1、同济大学汽车学院博士学位论文汽车制动抖动发生机理研究姓名：尹东晓申请学位级别：博士专业：车辆工程指导教师：余卓平20060301同济大学工学博士学位论文 中文摘要中文摘要制动抖动是由制动引起的低频振动，振动通过车身和底盘零部件传到驾驶员。制动抖动明显的特征是方向盘、仪表板发生剧烈抖动，座椅振动，有时伴随制动踏板的脉动，严重时整个车身都发生抖动。制动抖动是近年来才出现的制动系统故障。制动抖动严重影响了汽车的舒适性和安全性，也为零部件厂带来了巨大的经济负担。制动抖动发生机理研究课题来源于汽车零部件企业。本论文通过试验和理论相结合的研究方法，系统地研究了制动抖动发生的根源和传递途径以及相应的对策。首
2、先对典型的制动抖动车辆进行了故障再现试验，对故障车制动盘的宏观几何特征进行了详细测量和抽样分析。由此搞清了制动抖动现象的主要特征和影响因素，确定了振源和可能的传递途径，为下一步理论分析提供了方向，奠定了基础。论文对制动抖动的振源进行了理论建模分析，并对分析结果进行了试验验证。将制动盘的宏观几何形状误差归结为厚薄差，包括制动盘本身的厚薄差、端跳厚薄差和热变形厚薄差。建立了制动盘厚薄差引起制动力矩波动的理论模型，并在理论模型的基础上分析了影响因素；建立了制动盘端面跳动等效于制动盘厚薄差的数学模型；通过对制动过程的热机耦合研究得出了热变形厚薄差对制动力矩波动的各种影响因素进行了台架试验研究，并将试验
3、结果和理论分析的结果进行了比较，对理论分析模型进行了验证。最后讨论了制动盘宏观几何偏差的来源和控制措施。论文还对制动抖动的传递途径进行了理论建模分析和试验验证。利用ADAMS软件建立了车辆动力学仿真模型，针对制动抖动的传递途径以及振动控制方法进行了仿真分析，从理论上分析了振动从制动器到方向盘的传递途径，明确了传递途径中的振动放大环节的来源，提出通过调节悬架橡胶弹性元件刚度可进行移频的振动控制方法。通过试验对传递途径的理论分析进行了验证。论文最后对全文进行了系统的总结，得到研究结论。列出了本论文的创新点，并对未来的研究工作提出建议。关键词：制动抖动，盘式制动器，端面跳动，厚薄差，端跳厚薄差，热机
4、耦合现象，热变形厚薄差，非制动磨损，制动力矩波动，制动压力波动同济大学工学博士学位论文 英文摘要ABSTRACTBrake judder is a braking induced vibration occurring in different types ofvehiclesThe vibration transfers through suspension parts and chassis body tothe driverIt appeam as vibrations in the steering wheel。brake pedal，fl005and even of the whol
5、e bodyBrake judder is a relatively recent braking faultItgreatly affects the comfort and reduces driving safetyIt also increases servicecost to the manufacturer”Study On Mechanism and Countermeasure of DiskBrake Judder project is raised by a spare parts supplienThis paper has studied the source and
6、the transfer path of disc brakejudder experimentally and theoreticallyBrake judder primarily affect thecomfort but could，when confronting an inexperienceddriver for thefirst time，lead to faulty reactions and reduced driving safetyFurthermore，a spec祀Ctype of juddeE SO-called hot judderis related to d
