1、书书书第 卷第 期 吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 年 月 （ ）收稿 日 期 ：基 金项 目 ：吉林省高校科研春苗人才培育计划 ；重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室 年度开放基金项目 ；中国博士后科学基金项目 （，）作 者简 介 ：陈书明 （），男 ，副教 授 ，博 士研究方向：汽车性能分析与控制 ：通信作 者 ：王登峰 （），男 ，教授 ，博 士 生导师研究方向：汽车性能分析与控制 ：制动抖动传递路径试验陈书明，王登峰，季枫，史天泽，梁杰（吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长 春；重庆理工大学 汽车零部件先进制造技术教育部 重点实验室 ，重庆 ）摘要 ：为了
2、获取制动引起转向盘抖动的传递路 径 ，通过在转鼓试验台上模拟路面行驶工况 ，对制动抖动现象进行了再现 ，并对制动钳到转向盘的传递路径进行了分析 ，同时分析了振动由制动钳向转向盘传递过程中的中间环节 。试验分析结果表明 ，制动抖动的传递路径为 ：制动器制动器支架转向节臂转向横拉杆转向万向节转向盘 。振动在传递过程中有放大环节也有缩小环节 。通过试验准确确定出的制动抖动传递路径可为抖动控制提供依据 。关键词 ：车辆工程 ；制动抖动 ；转向盘 ；传递路径中图分类号 ： 文献标 志码 ： 文章编号 ：（）： ， ， ， ， （ ， ， ，； ，）： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ； 吉
3、林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 第卷制动抖动主要是由制动盘 厚度变化 （ ，）和制动盘摩擦特性引起的，前者又 称为冷抖动 ，后者称为热抖动 。制动盘厚度变化引起的转向盘抖动是一种机械激励振动 ，即使是在生产过程中采用较先进的生产工艺 ，制动盘厚度变化也不可避免 ，随着制动盘与摩擦片之间的不断摩擦 ，制动盘的这种厚度变化也在不断发生变化 ，在制动过程中会产生不一致的制动力 ，从而导致制动力矩的变化 （ ，）。这种周 期性变化的制动力矩对悬架 、转向系统以及车身结构均会施加一种外部激励 ，当激励频率与结构的模态频率一致时就会产生共振 。由于悬架灵敏度的不同 ，转向盘振动幅度也会不同 ，驾驶员
4、对转向盘抖动的主观感觉也相对变化。制动抖动可以直接被驾驶 员感知 ，从而直接影响着人们的购车取向 。在国外 ，许多学者以及汽车生产厂商均致力于制动抖动方面的研究。等采用多体系统动力学方法 对商用车制动抖动的传递途径进行了分析 。等对减小 制动抖动的模态和设计灵敏度进行了分析 ，并有效地对制动抖动进行了控制 。等分析了 制动器总成诸因素对降低制动力矩波动的影响 。在国内 ，同济大学较早地开展了制动抖动方面的研究 ，建立了研究制动抖动的多刚体系统动力学模型，并对制 动抖动的传递途径进行了仿真与试验分析。本文通 过制动抖动试验 ，对制动抖动进行了分析 ，通过阶次分析确定了转向盘阶和阶振动频率 ，并对
5、制动抖动的传递途径进行了分析 ，分析结果可为转向盘制动抖动控制提供指导 。 制动 抖 动试验试验在 消声室内转鼓试验台上进行 ，转鼓试验台的鼓面为沥青路面 ，以更好地模拟实际道路路面 。制动抖动试验传感器布置如表所示 。其中 ，转向节臂和转向横拉杆传感器布置如图所示 。在进行制动抖动试验时 ，使制动踏板力分别为、和，当制动 初速度为、和时开始 实施制动 ，直到制动末速度减小到，并使离 合器处于接合和分离两种状态 。将制动初速度 、离合器状态以及制动踏板力进行组合 ，并对组合工况分别进行试验 。采用公 司生 产的 移动式 数据采集前端进行数据采集 ，试验结束后对试验数据进行处理 。表 制动抖动试
