巩飞，蓝翔

（长安马自达汽车有限公司，江苏 南京 211100）

动面生锈对低里程制动抖动现象的影响研究

巩飞，蓝翔

（长安马自达汽车有限公司，江苏 南京 211100）

基于某车型持续出现的低里程制动抖动现象的调查研究，分析了该车型出现低里程制动抖动的可能性原因。通过盐雾处理模拟制动盘自然锈蚀过程，并实车路试再现了该车型低里程制动抖动发生过程，提出了制动面生锈不均匀是造成低里程制动抖动的主要原因的结论。

制动抖动；低里程；DTV；制动面生锈再现实验

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

前言

盘式制动器是轿车的常用制动形式，盘式制动器在制动效能、制动方向的稳定性及制动效能的恒定性方面较鼓式制动器有优异表现，因此，目前轿车大多采用前盘后鼓或者四轮全部是盘式制动器的制动形式。

但是，盘式制动器也有不尽人意之处，那就是制动抖动问题。制动抖动是盘式制动器常见故障之一，表现为某一车速范围内制动时方向盘、制动踏板甚至车身底板抖动。在20世纪80年代之前，人们对汽车的研究、设计还停留在汽车的动力性和使用性方面。制造技术落后，质量低下，不可能把制动抖动作为重点问题进行研究。到20世纪80年代，人们开始注意到这一问题，尤其是近年来，汽车的行驶安全性和乘坐的舒适性成为人们对汽车性能关注的热点，制动抖动问题就显得越来越突出，越来越受到人们的关注，是近年来用户投诉的热点之一[1]。

1、制动抖动的原因和机能分析

制动抖动在各种类型的车辆中均有发生，制动抖动不仅严重影响了车辆的舒适性，增加了驾驶员的疲劳和误操作的可能，同时随着制动抖动过频，也加速了相关制动部件的提早损坏，从而影响了行车的安全性[2]。

对于车辆制动抖动问题产生原因及影响因素前期研究已经提出了理论分析，通常认为新车在行驶5000-10000km左右才会出现制动抖动现象。同时，研究表明制动抖动是由于制动力矩的波动BTV（Brake torque variation）造成的，产生制动力矩波动的主要因素是制动盘的厚薄差DTV(Disc thickness variation)和制动盘在安装状态下的端面跳动，其中制动盘厚薄差是引起制动力矩波动的最主要原因，而端面跳动引起的虚拟厚薄差在量值上大约为其1/10左右，制动盘厚薄差对制动抖动的影响远大于端面跳动的影响[3]。试验表明，在一定的车况下15µm的厚薄差，细心的司机就能感觉到制动抖动[4]。

关于制动抖动产生的原因及机理目前已研究的主要理论如下：

（1）制动盘非制动状态的磨损

制动盘非制动状态磨损不仅是难于避免，而且影响较大。浮动式制动钳解除制动之后往往不能立即回位或完全回位，导致制动盘和摩擦块之间始终在局部上有轻微的接触[1]。同时，由于制动盘端面跳动的存在就会造成制动盘产生偏磨，经过长期非制动状态下的偏磨会引起制动盘厚薄差DTV值增大，最终导致制动盘边缘处的DTV超差产生制动抖动[5]。制动盘跳动量和制动盘的材质都是影响制动盘偏磨而产生厚度差的因素。

（2）制动盘热变形

制动盘的热变形主要表现为制动过程中的热翘曲和不均匀热点[6]。制动盘在制动过程中由于摩擦的作用将使温度升高，制动盘外圈的线速度相对内圈而言其线速度要高，因此，外圈的温度就会更高，在外圈产生一个热环，而这个热环不可能均匀规则，会成为一个个的热点或热点区域，其温度最高可达1000℃，制动盘的巨大温差会导致制动盘发生翘曲变形，其结果是产生了制动盘厚薄差，这就是所谓的制动盘热翘曲变形。

（3）转移膜理论

制动过程中，制动盘和刹车片磨屑组成的摩擦膜不断转移，受各种因素的影响造成转移膜在圆周上分布不均，从而产生厚度上的差别，造成制动抖动[7]。

（4）制动盘表面腐蚀生锈

长期暴露在潮湿环境中，制动盘表面会出现腐蚀生锈，铁锈分为红绣和黑锈。红绣一般在下雨之后产生，经过若干次制动之后会脱落与制动没有直接关系，黑锈经过多次制动也无法脱落[3]。

2、某车型低里程制动抖动案例分析

2.1 问题描述

某车型用户持续反馈车速在60-120km/h行驶在高速路，轻踩制动踏板（约4.9m/s2的减速度）制动时发生转向盘、制动踏板及车身底板抖动，更换前制动盘后制动抖动现象消失，问题排除。抖动车辆行驶里程均在100-400km左右，里程较低。对制动抖动故障车辆进行方向盘抖动角加速度测量，结果如图5，方向盘抖动角加速度峰值为切向角加速度3.93m/s2，综合角加速度为3.0m/s2，实车驾驶感受抖动现象明显。

对抖动车辆轮毂制动盘安装面端面跳动、制动盘材质、硬度、机械性能进行检测，检测结果满足设计要求，对制动盘进行全尺寸测量，测量结果显示抖动相关的几何尺寸DTV（标准<15µm）及制动面端面跳动(标准<17µm)超差，如下表：