7、isc crackingThere arenumerous publications available dealing with high frequency vibrations，suchas brake squeal，including mathematical models for analysis and simulationHoweveE low frequency phenomena，such as brake judder and groan，havereceived much less attentionThere is a growing interest frOm the
8、 automotiveindustry concerning brake judden Even though few companies would admitthat they have the problem。it is not unusual to meet people who haveexperienced the problem in their own passenger carsMuch of the knowledgeconceming brake judder remains within the companiesHence，very fewpeople have th
9、e fupictureThis paper has studied the source and the transfer path of disc brakejudder experimentally and theoreticallyBrake judder primarily affect thecomfort but could，when confronting an inexperienced driver for thefirst time，lead to faulty reactions and reduced driving safetyFurthermore，a specia
10、l typeof juddeE SOcalled hot judder，is related to disc crackingThere are numerouspublicions available dealing with high frequency vibrations，such as brakesqueal，including mathematical models for analysis and simulationHowever,low frequency phenomena，such as brake judder and groan，have receivedTH同济大学
11、工学博士学位论文 英文摘要much less attentionThere is a growing interest from the automotive industryconcerning brake judderKey Words：brake juddeE disc brake，side face runout，disc thicknessvariation，virtual DTV：thermalmechanical coupling，hot D_N off-brakeweamess，brake torque variation，brake pressure variation代同济
12、大学工学博士学位论文 插图清单插图清单图 制动引起的振动和噪声分类图12盘式制动器的工作原理示意图图13技术路线框图图21故障再现试验框图图22方向盘单个方向定义图图23方向盘时域内的抖动信号图24方向盘切向、径向和法向振动加速度三维谱阵图25不同制动强度下方向盘抖动时间历程图26离合器结合状态对方向盘抖动的影响图27制动过程中发动机振动加速度与方向盘振动加速度的比较图28不同制动方式对方向盘抖动的影响图219试验车A、B制动盘几何形状的测量结果图210相干系数的三维谱阵图211传递函数汇总图31钳盘式制动器的典型结构图32制动过程受力示意图图33制动盘厚薄差引起制动压力波动的理论模型图34制
