关熊飞 刘伟红

（海马轿车有限公司）

随着人们对乘坐舒适性的要求不断提高，汽车制动时产生的噪声、尖叫及刹车抖动备受关注。制动噪声是汽车NVH特性中一项非常重要的考核指标，因此降低汽车制动噪声，改善乘坐舒适性以及净化都市环境是汽车工程技术人员面临的一项重要任务。噪声是由物体振动和往复运动引起的，以声波的方式将振动所产生的能量释放出去。因此可以根据制动噪声产生的原因和发生频率的分布对症下药，通过减少振动和衰减共振的方法来消除和降低噪声的发生。

1 汽车制动噪声的产生及分类

汽车在行驶过程中减速或停车，踩下制动踏板，真空助力器推动制动主缸工作，建立油压，通过管路系统将压力传递给制动器，制动分泵推动摩擦片夹紧转动中的制动盘或制动鼓，从而实现减速。

汽车制动噪声产生的机理主要由于制动器工作发生振动产生（摩擦片与制动盘，制动蹄与制动鼓之间摩擦振动），并通过卡钳总成、制动底板、扭力梁、稳定杆及悬架等部件将振动所产生的能量释放出去，这个过程就会产生制动噪声。图1示出制动噪声发生的部位示意图。

汽车制动引起的噪声是一个系统性的过程，噪声声压级的大小不仅与摩擦振动密切相关，还受自身结构（制动系统、悬架系统、转向节等）及各种工况的影响，如钳体、摩擦衬片、制动间隙、制动盘、制动油压、制动速度、悬架系统及环境温/湿度条件等。这些因素的一个或多个发生变化，都会影响到制动噪声的产生和噪声声压级的大小。

制动噪声以频率范围划分可分为低频振动噪声（＜1 000 Hz)和中高频振动噪声（1 000～20 000 Hz）。低频振动噪声听起来比较沉闷、浑厚；高频振动噪声听起来比较尖锐、清脆，有金属感，让人难以忍受的尖叫声，最高可达120 dB[1]。

图2示出某轿车车型所使用摩擦片噪声（＞70 dB）在不同频率段的分布图，表1示出该车型摩擦片在不同频率段噪声产生的几率。

表1 台架试验得某轿车摩擦片噪声＞70，80 dB噪声出现的次数和发生的概率

通过大量摩擦片噪声试验[2]（SEA J2521）数据表明，出现70 dB以上噪声在每一个频率段都有发生，有的频率段发生次数少，有的频率段发生次数多，而且制动噪声会集中出现在某一频率段。

根据频率范围可以将低频振动噪声和中高振动频噪声分类[3]，如图3所示。

2 影响制动噪声的因素

经过分析，不能单把噪声的产生归因于摩擦衬片和制动盘，引起不同频率段制动噪声的因素与制动器相关连接零部件有关，如表2所示。

表2 影响不同类型的噪声因素

2.1 制动颤抖声

振荡频率在100 Hz以内的噪声，一般由轮速变化、轮胎压力变化、部件不平衡转动、制动扭矩变化、汽车悬架及转向系统引发共振造成。驾驶员可通过方向盘、制动踏板、仪表面板及座椅等感觉到。制动颤抖一般有不同制动温度下抖动、新车抖动、制动部件进水及高速颤抖等几种情况。抖动的感觉与共振的频率大小，跟悬架和转向系统固有频率及振动阻尼特性都有关系。

2.2 制动噪声

制动噪声的频率通常在500 Hz以内，通常由制动部件、传动轴及悬架系统的刚性在一定条件下引发的共振产生。

噪声发生的特点：车速较低、很小制动力或没有制动压力、制动或低速转向时及冷车起步、倒车或者慢速停车。

造成该噪声发生的潜在因素：1）制动盘变形；2）刹车片偏磨；3）卡钳、制动盘与摩擦衬片之间压力不均；4）制动拖滞；5）制动盘表面起槽，形成波纹；6）钳体刚度等。

2.3 低高频尖叫

频率范围比较广，在1 000～20 000 Hz之间，声源主要由摩擦片和制动盘摩擦共振发出。大多数人认为该噪声的产生主要由制动器结构因素（卡钳刚度、材质、几何结构、固有频率等）引起的自激振动，而在制动器分析报告中忽略了摩擦衬片和阻尼减振片对噪声的影响[4]，影响尖叫的主要因素，如表3所示。

