乘用車制動NVH整車道路試驗方法研究

韓厚祿

觀致汽車有限公司 上海 200335

隨著車輛的普及和人民生活水平的提升，消費者在追求車輛安全、功能配置和可靠性的同時，對駕乘時的整車NVH性能表現(xiàn)的關(guān)注度也與日俱增。其中汽車制動系統(tǒng)的NVH性能主要指制動噪聲和制動抖動方面的性能表現(xiàn)，是汽車行業(yè)內(nèi)比較關(guān)注的行駛品質(zhì)之一，同時也是制動系統(tǒng)開發(fā)的重難點課題之一。

由于車輛行駛時受到制動工況、路面環(huán)境、駕駛習慣及車輛維修保養(yǎng)情況等諸多因素的影響，制動系統(tǒng)在制動過程中不可避免地產(chǎn)生劇烈的振動和噪聲。一方面會影響駕乘人員的舒適性，另一方面也會加快摩擦片、制動盤的磨損，降低制動零部件的使用壽命，增加用戶的維修成本。

面對制動系統(tǒng)NVH問題，如何開展比較客觀、公正、定量而又具有可實操的測試和評價，是從業(yè)人員面臨的重要課題。當前在國際上比較著名的整車制動NVH性能試驗有西班牙Mojacar和美國洛杉磯LACT制動噪聲耐久試驗，用來評價乘用車的制動噪聲、抖動和磨損等性能表現(xiàn)。過去在國內(nèi)沒有相關(guān)的法規(guī)標準以及行業(yè)內(nèi)認可的規(guī)范，基本是依靠各自內(nèi)部的經(jīng)驗積累、試驗人員的主觀評價進行評估，也缺乏充分、公開的專業(yè)文獻供行業(yè)參考及探討。

雖然近年來國內(nèi)汽車行業(yè)迅速發(fā)展，但也僅有極少數(shù)主機廠和制動系統(tǒng)零部件供應(yīng)商具備了整車制動噪聲試驗和評價的能力，一些自主品牌企業(yè)這方面還處于起步階段。因此，在行業(yè)內(nèi)形成一套統(tǒng)一的標準，來規(guī)范各自的試驗方法，有利于制動系統(tǒng)及零部件的設(shè)計、優(yōu)化和驗證，便于行業(yè)內(nèi)的溝通交流，提升整個行業(yè)的設(shè)計開發(fā)能力。

鑒于此，2019年5月，在中國汽車工業(yè)協(xié)會制動器委員會的牽頭組織下，國內(nèi)多家主機廠、基礎(chǔ)制動系統(tǒng)及零部件廠家共同研討、制定了基于在黃山地區(qū)開展的《乘用車制動噪聲及抖動整車道路試驗方法及評價》團體標準，作為業(yè)內(nèi)評價整車制動NVH的路試評價標準。

為了在產(chǎn)品開發(fā)階段提前發(fā)現(xiàn)制動噪聲、抖動和磨損等方面的性能表現(xiàn)及提前發(fā)現(xiàn)問題，觀致汽車有限公司經(jīng)過多年的探索，結(jié)合多個項目車型的實際開發(fā)經(jīng)驗，不斷完善路試標準和試驗流程，也在黃山地區(qū)確定了一條與團體標準近似的試驗路線。該路線符合團體標準論證的耐久試驗方法和評價流程所需條件，并配備了各種測試測量設(shè)備和工具等，進一步完善了這項制動系統(tǒng)的試驗評價方法，確保了在新車型新項目的開發(fā)階段可以充分、有效地評估整車的制動噪聲、抖動、磨損等實車表現(xiàn)。

制動NVH整車道路試驗方法

1.試驗路線的選取

黃山地區(qū)內(nèi)的交通路況包括山區(qū)道路、鄉(xiāng)村道路、城市道路及高速公路等，各種道路條件交織；一年四季的季節(jié)分明，溫度和濕度變化范圍較大。圍繞黃山山區(qū)選定的試驗路線具有中國地域特色，符合中國市場大部分使用環(huán)境。因為其路況特別，尤其有長距離的上下山的轉(zhuǎn)彎路況，是考察制動系統(tǒng)綜合性能的良好測試地點，比較適合進行制動噪聲的驗證。同時還可驗證摩擦片和制動盤的磨損狀態(tài)及使用壽命等。目前在黃山地區(qū)設(shè)置試驗駐點或試驗基地的企業(yè)，主要有大眾、上汽、奇瑞及吉利等主機廠與天合、大陸、泛博、伯特利及萬向等制動系統(tǒng)供應(yīng)商，以及一些摩擦片廠家、試驗設(shè)備廠商等。

觀致汽車有限公司黃山試驗的路線選擇，是在團體標準的基礎(chǔ)上，主要在黃山選擇的圍繞山區(qū)的一段路線。整個道路測試里程全長為2萬km左右，單個路試循環(huán)約230km，其中，山區(qū)路面約80km，城市道路約50km，鄉(xiāng)村公路約80km，高速公路約20km。每天分為上午和下午兩個班次，單班耗時約4.5h。