13、动盘厚薄差引起制动压力波动情况图35厚薄差对压力波动的影响图36踏板力刚度对压力波动的影响图37摩擦片刚度对制动压力波动幅度的影响图38制动盘具有端面跳动时的简化模型图39内侧摩擦片位移时域曲线图31 O外侧摩擦片位移时域曲线图311内侧接触点位移频域分析图31 2外侧接触点位移频域分析图313 Y2一Y1的时域曲线图314 Y2Y1频域分析图31 5制动盘虚拟厚薄差的三维谱振图31 6台架试验中虚拟厚薄羞的三维谱振图317具有单纯端面跳动的制动盘旋转一周的情况图31 8摩擦片完全弹性的极限状态Vm同济大学工学博士学位论文 插图清单图31 9制动盘与摩擦片实际接触情况图320台架试验测点布置示
14、意图和试验情况图321制动时各参数的时间历程图322制动力矩与制动压力三维谱阵图323制动盘厚度变化几何特征图3274制动盘厚薄差和与端面跳动对制动力矩波动的影响图325温度对制动力矩的影响图326温度对制动力矩波动值的影响图327温度对摩擦系数的影响图328制动压力对摩擦系数的影响关系图329热机耦合模型框架图330制动力矩仿真结果图331摩擦系数仿真结果图332制动钳的夹紧和回位过程图333端面跳动引起的非制动状态磨损图334端面跳动向厚薄差的转化过程图335车轮不平衡对轮毂轴承的弯矩图336制造和装配控制标准图41 制动抖动问题的解决途径图42整车多刚体动力学仿真模型图43前悬架模型图4
15、4转向系模型图45后悬架模型图46转向盘径向法向加速度时间历程仿真结果图47制动盘到方向盘的传递函数仿真结果图48方向盘径向法向加速度时间历程试验结果图49制动盘到方向盘的传递函数试验结果图41 0悬架到转向横拉杆相干系数三维谱阵仿真结果图411转向横拉杆到方向盘法向相干系数三维谱阵仿真结果图412制动力矩到方向盘垂向加速度的传递函数影响因素分析图41 3传递途径各点振动加速度自功率谱密度图414车速、振动频率与阶次关系图51 制动抖动的影响因素图51 本论文的主要研究内容lX同济大学工学博士学位论文 表格清单表格清单表21 整车试验传感器布置情况表22方向盘各个方向抖动对应转速与车速范围表2
16、3方向盘振动频率分量与对应转速范围汇总表24故障车制动盘几何特征测量结果表25随机抽样索赔制动盘几何特征测量结果表31各符合的含义和取值表32不同制动盘厚薄差和端面跳动组合情况表33制动压力对制动转矩的影响表34制动盘温度升高引起的厚薄差变化表35热机耦合仿真参数表表36不同车速下车轮不平衡对轮毂轴承的弯矩表41 麦弗逊式前悬架子系统各刚体部件问的约束关系表42转向子系统各刚体部件问的约束关系表43后悬架子系统各刚体部件间的约束关系表44整车参数表表45橡胶衬套刚度和悬架固有频率的关系X同济大学工学博士学位论文 符号说明符号说明制动力矩波动brake torque variation制动压力波
17、动brake pressure variation制动盘厚薄差disc thickness variation虚拟厚薄差visual disc thickness variation(制动盘)端面跳动sideface runout非制动状态磨损off-brake wear制动力矩，torque，单位Nm制动压力，pressure，单位M Pa；制动分泵活塞面积，area，单位m2：摩擦系数，friction coefficient，无量纲摩擦力等效作用半径，radius，单位m+车速，velocity，单位kmh车轮(制动盘)转速，单位rpm吣胁删酊阱阴褂叫TPAp，hn学位论文版权使用授权书
18、本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：伊东晓矿冗修2006年3月10日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。指导教师签名：年 月 日学位论文作者签名： 烨彤年5月f日。士：m 明明本人郑
19、重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。签名：2006年3月10日阿济大学T学博士学位论文 第1章绪论第1章绪论随着汽车工业柏发展和路面质量的提高，汽车的保有量日益增多，车辆行驶速度也越来越快。同时人们对车辆舒适性和安全性的要求逐步提高，制动舒适性也越来越成为人们芰注的热点之一。制动抖动是影响制动舒适性的重要因素之一。1 1制动引起的振动
