汽车制动抖动问题的原因分析与应对措施探讨郝建建

汽车制动抖动问题的原因分析与应对措施探讨郝建建

郝建建

江淮汽车集团股份有限公司合肥230022

摘要：随着人们经济收入的不断提高，对于生活品质要求也越来越高。汽车已经成为当下家家户户主要出行交通工具，因此对其舒适度以及操控性等方面也有更高的要求。本文基于对大量文献资料以及试验数据总结，从而对汽车制动抖动原因情况进行分析，并针对性提出应对措施。希望可以为现阶段有效规避制动抖动措施提供参考。

关键词：制动力矩；制动抖动；原因分析；悬架系统

引言

对于市面上大部分在用汽车而言，汽车抖动是普遍存在的情况同时也是诱发汽车其它组成部分故障的重要原因之一[1]。对于驾乘人员而言，汽车制动抖动势必会影响其驾驶体验，同时也会大大增加驾驶人员的疲劳以及误操作可能。除此之外，制动抖动也一定程度上加速了汽车其它零配件的老化速度，最终影响整个车辆的安全系数。因此探寻有效措施尽可能降低制动抖动已然成为时下众多汽车厂商所研究的焦点之一。

1.制动抖动原因分析

在车辆制动期间造成方向盘振动的原因很多，究其根源主要是由于在制动过程中车辆制动力矩发生不稳定的变化即波动，进而作用于制动器产生振动[2]。通常可以分为两种形式，其一为车辆固定机构和旋转机构互相作用，该作用作为内力一种不会造成车辆制动抖动。其次则为地面和轮胎之间互相作用。借助互相之间的影响关系该作用力被传递至制动部件最终造成制动抖动。由此不难看出，造成车辆制动抖动的主要原因在于地面与车辆轮胎之间的相互力的作用。实际当车轮转速不为0时，车辆制动部件力矩和地面制动力矩的关系如下所示：

（1）

（2）

公式中f表示为车辆所受到的地面制动作用大小；

Sl表示为车辆制动器的制动力矩值大小；

r表示为实际车辆的轮胎半径大小；

m表示为轮胎与地面之间的有效接触面面积大小；

P表示为该接触面的所承受的压力情况；

则表示为等效于该摩擦力的半径值；

表示为地面与轮胎之间的摩擦系数值；

由上述公式不难看出，公式中p、m、以及等几个参数，只要其中任何一项发生改变，均会对最终制动力矩产生影响。假定在车辆制动过程中忽略参数r，则当参数Sl发生不稳定变化时，f则会与制动部件制动力矩发生同类型的变化。而因为车辆轮胎的弹性恢复以及力矩通常后发生于轮胎变形而变化。整个系统发生相互作用时，作用力将会自地面随后经过车辆轮胎系统，最终抵达车辆悬挂系统以及转向系统。当该作用力达到一界限值时，该系统便成为负阻尼系统，而这则是造成当前车辆制动时车辆方向盘振动的主要诱因[3]。就理论层面分析，该作用力的大小不但与影响作用力输入的轮胎及其与地面的摩擦有关，同时车辆设计转向系统动力学参数以及车辆悬架系统弹性体制动特性有关，均会作用于方向盘致使振动。

为了进一步确定不同的轮胎对于制动抖动的一致情况，通过更换不同品质轮胎进行对比试验，结果证明即便搭载品质更好的轮胎实际车辆制动抖动情况也不会彻底消失，但车辆方向盘抖动频次以及抖动幅度均得到明显改善。

2.应对措施分析

2.1主动克服制动抖动

该方式落实主要从问题根源着手，采取有效措施尽可能降低制动力矩的不稳定变化。查阅相关资料，未来尽可能削弱该作用力，国外的一些技术厂商主要采用提高制动设备的加工精度以及缩小装配公差、优化制动蹄总成技术等方面着手。基于这些措施的确可以有效降低车辆制动抖动情况，但实际由于零配件加工公差、装配时存在排查以及环境等因素的影响，就现阶段而言上未有完全有效的方法对制动力矩不稳定变化进行彻底规避。如下图所示为钢板弹簧纵倾原理示意图。（见图1）