表3 影响制动尖叫的因素

3 制动噪声的控制及措施

改善、降低或消除噪声发生最直接有效的办法就是通过减少振动，文章以某款轿车车型量产前噪声问题改善为例。

3.1 案例1

3.1.1 问题描述

在低速慢踩制动、起步或倒车过程中，后盘式制动器有“嗡嗡的呻吟声”（85～105 dB），严重时车身抖动，以及车速在5～20 km/h出现，高速时消失；受环境影响，冬季气温较低、湿度大时，制动噪声比较明显，夏季噪声消失。另外不同的人刹车噪声大小也不一样。属低频噪声。

3.1.2 解决方案

对多台模拟用户车采集如图4所示位置的后卡钳本体、卡钳支架及后扭力梁上振动数据，同时，通过表4可以看出该车型发生噪声的共振频率在310～350 Hz。

图5示出某一台车不同测量点采集到的频谱数据图，由图5可以看出，低速慢踩制动、起步或倒车过程中引发共振的频率为327.10 Hz。

表4 检测多台样车共振频率表 Hz

通过在固定钳体的销轴螺钉上增加谐振块的方法，改变制动器固有频率，从而消除共振经过检测制动器噪声可降低到70 dB以下，而且“嗡嗡的呻吟声”消失。图6示出制动卡钳优化前后示意图。

目前已有多家汽车制造商通过此方法来消除“低速缓慢制动，或者倒车”引起的低频振动噪声，从而改善其整车舒适度。

3.2 案例2

3.2.1 问题描述

某特定工况下，车速达到某个数值时，制动时前制动器产生“刺耳的金属尖叫声”，属于高频噪声。

3.2.2 解决方案

通过对该车型摩擦片噪声测试（AK噪声试验台）和整车测试，优化摩擦片倒角和阻尼减振片减振层材料[5]的匹配进行多轮调试。调试数据，如表5所示。

表5 摩擦片及阻尼消音片的噪声台架试验调试数据

经过调试数据和实车验证，编号9的测试数据最为理想，摩擦片倒角设计为10 mm×25°，阻尼减振片减振层材料采用RPN714001时可以有效降低该车型高频制动尖叫发生的概率。

3.3 案例3

3.3.1 问题描述

制动器自身结构引起摩擦片相对滑动，紧急制动时制动器异响。

3.3.2 解决方案

经过模态测试和整车路试，由于钳体支架刚性不足及钳体与摩擦衬片装配间隙设计不合理，引起摩擦片在紧急制动时相对钳体滑动产生的制动异响（咔哒声）。通过在摩擦片安装槽内增加导向弹簧片和卡钳支架加筋的措施可以有效降低噪声，如图7所示。

4 结论

综上所述，制动噪声由摩擦衬片表面与制动盘表面相对摩擦振动以及制动器总成共振所产生，因此有效控制噪声，消除或降低汽车制动噪声的措施，可以通过制动噪声的频率分布，对噪声进行分类，然后先通过增加谐振块改变制动器的固有频率、合理匹配摩擦衬片的特性（材料、配方，倒角设计）、匹配阻尼减振片材料的方法消除共振，再通过制动器模态分析优化制动器刚性（卡钳、卡钳支架、制动盘）、悬架刚性及转向节刚性等方面去考虑。

由于制动噪声还与周围环境的温/湿度、车速、个人的驾驶习惯有关系，因此随着天气、人为因素及轿车使用里程的变化，其制动噪声的表现也会发生变化。目前市场上有很多车型包括国外高端车型都存在制动噪声问题，制动噪声还跟个人主观感觉有关系，即便是专业NVH测试专家也要通过主观评价来对噪声接受度进行评估。