20、和噪声问题概述1 1 1制动5I起的振动和噪声分类制动器是靠摩擦力使车辆减速和停车的在制动过程中由于摩擦片和制动盘(毂)之间的相互作用，会产生振动和噪声现象。文献”恨据制动过程中振动和噪声的产生机理将其分为三类；制动抖动(bralejudder)、制动颤振(hth9roan)和制动咖LI(brakesqueal)-在振动频率上。制动抖动的频率低于制动颤振，制动颤振的频率又低于制动啸叫。三类振动的频率范围见圈1。(11 oooHz)5 1K 1淋20K频率(1lz)图1制动引起的振动和噪声分类制动抖动主要是由制动力矩波动引起的低频强迫振动，抖动的频率与车轮转速成一定的阶次关系。习惯上把频率与车轮
21、转速额率相同的振动称为一阶，频率两倍于车轮转速的第1页同济大学I学博学位诒i 第l章结论称为二阶，以此类推。$恸抖动般是由低阶扰动(15阶)引起的，振动频率在100Hz以下。人们有时叉将制动抖动分为冷抖动(cold Judder)和热抖动(hotjudder)-冷抖动是由制动盘永久性的几何形状误筹造成的，热抖动是由于制动过程中发热造成的磷态抖动，制动盘冷却后，热抖动现象消失。实际的制动过程中热抖动和抟抖动是同时存在的口一。制动颤振是由于制动盘和摩擦块表面问的庠擦特性引起的。车辆低速制动时，在摩擦表面之间存在粘(着)一滑(动)交互的运动状况。粘着状态下，两表面之间的摩擦力是静摩擦力，相对滑动时两
22、表面之间足滑动摩擦力，由于静摩擦系数大于滑动摩攘系数t导致摩擦力在不断变化，从而产生振动。颤振还有a，能由于摩擦系数随速度增加而下降的负阻尼作用造成。颤振频率舟于抖动和啸n“之问，为1001000Hz。制动引起的颠振一般发生在较低的车速下(低于lOkmh)rt。o。制动啸叫则是由T-d动系统元件发生模态共振引起的，啸叫频率与车速无关啸叫频率在1000Hz咀上通过空气传播。关于制动啸叫，国内外的研究文献很多，针对该现象建立了不同模型用米分析产生机理和如何消除制动啸叫m-1”。1 1 2盘式制动器制动抖动现象盘式制动器是轿车的常用制动形式。目前轿车太多采用前盘后鼓或者四轮全部是盘式制动器。典裂的盘
23、式制动器工作原理如下。丰制动时 制动时图12盘式制动器T作原理示意图第2页响济大学工学博士学位论文 第1章绪论制动时摩擦块在制动压力的作用下压紧制动盘，靠摩擦块和制动盘之间的摩擦力使车辆减速。如果制动盘表面不平整或者制动盘厚度不均匀，会导致制动压力的变化和摩擦力的变化，从而导致制动力矩的波动。制动抖动就是由于制动力矩波动引起的低频振动，振动通过车身和底盘零部件传到驾驶员。制动抖动明显的特征是方向盘、仪表板发生剧烈抖动，座椅振动，有时伴随制动踏板的脉动。严重时整个车身都发生抖动。制动抖动发生的一般情况是，车辆高速行驶并实施中等强度制动，车速下降到某数值抖动开始出现，随着车速下降抖动加剧，下降到某
24、特征车速时抖动幅值达到最大，车速再下降抖动幅值减小，直至下降到某一车速时抖动消失在整个制动过程中，振动幅值经历了小大一小的过程，是典型的具有共振环节的强迫振动。抖动频率在IOOHz以下，一般为1050Hz，为低频振动制动抖动是汽车制动系统的重要故障之一，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，增加了驾驶员疲劳和误操作的可能性，同时也影响了整车厂的声誉，大大增加了制动系统的质保费用和维修费用。据世界三大汽车公司统计，制动系统问题是用户投诉中的第一大问题，每辆车在制动系统上的质保费用平均为150美元l_151。仅北美地区每年用于制动系统的质保费用就达1亿美元。据国内某汽车零
25、部件厂商统计，该厂由于制动抖动而索赔的制动盘每个月最多达1000只。鉴于以上情况，制动抖动在近几年逐渐成为人们研究的热点问题。鉴于盘式制动器在轿车上应用的广泛性，本论文的研究内容集中在盘式制动器。虽然鼓式制动器失圆也可以导致制动压力波动，从而引起制动踏板抖动，但是据统计这种现象发生的几率很小。同时，由于制动抖动最主要的表现是方向盘抖动，地板振动和踏板脉动现象发生情况并不多，因此本文研究的重点是制动引起的方向盘抖动及其发生机理。113制动抖动现象的复杂性制动抖动现象从振源到表象，是一个复杂的系统问题。制动抖动的表现形式不一，其复杂性具体表现在如下几个方耐1嗣：_ 同一厂家的同一型号车辆，只有很少