基于上文介紹的路試路線，各個測試點的測試內(nèi)容匯總見表1。具體的Squeal及Groan噪聲的評價方法可參考《乘用車制動噪聲及抖動整車道路試驗方法及評價》團體標準的方式進行操作。

表1 黃山道路試驗評價點確認內(nèi)容

2.道路試驗前的車輛準備

原則上，每套動力總成配置的試驗車輛數(shù)量不少于2臺。試驗車輛的制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、燈光、轉(zhuǎn)向及喇叭等均按照整車技術(shù)條件調(diào)整到位，且懸架、轉(zhuǎn)向節(jié)、軸承及輪胎等關(guān)鍵件應(yīng)已鎖定。車輛完成四輪定位及輪胎動平衡調(diào)整，ABS系統(tǒng)功能可以正常工作，確保試驗安全。試驗時應(yīng)采用新輪胎，試驗開始前應(yīng)經(jīng)過至少200km的磨合，若采用舊輪胎，花紋高度應(yīng)≥3mm，輪胎氣壓符合技術(shù)要求。

試驗前車身偽裝及其他車身附件應(yīng)全部固定，避免產(chǎn)生額外噪聲，干擾試驗評價。試驗過程中收音機、CD等音響系統(tǒng)、空調(diào)、中控等應(yīng)可以手動關(guān)閉，車輛四門玻璃升降正常。在正式試驗開始前應(yīng)評價整車的抖動情況，提前排除非制動系統(tǒng)因素的影響。路試試驗執(zhí)行過程中，載荷分配為80%里程為空載，20%里程為滿載。

整個耐久試驗里程為2萬km，需經(jīng)過多個班次的循環(huán)。經(jīng)過培訓的專業(yè)試驗人員，應(yīng)具備分辯和評價不同類型強度噪聲、制動抖動和非制動抖動的能力。在整個試驗周期中，應(yīng)由不少于2人的駕駛員在多循環(huán)試驗中交替駕駛，且車輛在車隊中的位置也應(yīng)經(jīng)常輪換。路試時駕駛習慣模擬市場普通用戶的駕駛方式，通過不同路況，驗證測試車輛在制動噪聲和抖動方面的性能表現(xiàn)。

3.道路試驗設(shè)備及安裝情況

在客觀數(shù)據(jù)方面，為了更好地采集制動噪聲信號以及車輛制動工況相關(guān)參數(shù)，在路試前需要安裝相應(yīng)的試驗檢測設(shè)備，詳細記錄包括車輛速度、制動減速度、制動噪聲頻率、聲壓值、制動盤及摩擦片溫度與制動管路壓力和環(huán)境溫濕度等參數(shù)。

在試驗車輛上安裝的檢測設(shè)備以及試驗過程中常見的配備工具見表2。

表2 安裝的試驗檢測設(shè)備

為了考察耐久試驗中的制動抖動問題，在黃山試驗過程中，根據(jù)項目實際情況，可以安排每隔3000km試驗里程，測量制動盤的DTV（制動盤厚度變化量）和Run-out（制動盤的端面跳動值）、拖滯力矩（Drag Torque）、磨損等參數(shù)。路試開始及路試結(jié)束后，拆解摩擦片檢測其磨損量。具體參數(shù)見表3。

表3 制動系統(tǒng)定期檢查項目

路試評價

1.客觀評價結(jié)果

客觀評價時，通過計算整個里程的客觀噪聲指數(shù)ONI（Objective Noise Index），作為客觀評價時的量化方法及判定基準。具體的計算方法見式（1）及表4，接受標準可參考表5。

表4 客觀評價的聲壓值與強度因素

表5 客觀評價的接受標準

式中n——實測的制動噪聲強度分貝值出現(xiàn)的次數(shù)；

IF——相應(yīng)分貝值對應(yīng)的強度因素；

N——路試總的制動次數(shù)。

以某項目開發(fā)車型為例，路試前，將臺架噪聲匹配完成之后的最優(yōu)方案的摩擦片裝車，進行道路試驗，將采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析處理，驗證實車的噪聲表現(xiàn)。選取里程在3000km左右時的數(shù)據(jù)匯總結(jié)果進行說明。

根據(jù)該循環(huán)測試采集到的所有噪聲頻率－聲壓的關(guān)系圖，左前制動器噪聲發(fā)生的工況為車速在低速5～10km/h范圍，制動系統(tǒng)管路油壓為0.5～2MPa，摩擦片溫度在高溫100～150℃，制動噪聲聲壓值25～35dB，頻率為12kHz。右前制動器噪聲發(fā)生的工況為車速在中速20～45km/h，系統(tǒng)管路油壓為0.2～2MPa，摩擦片溫度在高溫100～200℃，制動噪聲聲壓值30～40dB，頻率為3.5kHz及4.2kHz左右。另外，試驗車在路試里程內(nèi)尚未出現(xiàn)制動抖動問題。

