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阻尼降噪改善盘式制动器尖叫的可行性分析

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  摘要:汽车在制动过程中容易发生尖叫,这是长期困扰客户的一个问题,作为汽车使用过程中最常见的噪音之一,制动尖叫影响到汽车整体驾驶体验,需要采取科学方法进行有效控制。当前针对汽车尖叫,大多应用阻尼降噪的方式进行改善,本文分析了盘式制动尖叫的发生机理,在此基础上对比两种不同损失因子的粘弹阻尼消音片,分析其降噪效果。结果显示不同损失因子的粘弹阻尼消音片对制动尖叫具有不同影响,最终影响到制动器尖叫结果。为了准确分析阻尼降噪的实际效果,结合车辆实际开展对应实验,发现应用阻尼降噪有助于明显改善盘式制动器的制动尖叫。
  关键词:阻尼降噪;盘式制动器;尖叫;运行
  1 绪论
  汽车行驶过程中容易产生噪音,其中盘式制动器引起的尖叫是最受客户诟病的一个噪音问题,这也是长期困扰各大汽车生产厂家的一个问题。针对汽车盘式制动器的尖叫的研究,历史比较长,经过多年的研究探索,已经得出丰富的研究结果,这报考大量的理论分析内容和实际解决措施,并在汽车建造过程中得到应用,但是依然未能从根本上彻底解决汽车制动过程中产的尖叫噪音问题。一项针对盘式制动器尖叫的研究结果显示,汽车制动噪音分布在200Hz~16000Hz,虽然尖叫的幅度不一但是都会影响到驾驶体验。一般将1~16kHz的制动噪音定义为制动尖叫,在所有的汽车噪音中,制动尖叫影响最大,同时也是最难以解决的噪音问题。盘式制动器的制动尖叫有如下特点,盘式制动器的制动尖叫在不同环境下不同条件下都会发生,而且每次发生条件和环境都存在不同,也就是说,盘式制动器的尖叫每一次发生的条件都不一样,这使得工作人员难以在实验环境中准确模拟其尖叫过程,另一方面,车辆之间发生制动尖叫的过程和结果也存在较大差异,因此进一步导致针对制动器尖叫的控制难度加大;同一制动器在不同环境下发生尖叫的方式也不一样,因此很难再现其发生过程,具体研究过程中,需要将盘式制动器尖叫的发生环境都纳入考虑范围。
  虽然针对盘式制动器尖叫的发生机制和影响因素的研究不断深入,但是目前还没有关于其发生机理的统一结论。针对盘式制动器尖叫的分析结论有很多,部分研究人员从振动力学角度出发,认为汽车在不同条件下进行制动,这个过程会引起车辆内部相关零件出現耦合共振,进而引起制动尖叫,因此其尖叫直接受到具体的制动方式的影响,因为不同的制动模式存在不同的共振模式。部分研究人员认为盘式制动器尖叫的发生在于零件之间的摩擦,这些研究人员认为,当零件之间的摩擦系数存在较大波动,那么在制动过程中更容易出现尖叫问题。
  2 粘弹阻尼材料的阻尼损失因子对系统不稳定性的影响
  目前针对盘式制动器尖叫问题大多选择阻尼降噪方法进行改善,阻尼材料在这个过程中有多重作用,一方面阻尼材料可以有效接受外部力量,这些力量部分由阻尼材料存储,部分通过阻尼材料得到消散;此外阻尼材料还可以降低摩擦,减少尖叫音量。针对阻尼材料的弹性模量一般选用复模量表示,其中阻尼损失因子可以直接表现其实际应用过程中的耗散振动能力,当阻尼损失因子变大,其耗散振动能力也随之变大。此外阻尼材料在应用过程中还会受到外部环境的影响,比如温度。
  3 不同阻尼材料对制动尖叫的影响分析
  3.1 前盘式制动尖叫分析
  根据相关要求进行试验,试验车辆制动器在制动过程中发生2600Hz左右的制动尖叫,对其相关因素进行分析,结果其初速度为50km/h,用0.2g减速度,制动到车辆停止。在试验过程中为了准确分析其尖叫发生机制,在Link3000制动噪音试验台,按照SAE2521程序,再现制动尖叫。通过对车辆制动过程的分析,决定应用HyperMesh 13.0软件建立制动卡钳,制动盘,摩擦块的有限元模型,提取系统非稳态模态。
  3.2 阻尼降噪材料对制动尖叫的改善
  汽车生产过程中,针对盘式制动器尖叫的测评一般发生在实车评价过程中,此时汽车的生产基本完成,如果再次进行大幅度修改往往操作难度较大,而且工期较长,耗费资金较大,基于此,针对出现的盘式制动器尖叫一般通过最小幅度的改进措施来消除制动尖叫。根据汽车设计方案,一般对汽车进行对应改进操作。当前针对汽车制动尖叫的处理,往往是针对尖叫产生的摩擦部位的构件进行处理或者调换,可以通过将旧有的不锈钢消音片改为具有良好消音效果的阻尼材料。当前在实践过程中多采用的阻尼材料包括MS1505和MS6105,其中MS6105的应用效果较好。利用这种材料替代不锈钢消音片以后,对汽车进行台架试验,制动过程中无尖叫发生。在实车路试实验过程中,车辆也没有发生制动尖叫,这说明MS6105具有良好的使用效果,能够有效消除汽车制动过程中的尖叫。
  4 小结
  盘式制动器尖叫是汽车在驾驶过程中经常遇到的一个噪音问题,历来受到消费者和生产厂家的高度重视。针对盘式制动器尖叫的研究不断深入,分析认为制动尖叫是由摩擦引起制动器各构成件耦合模态参数之间的差异,进而引起系统不稳定导致噪音产生。
  在应用阻尼降噪的过程中,需要充分考虑到粘弹阻尼的损失因子变化,因为损失因子在汽车制动尖叫发生过程中具有关键作用,此外这种变化还会对汽车整体系统的不稳定系数产生影响。在具体实验环节,采用高损失因子的粘弹阻尼消音片,控制相关影响因素然后分别进行台架实验和实车验证,结果显示阻尼降噪操作能够有效消除盘式制动器制动尖叫。这种操作能够有效降低汽车路试过程中制动尖叫,提高应用效果,有助于控制开发成本,对于汽车生产厂家具有重要意义。此外应用阻尼降噪的过程中,需要充分考虑消音片的材料特性,这是因为不同的损失因子的粘弹消音片其实际应用效果不一样,而且对于系统的不稳定度影响也才存在较大差异。
  参考文献:
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