26、一部分车辆发生制动抖动，其它车辆不发生制动抖动：第3页同济大学工学博士学位论文 第l章绪论 一部分车辆发生制动抖动后，更换制动盘可以解决问题，并且更换后永不再发生制动抖动，另一部分车辆更换制动盘不能解决问题，或者更换制动盘后行驶一定里程，制动抖动现象又重复出现。- 有的车辆是在冷车制动时发生抖动，等制动盘发热后制动抖动现象消失，有的车恰恰相反，在冷车制动时不发生抖动，制动盘温度升高后，出现制动抖动。_ 同一个具有几何形状偏差的制动盘装在不同的车辆上，有不同的制动抖动表现。 不同型号的车辆，在相同的加工、装配控制标准下，发生制动抖动的概率相差很大。_ 制动抖动与很多因素有关，包括车辆制动盘材料、
27、制动盘锈蚀、行驶里程、驾驶习惯等。可见，制动抖动现象影响因素多，机理复杂，是一个系统问题。所以有必要从系统的角度进行深入研究12国内外研究现状121总体状况制动抖动现象最早报道于20世纪80年代，直到90年代中期，随着用户抱怨呼声的提高才逐渐引起重视，相关研究逐渐多了起来。其中的原因包括车辆速度的提高、高速公路的发展、制动材料的改变、以及人们对舒适性要求的提高。制动抖动上世纪八十年代最早报道于欧洲大陆，随后是英国和美国，后来是日本和韩国，最近我国也陆续出现相关报道。制动抖动在不同的国家有不同的叫法，欧洲叫brake judder(shudder，nibble)，美国人称brake roughn
28、ess，日本人叫brake shimmy，指的都是同一个现象【悃。制动抖动现象在近几年越来越受到关注。但是由于制动抖动现象影响因素多，机理复杂，加上各汽车公司的技术保密等原因，对制动抖动现象至今没有形成一个统一的认识，制动抖动问题也没有彻底地解决。国外有关研究资料也比较少，目前的研究主要集中在对抖动现象的描述、试验研究和定性分析。在本课题进行之前，国内未见有关研究报道。第4页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论122研究方法有关制动抖动的研究方法包括试验研究和理论研究。试验研究包括整车道路试验研究和台架试验研究。整车道路试验能够真实再现制动抖动的实际情况，研究制动抖动的传递途径。Sffingh
29、am等在整车试验时安装了自制的应变式力矩传感器和非接触式位移传感器。能够实时监测制动力矩的波动和制动盘形状的变化171。Ford汽车公司底盘部在做制动抖动整车试验时采用了40个传感器，监测抖动时各部分的参数l佃。台架试验能够方便地控制制动压力、制动起始速度和制动温度，能够详细研究制动盘厚薄差、端面跳动对制动力矩波动的影响程度，以及制动过程中车速、温度与制动压力的制动力矩波动影响。缺点是不能对传递途径进行分析，而且台架上的压力控制方式与实际的踏板控制方式有所不同。有关振源的试验研究主要是通过试验研究导致制动力矩波波动(BTV)的各种因素、各因素的影响程度以及如何消除其影响。研究标明产生制动力矩波
30、动的主要因素是制动盘的厚薄差和制动盘在安装状态下的端面跳动。制动盘厚薄差是引起制动力矩波动的最主要原因，而制动盘的厚薄差主要由安装状态的端面跳动转化形成，端面跳动不仅来自于加工误差、安装误差、还可能来自于最初的热变形的残留11q。试验表明，在一定的车况下，15II m的DTV，细心的司机就能感觉到制动抖动11l。在非制动状态下，由于浮动钳回位不及时，制动盘高出的部分和摩擦块有轻微的接触，虽然接触力不大，但是由于摩擦时间长，会使制动盘局部磨薄，从而产生厚薄差嘲。即使制动盘的形状没有误差，由于外圈的相对速度大于内圈的相对速度，随着制动的延续，会在外圈产生一个热带(hot band)研究表明，当速度
31、超过某临界速度时(比如95kmh)，热带会演变成一个个热点(hot spom)。热点之处的温度最高可达800，与其它地方的温差最高可达300一0。250的温差可以产生1 0u m的DTV。同时热点会导致制动盘表面发生局部金相改变，不同的金相组织加速了DTV的产生田嘲。由此产生的DTV在冷却后可以恢复，由此引起的抖动称为热抖动(hot judder)第5页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论或瞬态抖动。Stringham等通过连续监测制动盘的变形发现，在制动过程中，卟，随着温度的升高线形增长，在一次制动过程中DTV可能增加30闭。当制动盘处于高温时，从摩擦块磨下的颗粒或路面甩来的颗粒可能被植入制