根據(jù)數(shù)據(jù)采集的結(jié)果，累計里程3000余km，總的制動次數(shù)13 858次。其中，左前制動器的噪聲發(fā)生次數(shù)累計共47次，發(fā)生率為0.34%，右前制動器的噪聲發(fā)生次數(shù)累計共43次，發(fā)生率為0.31%。根據(jù)前文計算公式，得出前軸ONI客觀指數(shù)的計算結(jié)果為0.004＜0.04，前軸左右制動器噪聲的客觀評價結(jié)果的表現(xiàn)整體比較優(yōu)秀。

2.主觀評價結(jié)果

主觀評價是整個路試過程中非常重要的一部分，試驗人員的主觀評價直觀反應(yīng)了乘員的主觀感受，而且在突發(fā)試驗設(shè)備故障無法記錄噪聲的情況下，主觀評價也可以作為制動噪聲評估的重要補充。

參照SAE J1060主觀評價方法，將主觀評價的指數(shù)劃分為1～10分共10個等級，不同的分值對應(yīng)的噪聲表現(xiàn)的評分標準見表6。駕駛者在每個循環(huán)及評價點進行主觀評價時，需要注意對比分辨前后左右不同制動角模塊的噪聲表現(xiàn)，填寫主觀打分表，記錄每個循環(huán)開始和結(jié)束時的里程數(shù)、環(huán)境溫濕度等數(shù)據(jù)，整理主觀評價數(shù)據(jù)。

表6 制動噪聲主觀評價的評分標準

對制動噪聲進行主觀打分時，主要參考因素包括：可復現(xiàn)程度、噪聲的分貝值、可持續(xù)時間、噪聲頻率、出現(xiàn)制動噪聲時的壓力范圍、盤片溫度、環(huán)境溫濕度、行駛方向（前進或后退）、是否轉(zhuǎn)向制動時的噪聲以及制動噪聲是發(fā)生在平地還是坡道制動等。若連續(xù)一周的主觀打分的分值低于6分，則認為噪聲表現(xiàn)不合格，需要進行方案優(yōu)化。

主觀評價時，通過計算整個里程的主觀噪聲指數(shù)SNI（Subjective Noise Index），作為主觀評價時的量化方法及判定基準。具體的計算方法見式（2）及表7，接受標準可參考表8。

表7 主觀評價的分值與權(quán)重關(guān)系

表8 主觀評價的接受標準

式中Ni——制動噪聲評價指數(shù)相應(yīng)分值出現(xiàn)的次數(shù)；

VER——相應(yīng)分值對應(yīng)的權(quán)重；

N——路試總的制動次數(shù)。

以某項目開發(fā)車型為例，記錄每個路試循環(huán)在各個評價點應(yīng)用的Squeal噪聲及Groan噪聲的主觀評分和里程達3000km時的主觀匯總結(jié)果，結(jié)合前文的SNI計算公式，當前行駛里程下的制動噪聲主觀評價SNI指數(shù)的計算結(jié)果為1.23，滿足制動系統(tǒng)噪聲的設(shè)計要求。

另外，制動噪聲及抖動的主觀評價需要綜合考慮不同用戶、不同制動工況等要素的影響，應(yīng)該從用戶的角度出發(fā)進行判斷。同時，結(jié)合記錄的客觀數(shù)據(jù)，可以幫助主觀評價人員與實際用戶的使用情況建立緊密關(guān)聯(lián)，有助于合理地進行主觀打分。

3.盤片磨損檢測

完成整個黃山試驗2萬km路試里程后，制動盤、摩擦片均有一定程度的磨損，可以安排在試驗開始前、間隔一定里程的中間點檢測時及試驗完成后，記錄整個路試過程中的磨損情況，包括制動盤的端面跳動量、厚度變化量、制動盤及摩擦片的磨損量及拖滯力矩等參數(shù)，為評估摩擦片、制動盤的壽命、耐久后的拖滯力矩等性能變化，積累相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

結(jié)語

乘用車制動NVH整車道路試驗方法及評價是一項系統(tǒng)工程，涉及到試驗路線的選取、特定試驗設(shè)備的應(yīng)用、主觀及客觀的評價方法及判定基準等方面。路試評價時需要綜合考察制動系統(tǒng)的噪聲、抖動、磨損及耐久等性能，是一項對制動系統(tǒng)及零部件性能的綜合評價。

本文結(jié)合項目實際經(jīng)驗，制定了一套黃山NVH整車路試評價的試驗流程及評價基準，為今后新開發(fā)制動零部件以及量產(chǎn)車型市場問題的改善等提供了相應(yīng)的整車路試驗證方法。同時，對于行業(yè)內(nèi)實施制動噪聲及抖動的試驗評價，也具有一定的參考價值。