由上图所示，车辆前桥制动作用力M为了有效克服质量的偏移而带来的前桥顺时针旋转力，会使得前桥做逆时针旋转。因此基于科学的前桥设计可以有效的规避由于质量的偏移而使得前桥扭转最终所造成的转向节臂运动影响。为了确定该方案效果进行摘掉前桥以及加大前桥的制动力对比试验。结果表明，当车辆拿掉前桥后在中等制动情况下方向盘的制动抖动频次以及幅度均有一定的变大倾向。为了进一步验证加大前桥制动力对制动抖动的影响，对该系统进行分析计算。得出车辆制动器分配比为0.559；满载情况下同步附着系数为0.295；而空载时该系数为-0.346。依据文献资料《汽车理论》相关内容，该车辆无论在满载还是在空载情况下，均为后轮先于前轮抱死，而在满载情况下由于车辆发生制动时质量会出现一定的偏移，因此后轮实际抱死效率更高，进而得出该车辆前桥制动依然有一定的制动提升空间。遂对该车制动分配比进行一定增加并通过实验验证。结果表明车辆在制动时方向盘抖动情况得到明显降低，抖动频次较以前有了明显改善。故而通过提升测量前桥制动作用力，同样可以起到缓解方向盘制动抖动效果。但实际造成抖动因素复杂多样，且车辆前桥内部结构的局限性，因此前桥制动力提升空间有效，车辆制动抖动难以彻底消除。

图1钢板弹簧纵倾原理示意图

2.2被动克服制动抖动

由前文所述可以了解，实际造成车辆制动时方向盘抖动主要原因在于制动力矩的不稳定变化。而该不稳定变化加上轴荷转移既而使得车辆的悬架系统出现形变。此外，由于车辆自身在设计中不可豁免存在一定的不合理地方，实际未有有效利用钢板探弹簧长度特点。因此可以通过对车辆悬架系统以及转向传动杆系统进行优化可以有效降低抖动效果。通过优化，将车辆实际制动时方向盘转角控制在自由行程内，方向盘未有抖动。除此之外依据方向盘振动建立数学模型，对造成振动的影响因素进行模拟分析。结果显示振动幅度的变化随着主项结构的强度的逐步增加而出现慢慢下降趋势，与此同时转向直拉杆有一定的弯度。其在制动力矩出现不稳定变化时可以很好的起到降低振动频次的效果。参照车辆转向传动设备和悬架导向机构运动的校核图，对车辆原先的设计基础上对转向器等组成进行一定的条件，可以有效缓解不协调因子。由此可以看出，通过对车辆悬架系统以及转向系统的优化，可以有效规避车辆在制动情况下出现明显方向盘振动情况，即便车辆在70-80公里每小时的形式速度，方向盘共振情况也可以得到明显改善。

3.结束语

相较于国外一些国家，我国针对造成车辆制动抖动研究依然处于初步阶段。主要通过试验等方式对车辆制动抖动影响因子进行逐一分析。而实际造成转向盘振动的因素极为复杂，难以建立有效的理论模型与仿真模型，因此对造成车辆转向盘振动原因无法进行有效的综合分析。而参照同济大学所进行的制动器台架试验以及本文相关内容，可以初步判断造成车辆在制动时抖动的主要原因为制动力矩的不稳定变化。该不稳定变化随着地面与轮胎之间的相互影响而传递至汽车的制动器子部件，随后经由汽车悬架系统对车辆方向盘进行通规律的不稳定力的作用，最终导致抖动。因此此次提出了基于主动方式以及被动方式的抑制转向盘抖动措施，可行性均得到了验证。而实际由于车辆各个组件之间的性能又是互相影响的因此但就一方面的提高可能造成其它方面的下降，因此在对车辆进行优化改进时务必综合考量多方面因素，从而权衡得出最优解决方案。

参考文献

[1]谷雪松,赵卫艳,郭晓汾.某军用越野汽车制动抖动问题的研究[J].农业装备与车辆工程,2008,2008(9):6-8.

[2]陈红,陈永林.汽车盘式制动器制动抖动问题的研究[J].内燃机与配件,2013(2):11-13.

[3]唐甸鑫.微型汽车制动抖动问题探讨[J].汽车实用技术,2017(9):40-43.

[4]李伟,王喆,王夕铭.制动抖动问题研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016(6):192-193.