32、动盘表面，形成小凸起，由此也可产生矿。此外，车轮的不平衡、驾驶习惯等对制动抖动产生一定的影响14Sl。制动力矩波动作为振动源会对周围环境施加激励，当激励频率和周围环境或传递途径上某子系统频率重合或接近时，由于共振作用，振动幅值会被放大。大量试验表明，制动力矩波动多是由于一阶或二阶的扰动引起，频率与车速相同或两倍于车速，对应于制动车速从1 20kmh到50kmh，一阶激励频率为1 875Hz，二阶激励频率为36-1 5Hz。Jacobsson通过试验得出，悬架前后方向的固有频率在非制动状态下为1 8Hz，制动状态下为138Hz。转向系统的自激振动的固有频率也处于10。20Hz之间_2|j，陈欣等
33、通过试验和仿真得到悬架前后方向的固有频率为20Hz和45Hz2s_碉，可见，在制动的过程中，激励源和传递途径上的元件正好存在共振环节。试验也证明了这一点。Stringham等试验中发现，在台架上做制动试验(不装悬架和转向系统)，B1、，随转速的下降呈下降趋势。在整车上试验时(当然包含悬架和转向系统)，酊、，有一个逐渐增大，然后再减小的过程。B1、，的峰值数值是台架试验的35倍lm。Gassman等通过对不同特性参数悬架的三辆车试验，得出不同的悬架对振源的传递特性具有很大的差别1271。试验数据分析方法包括时域分析、频域分析、三维谱振分析和阶次分析。时域分析从时间历程上分析信号的整体特征、最大值
34、和感兴趣的区域。频域分析用来分析特定的频段及其振动幅值。三维谱振能够反映制动过程中抖动频率和幅值随时间的变化情况。阶次分析能够反映振幅与转速的关系。理论研究用理论建模的方法，分析制动抖动的影响因素和传递途径。主要包括纯数学建模、ADAMS动力学建模和有限单元法。Jacobsson针对制动系统建立了二自由度模型，把制动系统看作是转子和定子，制动力矩的波动是在常值的基础上附加一个正弦扰动，利用幅值函数的表达方法展示了转子在一定的速度下，制动力矩的微小扰动会引起定子的剧烈振动，后来又在此模型基础上建立第6页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论了整车模型团_241。Augsburg针对制动系统建立了三
35、自由度模型，把保持架看作是由弹性元件连接起来的两部分，把摩擦块作为弹性体，活塞作为质量块，液压系统作为蓄能元件刚。Gouya等建立了制动盘、摩擦块和制动钳的理论模型来分析制动颤振，考虑了制动钳绕X轴和Z轴的两个转动自由度嘲。Sawanoboro等对离合器建立了三自由度模型，分析了离合器抖动现象，对制动抖动的研究有一定的参考价值嘲。Yevtushenko等建立了制动系统摩擦生热的模型，得到了热流量与坐标位置和时间的关系130I。资料刁介绍了利用ADAMS软件进行制动抖动仿真的具体建模过程，底盘和悬架采用了刚体模型，文章中进行了试验结果与仿真结果的比较。为了更准确地仿真，文章建议采用柔体模型，并且
36、需对软件中弹性衬套的特性进行改进。资料pl采用多刚体动力学和刚体+柔体的方法得到了比较好的仿真效果，但是没有给出具体模型。Kao等对制动盘建立了三维热一机耦合的有限元模型，并与台架试验作了比较，研究表明制动盘翘曲是产生热点从而导致热弹性不稳定性的主要原因阉。Kim对鼓式制动器系统建立了有限元模型和多柔体动力学模型通过正交试验法对各参数进行了灵敏度分析，探讨制动系统如何建立对制动抖动的鲁棒性鳓。Aviles等建立了制动抖动的理论模型和仿真模型，对悬架建立了有限元模型，自己编写了仿真程序，能够仿真不同摩擦材料、不同制动系统和不同制动条件的抖动情况pq。123主要研究结论虽然制动抖动发生的机理很复杂
37、，还有很多不明的现象，但是有些方面还是达成了一定的共识。目前得到的主要研究结论如下： 制动抖动是由制动系统引起的低频振动，抖动的频率与车速成阶次关系，一般为一阶或二阶，抖动频率50Hz； 制动抖动主要是由于制动盘的厚薄差和端面跳动引起的。其中又以厚薄差影响为最明显。 制动抖动的传递与悬架前后方向的固有频率和转向系统的固有频率有关，共振作用使振幅放大。 制动盘温度变化对制动抖动特性有一定的影响，存在所谓的热抖动(hot judder)。第7页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论124控制措施纵观目前的研究现状，制动抖动的控制措施主要包括以下几个方面。一 设计方面制动系统的形式、各元件形状、材料以