6、验工况 序 号 测 点信号 传感器 位置 方向 转 向 盘 振动加速度 向 加 速度传感器转 向 盘 上边缘转向盘垂向 、切向和 侧向 转 向 万 向节 振 动 加速度 向 加 速度传感器转 向 万 向节下方整车垂向 、纵向 和 侧 向 横 拉 杆 振动加速度 向 加 速度传感器转 向 横 拉杆下方横拉杆轴向 、整 车 纵 向 和垂 向 转 向 节 臂振 动 加 速度 向 加 速度传感器转 向 节 臂下方整车垂向 、纵向和 侧 向 制 动 管 路压力液 压 传 感器压 力 入 口 无 制 动 钳 振动加速度 向 加 速度传感器制 动 轮 缸侧面整车垂向 、纵向和 侧 向 制 动 钳 支架 振
7、动 加速度 向 加 速度传感器制 动 钳 支架侧面整车垂向 、纵向 和 侧 向 发 动 机 转速转 速 传 感器 引 出信号无 踏板 力 踏 板 力 传感器制动踏板 垂 直 于 制 动踏 板图 转向节臂和转向横拉杆传感器布置 在制动 踏板力为、离 合器 接合 、制动初速度为以及制动末速度为时转向盘 垂向振动加速度如图所示 ，从图中可以看出 ，垂向抖动较为明显 ，且振动加速度先逐渐增大后逐渐减小 ，振动加速度最大值为。同样工 况下的转向盘切向振动加速度如图所示 ，从图中可以看出 ，转向盘切向抖动较为明显 ，振动加速度先增大后减小 ，切向振动加速度最大值为。同样工况下的转向第期 陈书明，等：制动抖
8、动传递路径试验盘径向振动加速度如图所示 ，从图中可以看出 ，转向盘径向抖动同样较为明显 ，但抖动幅度小于切向振动加速度 ，转向盘径向振动加速度先增大后减小 ，且径向振动加速度最大值为。在转向 盘个方向的振动中 ，转向盘切向抖动最为明显 ，且抖动幅度最大 。其次是垂向振动 ，垂向抖动也较为明显 ，但最大抖动幅值比切向抖动幅值小。抖动最 小的是径向振动 ，径向振动加速度幅值比切向小，比垂向 小。同样工 况图 转向盘垂向振动 图 转向盘切向振动 图 转向盘径向振动 下的左 制动钳垂向振动如图所示 ，从图中可以看出 ，在制动过程中 ，制动钳垂向振动加速度先增大后减小 ，垂向振动加速度最大值为。图 左制
9、动钳振动垂向加速度 转向盘阶次分析在制动 过程中 ，当制动盘厚度变化时 ，制动力矩会发生较明显的波动 ，制动力矩波动是引起转向盘抖动的根本原因 。转向盘各个方向上的振动加速度频谱与汽车前轮转速之间存在着阶次关系 ，且可以表示为（）式中 ：为频率 ；为汽车 前轮转速 ；为阶次 ，。图 转向盘垂向阶次谱 转向盘 垂向振动阶次谱如图所示 ，从图可以看出 ，转向盘垂向阶和阶振动均较为明显 ，且阶振动频率为，阶振动 频率为。转向盘 切向振动阶次谱如图所示 ，从图中可以看出 ，转向盘切向阶 、阶 、阶振动较吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 第卷为明显 ，且阶 振动频率为，阶振动 频率为，阶振动 频
10、率为。转向盘径 向振动如图所示 ，从图中可以看出 ，转向盘径向阶 、阶和阶振动较为明显 ，且阶振动频率为，阶振动 频率为，阶振动频 率为。转向盘个 方向的振动阶次频率基本相一致 。图 转向盘切向阶次谱 图 转向盘径向阶次谱 制动抖动传递路径分析在制动 过程中 ，制动钳与制动盘直接接触 ，可以近似将制动钳的振动看作转向盘抖动的直接激励 。为了准确获取转向盘各个方向振动的传递路径 ，通过试验获得了各个传递环节的频率响应函数 （ ，），制动钳到 转向盘切向的频率响应函数如图所示 。从图中可以看出 ，制动钳切向振动在时被放大 ，该 频率点也是转向盘阶振动频率 ，同时制动钳纵向振动在时被放 大 ，在其他
