現(xiàn)也很容易解決，因此，低頻振動(dòng)目前并不成為影響汽車安全行駛的因素。

2.2 中頻顫振

中頻顫振的頻率在100-1000Hz，中頻顫振引起的原因是制動(dòng)盤和摩擦塊之間引起強(qiáng)烈的摩擦，理論上認(rèn)為，摩擦力速度的負(fù)斜率給系統(tǒng)提供了負(fù)阻尼，使制動(dòng)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，進(jìn)而引起一定頻率的震顫。對(duì)于中頻顫振的研究已經(jīng)有很長時(shí)間了，但是到目前為止，也沒有有效的解決中頻顫振的問題。中頻顫振是介于低頻振動(dòng)和高頻嘯叫之間的，對(duì)低頻振動(dòng)已經(jīng)得到了有效的解決，高頻嘯叫不能有效解決，而中頻顫振雖然有了系統(tǒng)的理論解釋與解決，但是在實(shí)際汽車行駛過程中，中頻顫振還是存在的并沒有得到有效解決，不能徹底解決，只能從傳播途徑上進(jìn)行抑制。

2.3 高頻嘯叫

高頻嘯叫是三種振動(dòng)模式中振動(dòng)頻率最大的一種振動(dòng)模式，振動(dòng)頻率能達(dá)到1000Hz以上，與以上兩種振動(dòng)方式不同，高頻嘯叫的振動(dòng)傳播是以空氣為介質(zhì)，而對(duì)于引起高頻嘯叫原因的探究從上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)開始了，但到目前為止也沒有有效的解決。對(duì)引起高頻嘯叫的原因目前有兩種理論解釋，一種是自激振動(dòng)，另一種是“熱點(diǎn)”理論。自激振動(dòng)理論的主要觀點(diǎn)是摩擦引起的嘯叫，當(dāng)摩擦系數(shù)大于系統(tǒng)本身的負(fù)阻尼時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)發(fā)生發(fā)散，就會(huì)引起制動(dòng)的噪聲。但是，在隨后的學(xué)者研究中指出，當(dāng)摩擦系數(shù)為恒定值時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)還是會(huì)發(fā)出噪聲，因而否定了這一理論。而“熱點(diǎn)”理論認(rèn)為制動(dòng)盤在制動(dòng)的過程中產(chǎn)生熱點(diǎn)進(jìn)而導(dǎo)致的噪聲，但是這一理論也并沒有得到有效的驗(yàn)證，究竟高頻嘯叫究竟是什么原因引起的，而針對(duì)“熱點(diǎn)”理論這一解釋也并沒有做出具體的解決措施。

3 ?制動(dòng)引起的共振分析

3.1 機(jī)理分析

在物理學(xué)聲學(xué)理論中，聲音的產(chǎn)生一定是因?yàn)檎駝?dòng)產(chǎn)生的，而且必須也有振動(dòng)源，以及傳播途徑，如果要解決制動(dòng)引起的振動(dòng)，那么就要從振動(dòng)源和傳播途徑上進(jìn)行阻斷從而達(dá)到抑制振動(dòng)的目的。從上述中低頻振動(dòng)和中頻顫振的分析中，可以看出共振的產(chǎn)生一定有振動(dòng)源，那么找到振動(dòng)源就可以從根本上解決振動(dòng)。低頻振動(dòng)的振動(dòng)源為制動(dòng)力矩，低頻振動(dòng)一般是發(fā)生在車速較低時(shí)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，由于汽車制動(dòng)器本身結(jié)構(gòu)的因素而引起制動(dòng)力矩的變化從而引起振動(dòng)。但是低頻振動(dòng)可以得到有效的解決。而中頻顫振是由于摩擦力的變化，并與周圍環(huán)境形成系統(tǒng)的振動(dòng)，而從根本上來看，還是因?yàn)橹苿?dòng)器的振動(dòng)從而引起的振動(dòng)，那么依舊是從振動(dòng)源上解決。

3.2 傳播途徑分析

聲音傳播的介質(zhì)主要就是空氣，如果從振動(dòng)源上無法解決，那么就要從傳播途徑上進(jìn)行阻隔，通過優(yōu)化傳播途徑上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)來降低傳播信號(hào)，在傳播路徑上，各個(gè)位置的信號(hào)有可能是不同的，在不同位置上要找出這些信號(hào)之間的相關(guān)聯(lián)系，確定信號(hào)之間存在著某種聯(lián)系，通過對(duì)傳播路徑分析，可以找出在各個(gè)結(jié)構(gòu)上信號(hào)的特點(diǎn)與聯(lián)系，分析各個(gè)路徑上的信號(hào)強(qiáng)度，分析傳播信號(hào)的主要路徑。從主要路徑上降低信號(hào)的傳播性，才可以從根本上解決振動(dòng)信號(hào)的減弱。而傳播路徑的分析過程并不簡單，確定信號(hào)傳輸路徑需要整車再現(xiàn)共振現(xiàn)象，從各個(gè)機(jī)器內(nèi)部振動(dòng)頻率的幅度來分析主要的傳播路徑。

4 ?汽車制動(dòng)引起共振的對(duì)策研究概述

對(duì)于汽車制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)必須得到有效的解決與改善，汽車振動(dòng)就會(huì)有噪聲，在減少振動(dòng)的同時(shí)也要降低噪聲，又要保證司機(jī)在操作的過程中不會(huì)受到影響，可以從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上做出措施，并對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成的零部件進(jìn)行防振的處理，以及對(duì)車廂內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)研究，從而降低帶來的噪聲，從多個(gè)方案上解決振動(dòng)，尋求出最佳的解決方案。其次，還可以從傳播路徑上進(jìn)行解決，加強(qiáng)傳播路徑上阻尼材料的運(yùn)用，以及車身的密封狀況也可以改進(jìn)，對(duì)無法避免的振動(dòng)，那么可以加強(qiáng)車身防振材料、防噪聲材料的運(yùn)用與安裝，提高汽車內(nèi)部的密封性能。還有可以對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改善振動(dòng)特性，避免與其他零部件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，還可以對(duì)汽車內(nèi)部的空氣進(jìn)行清理，少了傳播介質(zhì)，共振產(chǎn)生的力度也會(huì)降低。

5 ?結(jié)語

汽車在緊急制動(dòng)時(shí)車身產(chǎn)生強(qiáng)烈的抖動(dòng)是正常現(xiàn)象，汽車在正常行駛時(shí)一般不會(huì)采用緊急制動(dòng)系統(tǒng)，只有在特殊情況下需要緊急剎車時(shí)才會(huì)啟用緊急制動(dòng)系統(tǒng)，而由于制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部零部件產(chǎn)生的摩擦?xí)鹆悴考g的共振，而強(qiáng)烈又頻繁的振動(dòng)會(huì)降低零部件使用的壽命，干擾司機(jī)正常的操作，從而引發(fā)安全事故。因此，對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)零部件共振的現(xiàn)象，從產(chǎn)生振動(dòng)的種類，以及產(chǎn)生振動(dòng)的原因等一直都有研究，也包括在降低共振現(xiàn)象的措施上也有研究。而解決共振現(xiàn)象無非是從兩方面入手，即從振動(dòng)源和傳播途徑上入手，或者加強(qiáng)對(duì)車身封閉材料的運(yùn)用，從三方面來有效解決共振現(xiàn)象，從而保證汽車在緊急制動(dòng)時(shí)不會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈抖動(dòng)對(duì)車身造成損害和二次傷害，也能降低發(fā)生安全事故的概率。

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