38、及相互匹配都会对制动抖动产生影响。制动盘的热容量、热传导系数、热膨胀系数、通风形式等都直接影响制动盘的热变形。例如通过特殊的设计，可以使制动盘具有良好的抗翘曲。采用整体式的制动盘可以减少装配环节，从而降低制动抖动发生的可能性。通过改变浮动钳导向销的设计和分泵密封圈的结构等可以减少非制动状态下的磨损等13-41从路面到驾驶员之间，制动抖动的发生和传递经过三个子系统。分别是车轮和制动器子系统、悬架子系统和转向子系统。通过整车的合理设计可以使系统对制动盘厚薄差不敏感或有很好的适应性，或将悬架前后方向的固有频率与振动激励的频率范围错开，使振动得到抑制等当然，有时汽车的各种性能之间是互相矛盾的，提高这方
39、面的性能意味着损伤另外的性能，需要综合考虑。 加工和装配方面随着对制动抖动问题研究的深入，汽车厂家意识到制动盘初始的厚薄差和端面跳动是产生制动抖动的主要根源。对其严格控制，可以有效地减缓制动盘的磨损和延迟制动抖动发生的时间。另外在加工过程中还应注意材料的均一性、消除热应力等。除了控制制动盘和轮毂的初始厚薄差和端面跳动外，还应注意装配误差的控制。过去一般认为只要零部件合格，装配后也一定合格，装配后没有检测工序。实际上如果轮毂和制动盘的端面跳动的高点正好重合，就有可能使装配后的端面跳动超标。同时，若在制动盘和轮毂端面之间夹杂异物(如铁屑、锈斑或毛刺)，也可能使最终的端面跳动超标。试验表明，头发丝粗
40、细的异物，在制动盘上引起的端面跳动就足以引起日后的制动抖动，因此增加装配后的检测是非常必要的。_ 维修方面一旦车辆发生制动抖动，应该首先检测前轮左右两侧制动盘在装配状态下的端面跳动和厚薄差，以及轮毂本身的端面跳动，然后根据情况进行更换。更换新的元件后，需要检第8页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论测装配后是否合格。需要说明的是，如果更换制动盘，需要同时更换与其配对的摩擦块。近年国外的汽车维修市场上出现了一种新的解决制动抖动的机器称为在车修复车床(on-car lathe)。在车修复车床可以保持制动盘在安装状态下，修复制动盘厚薄差和端面跳动使其达到标准范围内。这样可以消除安装误差，一次修复到位
41、。125目前存在的主要问题有关制动抖动问题的研究目前还处在初级阶段，主要是通过试验研究制动抖动发生的根源和传递途径，大多停留在现象描述和定性分析，理论模型和仿真模型还比较缺乏，也很粗糙做了很多并不符合实际的假设，不能满足精确分析的要求；制动抖动发生的情况很分散，影响因素很多，发生机理很复杂，目前还有很多现象解释不清楚；虽然试验研究得出制动盘几何形状的误差是导致制动抖动的主要原因，但针对不同的制动盘初始几何形状的误差应控制在什么范围内，发展到什么程度就会引起制动抖动等问题还没有相关研究；制动盘的摩擦表面存在几何变形一发热加剧变形的热机耦合现象，目前研究还很不够；仿真模型中假设了摩擦系数不变、制动
42、半径不变、悬架和副车架为刚体等都与实际不相符；有关传递途径的研究还只是定性分析，基于物理模型的研究和试验还很缺乏。13本文的研究内容和技术路线131本论文的研究内容本课题将在综合国内外相关研究资料的基础上，从系统角度考察制动抖动现象，将试验研究和理论研究相结合，对制动抖动的发生机理做深入研究，在此基础上，对制动抖动形成一个系统的认识和结论；通过试验研究得出制动盘几何形状误差应控制的什么范围内：建立制动力矩波动理论模型和传递途径的整车模型，通过理论模型分析各种因素对制动抖动的影响，从而找出关键因素，为消除抖动源奠定基础。同时制动力矩波动模型也是制动抖动整体模型的输入端，准确的输入才能保证整体模型
43、的正确。针对目前研究的薄弱环节和难点，综合摩擦学、热学、机械学、动力学知识，建立制动力矩波动的热机耦合理论模型，并将计算结果和仿真结果与试验结果比较，验证模型的正确性。第9页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论论文的主要研究内容包括：论文第一章为绪论，阐述论文选题背景、立题依据和重大意义。综述了国内外在制动抖动领域的研究现状和存在的问题。论文第二章针对某制动抖动故障车进行了道路再现试验，并针对制动抖动故障制动盘进行了抽样分析。通过试验搞清了制动抖动现象的主要特征和影响因素，排除了一些不明确的因素，确定了振源和可能的传递途径，为下一步理论分析提供了方向，奠定了基础。论文第三章对制动抖动的振源进行