检查抖动车辆制动盘外观，在制动盘面均存在一块浅色光亮区域，与制动面其他深色区域分界明显。测量该区域制动盘厚度均较其他区域小，造成制动盘DTV超差。

该车型出现制动抖动的车辆里程均较低（<500km），故判断制动抖动产生原因与高里程(>5000km)制动抖动现象不同，非耐久原因导致。调查抖动车辆信息，所有抖动车辆制造日期至销售日期停放时间均超过60天。调查采用同样材质及技术要求的制动盘的其它车型，无类似低里程制动抖动故障抱怨，但同时发现该车型开发初期为改善制动噪音而选用了弱磨削性的无铜材料的摩擦片。

2.2 可能原因分析

综合以上制动抖动理论及该车型制动抖动的现象分析，推测导致该车型低里程制动抖动产生的原因如下：

（1）该车型新车长时间（超过60天）停放，制动盘与空气接触的表面产生严重锈蚀，锈层较厚，而被摩擦片覆盖的区域由于摩擦片采用高碱性材料，因此锈蚀程度较轻，锈层较薄。

（2）制动面锈蚀严重的区域在制动后红绣很快去除，但附着在制动面硬度较高且黏附性强的黑锈由于该车型采用了弱磨削性的摩擦片去锈能力不足，因此很难去除，导致该区域制动盘厚度增厚。而被摩擦片覆盖的区域则只有很少的红绣，很容易去除。由于两区域制动后厚度存在差异因此造成制动盘DTV超差并产生制动抖动。

3、抖动现象模拟再现实验

3.1 实验设计

实验流程设计如图5，其中制动盘48h盐雾处理相当于自然条件下锈蚀60天。

3.2 实验结果

3.2.1 抖动方向盘角加速度

对实验件制动盘、摩擦片盐雾处理后装车进行路试抖动角加速度测量，在时速60-120km/h轻踩制动踏板以4.9m/s2（0.5G）的减速度制动，测试人员明显感到制动踏板、方向盘、车身底板抖动。方向盘抖动角加速度峰值为切向角加速度3.65m/s2，综合角加速度为2.72m/s2，如图7，抖动现象、角加速度值与故障车辆相似，确认抖动故障实验再现。

3.2.2 实验制动盘尺寸

对实验件完成路试后进行拆解及尺寸测量发现DTV、制动面端面跳动明显增大并超差。

对制动盘厚度分布进行测量，制动盘厚度分布测量结果如图8，数据显示测量点4、5、6位置制动盘厚度明显较薄。

检查实验件实验后制动盘外观，厚度测量点4、5、6位置为左、右制动盘盐雾处理时摩擦块覆盖位置，该区域厚度较薄且实验后出现如图9所示浅色区域，与非摩擦片覆盖深色区域分界明显，制动面状态与制动抖动故障件制动面状态相似。

4、结论

（1）通过制动盘模拟自然生锈实验设计再现了故障车辆制动抖动现象及制动盘生锈制动后制动面厚度分布状态；（2）DTV超差是造成该车型车辆出现低里程制动抖动的主要原因；

（3）DTV超差的根本原因是车辆长时间停放由于高碱性摩擦块覆盖作用导致制动面表面生锈不均匀，由于采用了弱磨削性的摩擦块导致制动后制动面锈层较厚区域残留了较难去除的黑锈，因此在制动面形成深色及浅色两种厚度相差较大的区域；

（4）通过以上车辆抖动案例分析及模拟自然生锈再现实验验证了制动盘生锈是导致车辆出现低里程制动抖动的主要原因。

改善措施及建议：

（1）制动盘防锈处理

新车下线后在车辆前轮轮毂加覆轮毂保护膜或采用室内停车场停放，可以有效防止由于长时间停放在潮湿环境及淋雨造成的制动盘生锈，降低车辆出现低里程制动抖动现象的故障率；

（2）长时间停放车辆定期除锈作业

新车停放时间超过一个月需要进行除锈处理，具体方法是用第2档（20-30km/h）开500m并多次轻踩制动，然后快速用力做3次强烈制动，然后检查制动盘面并重复以上除锈过程直至制动面锈层全部除去；

（3）摩擦片设计变更

更改摩擦片材料，采用强磨削性材料的摩擦片，不仅在制动时可以去除制动盘表面红锈还可以去除硬度较高较难去除的黑锈，防止制动面不同厚度氧化膜区域出现造成DTV超差。但同时摩擦片磨削性增强后通常表面硬度会增大往往容易产生制动噪音及降低制动器制动效能，因此在设计时需要综合考虑。

[1] 汽车盘式制动器制动抖动问题的研究[J].陈红，陈永林.内燃机与配件，2013，(2).

[2] 汽车制动抖动发生机理研究[M].尹东晓[M]同济大学博士学位论文，上海，2006.

[3] 凯美瑞2.40G轿车制动抖动的故障原因及排除[J].程正茂.汽车维修，2013.1.

[4] 制动抖动现象及控制措施[J].尹东晓，宁国宝.北京汽车，2005（3）.

[5] 汽车制动抖动分析的研究[M].韩建荣.南京航空航天大学硕士学位论文，南京，2008.

[6] 盘式制动器制动抖动机理和控制研究[J].王强，齐钢，崔海峰.机械设计及制造，2010（5）.

[7] 制动抖动机理及改进方案分析[J].胡强.工业技术，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

巩飞，就职于长安马自达汽车有限公司技术开发中心，担任底盘制动系统开发工程师。