11、频率点处 ，制动钳各方向的振动均被缩小 。制动钳到转向盘垂向振动的频率响应函数如图所示 ，从图中可以看出 ，在频率范 围内 ，制动钳个方向的振动均有不同程度的放大 ，在其他频率范围内 ，振动被衰减 。制动钳到转向盘径向振动的频率响应函数如图所示 ，从图中可以看出 ，在转向盘阶振动频率为处 ，制动钳 侧向振动放大最大 ，制动钳垂向和纵向振动在该频率点处也被放大 ，但放大程度较小 ；在频率为时 ，制动钳个 方向的图 制动钳到转向盘切向的频率响应函数 图 制动钳到转向盘垂向的频率响应函数 图 制动钳到转向盘径向的频率响应函数 第期 陈书明，等：制动抖动传递路径试验振动均被放大 ，其中纵向振动放大最大
12、 。在振动传递过程中 ，制动盘厚度变化引起的振动通过制动钳支架 、转向节臂 、转向横拉杆以及转向万向节等中间环节最终传递到转向盘 。制动钳个方向的振动到转向节臂侧向振动的频率响应函数如图所示 。从图中可以看出 ，制动钳个方向的振动在转向节臂侧向放大较为明显 ，且在频率范 围内 ，制动钳纵向和垂向的振动放大较大 ，在频率为时制动 钳垂向被放大最大 。图 制动钳到转向节臂侧向的频率响应函数 制动钳个 方向的振动到转向节臂垂向振动的频率响应函数如图所示 ，从图中可以看出 ，振动从制动钳传递到转向节臂垂向时均被放大 。图 制动钳到转向节臂垂向的频率响应函数 制动钳个 方向的振动到转向节臂纵向振动的频率
13、响应函数如图所示 ，从图中可以看出 ，制动钳个方向的振动在转向节臂纵向被衰减的程度大于被放大的程度 。转向节臂到转向横拉杆轴向的频率响应函数如图所示 ，从图中可以看出 ，在以上 ，转向节 臂垂向均被放大 ，在频率范 围内 ，图 制动钳到转向节臂纵向的频率响应函数 图 转向节臂到转向横拉杆轴向的频率响应函数 转向节 臂纵向除个别频率点外基本全部被放大 ，在转向盘阶振动频率点处 ，个方向的振动均被放大 。由以上分析可知 ，从理论上来看 ，一个结构固定以后 ，其传递特性也就确定下来 ，因此 ，这种放大和缩小环节也随之确定 ，这种传递特性是该结构的固有属性 ，并不随外部激励的变化而变化 ，因此 ，在进
14、行结构设计时综合考虑这种放大和缩小作用 ，将会使结构设计更加合理 。 结束 语通过在 转鼓试验台上模拟路面行驶工况 ，对制动抖动现象进行了再现 ，并对制动钳 、制动钳支架 、转向节臂 、转向横拉杆 、转向万向节以及转向盘的振动加速度信号进行了采集 ，通过阶次分析确定了转向盘阶和阶为主要振 动频率 。确定了制动力矩波动引起的振动向转向盘传递的主要路径为 ：制动器制动器支架转向节臂转向横拉杆转向横拉杆转向万向节转向盘 。精确确定个方向上以及不同方吉 林 大 学 学 报 （工 学 版 ） 第卷向之间 的传递特性 ，为制动抖动的控制提供参考 ，同时还可以为汽车结构设计提供支持 ，对于提高国产汽车设计水平具有参考价值 。参考文献 ： ：， ， ：， ， ：， ， ， ，（）： ， ， ， ： ，： ， ， ，（）： ， ，（）： ， ， ， ，（）：高晓杰 ，余 卓平 ，张立军制动抖动引起的转向盘振动传递途径分析 汽车工程 ，（）： ， ， ，（）：张立军 ，宁 国宝 ，尹东晓 ，等制动力矩波动引起方向盘抖动的传递途径试验研究 振动与冲击 ，（）： ， ， ，（）：宁国宝 ，张 立军 ，尹东晓 ，等制动引起转向盘抖动的传递途径试验研究 汽车工程 ，（）：， ， ， ，（）：，