44、了理论建模分析，并对理论分析的结果进行了试验验证，对制动过程中的热一机耦合现象进行了初步的理论分析。将制动盘的几何形状的误差归结为厚薄差，包括制动盘本身的厚薄差、端面跳动引起的虚拟厚薄差和热现象引起的暂时的厚薄差。建立了制动盘厚薄差引起制动力矩产生波动的理论模型，并在理论模型的基础上分析了影响因素；建立了制动盘端面跳动等效于制动盘厚薄差的数学模型。对制动的热机耦合过程建立了理论模型，对制动力矩、制动压力、摩擦系数等参数以及制动盘几何形状的变化进行了初步理论分析，建立了基于MatlabSimulink的闭环仿真模型，为将来的深入研究提供了素材。对制动力矩波动的各种影响因素进行了台架试验研究，并将
45、试验结果和理论分析的结果进行了比较，对理论分析模型进行了验证。本章最后还分析了制动盘宏观几何偏差的各种来源以及控制标准。论文第四章对制动抖动的传递途径进行了理论建模分析和试验验证。建立了基于ADAMSCAR的多刚体车辆动力学仿真模型，针对制动抖动的传递途径以及振动控制方法进行了仿真分析，从理论上分析了振动从制动器到方向盘的传递途径，明确了传递途径中的振动放大环节的来源，最后在分析悬架系统橡胶弹性元件对振动传递特性的影响的过程中提出了通过调节橡胶弹性元件刚度的振动控制方法。通过悬架和转向系统的模态试验对传递途径的理论分析进行了验证。论文第五章对论文全文进行系统的总结，得到研究结论，提出了可能的预
46、防和解决措旖。列出了本论文的创新点，并对未来的研究工作提出建议。132本论文采用的技术路线本文采用的技术路线和实施方案如下：第10页同济大学工学博士学位论文 第1章绪论 针对某故障车进行整车道路试验再现制动抖动现象：研究制动抖动的表现形式和特征，探明发生制动抖动的车速范围、制动强度、抖动振源和传递途径；_ 对制动抖动振源机理理论分析和试验验证：建立制动盘厚薄差引起制动压力波动的理论模型、制动盘端面跳动引起虚拟厚薄差的理论模型、车轮不平衡引起偏磨的理论模型等。建立制动盘温升模型、摩擦系数动态变化模型、制动盘厚薄差随温度变化模型。并在此基础上建立制动抖动的热一机耦合模型。通过制动力矩波动台架试验，
47、进一步研究制动盘厚薄差、端面跳动对制动力矩波动的影响，从而验证有关振源的理论模型。- 制动抖动传递途径理论分析和试验验证：在ADAMS下建立整车模型，从理论模型上再现制动抖动现象，并对传递途径上元件做敏感性分析。通过道路试验和零部件特性试验验证振源和传递途径的理论模型； 全文总结：综合试验研究和理论研究的结论，对制动抖动形成一个系统的认识，对制动抖动提出改进措施。技术路线框图见图13。制动抖动问题的提出上制动抖动特性分析土振源理论分析和试验验证土传递途径理论分析和试验验证土课题总结和展望图13技术路线框图第11页同济大学工学博士学位论文 第2章制动抖动特性分析第2章制动抖动特性分析为了深入研究
48、制动抖动的发生机理，首先必须对制动抖动的特征详细了解和掌握。通过对故障车进行故障再现试验，记录制动抖动时各参数的变化，对记录结果进行分析，捧除一些干扰因素，为下一步理论分析提供方向和依据。21制动抖动现象描述制动抖动发生典型情况是，新车行驶一定的里程数后出现轻微的制动抖动现象，随着行驶里程的增加，制动抖动变得严重，慢慢发展到无法忍受的程度。一般的维修方式是更换制动盘和刹车片，更换后制动抖动情况得到暂时解决，再行驶6000一8000kin左右后，抖动现象又出现，如此反复。试验中选用的车辆总行程总行程40000Lin。在新车行驶14000km后出现制动时方向盘明显抖动现象，开始修理，陆续更换过制动
49、盘、刹车片、横拉杆、悬架总成等，刚更换后情况有所减轻，再行驶(沁OOLm左右后，抖动现象又出现。问题反复发生，没有最终解决。维修站的解决措施基本上是根据猜测更换元件，对制动抖动发生的原因没有做检测。22制动抖动故障再现整车道路试验通过故障再现整车道路试验应达到如下目的：明确制动时方向盘抖动特征、车速范围；明确制动时方向盘抖动与行驶工况的关系；确定方向盘抖动的振源；确定从振源到方向盘的可能的振动传递路径。为了实现以上目的，对试验车共布置了16个测点，测点布置具体如下：(1)在方向盘上布置了一个三向加速度传感器，分别测量方向盘的径向、法向和切向的振动加速度；(2)在左右前轮上各安装了一个测速电机，测量车轮转速的动态变化过程；(3)在制动踏板上安装一个踏板力传感器，测量脚踏板力的大小来控制制动强度。(4)在左右前轮的制动管路上各安装一个压力传感器，测量制动压力的动态
