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某车型鼓式制动器噪音匹配研究

鼓式制动器摩托车刹车圈轮毂刹车圈专业生产厂家无锡九环2020年8月22日讯 在进行某车型制动噪音匹配中,通过引进优化低金属材质的摩擦材料配方体系,代替原有低金属材质。实现制动噪音性能提高,满足整车制动噪音匹配与 NVH 性能要求。


前言


刹车片,最早出现 19 世纪末,随着汽车工业发展与品种增多,人们对刹车片的要求也越来越高。一方面,刹车片需要满足环保要求,即无石棉化及无有害物要求,在摩擦过程中不产生有害健康的物质;另一方面,对刹车片的各项性能要求除了有适宜稳定的摩擦性能,还要求耐磨性能好、强度高、耐腐蚀,不易锈粘着、NVH 性能较好等。本文在某车型后鼓式制动器总成开发匹配过程中,采用特殊的材质与工艺、结合现有制动器的设计结构,经过一系列的试验,对该制动器的 NVH 性能匹配的研究、探讨。


1、制动噪音的类型及原因解析


NVH 性能在现有汽车性能指标中以级为重要。各个主机厂也在做相关的整车 NVH 性能匹配。制动噪音的产生非常复杂,与制动器的设计、制动系统的结构、刹车片配方的匹配都有较大的关系。后鼓式制动器怎样用适宜的刹车片与制动器进行匹配,得到最佳匹配效果是我们研究的重点。


如图 1 所示:为该车型后鼓式制动器

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图 1  后鼓式制动器


1.1 制动噪音的类型

经过长期的研究,鼓式制动器的制动噪音的类型分为以下几种,如表 1 所示。


表 1  鼓式制动器制动噪音类型

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在实车操作中,鼓式制动器2000-4000HZ 的低频尖叫声发生的概率最高,也是研发过程中主要面对的问题。但在台架表现上,多表现为高频率噪音。


1.2 制动噪音的生产因素

从摩擦材料角度考虑,因素大致有以下几个方面:

  1. 刹车片的摩擦系数越高,噪音产生的机率就越大。所以在保证足够安全的制动扭矩下,配方的摩擦系数尽可能低。

  2. 刹车片硬度高的产品相对于硬度低的产品产生噪音的机率较大。故在匹配试验时,刹车片的硬度在保证本身强度的前提下,硬度设计适中为最佳。

  3. 刹车片在经过高温摩擦制动后,工作表面形成光亮的碳化膜,摩擦时会产生高频振动及噪音。故在配方设计时考虑到有机材料的使用限量及减磨材料的功能。


2、低金属材料台架匹配


项目开发初期,选用低金属配方材料进行该车型后制动器的噪音匹配。

材料配方与摩擦材料常规试验结果如表 2、表 3 所示:

表 2  材料配方表

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表 3  材料基本性能表

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图 2  噪音台架照片

样件按标准 SAE J2521-2013《盘式片与鼓式片尖叫噪音矩阵》,通过 LINK 3900 试验设备完成该样品试验,如图 2 所示。噪音匹配试验结果如图 3、图 4、图 5 所示:

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图 3  噪音评级

图 4  不同频次噪音出现几率

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图 5  制动噪音图谱

通过对图 3、图 4、试验结果分析来看,该车型低金属材质配方匹配的噪音问题呈现在(减速\拖滞)方面,其噪音分贝与频率较高,最高分贝达 110,实际表现为高频尖叫。噪音匹配结果为 24.8%。图 5 为在试验过程中单次制动噪音的分析图谱,突出峰值为制动噪音。


3、优化低金属配方研究


通过之前匹配结果,此低金属配方以不能满足产品开发需要。如采用 NAO 配方可以解决这个问题,但其相对成本较高。我们急需一种材料,价格与低金属结构相似,性能又优于低金属的产品。在这个情况下优化低金属配方就产生了。


低金属材料配方金属含量定义<25%,一般公司低金属材料配方金属含量在<20%。而优化低金属材料配方金属含量在 <10%,其主要材料配方如表 4 所示,材料的基本性能如表 5 所示:

表 4  材料配方表

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表5材料基本性能表

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样件按标准完成噪音匹配,试验结果如图6、图7、图8所示:

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图 5  噪音评级


通过图 5、图 6 结果分析来看,优化低金属配方匹配在该制动器主要的噪音问题呈现在(前进\后退\拖滞)方面,特别使用高弹石墨做为减磨材料为噪音性能调节剂。图 6 中可以看出噪音情况得到了明显改善。总噪音出现概率为 8.8%< 10%。图 7 为实验过程中声音图谱,从图中可以看出声音与图 4 相比更为平稳,无明显峰值。

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图 6  不同频次噪音出现几率


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图 7  制动噪音图谱


4、结论

目前汽车市场竞争十分激烈,用户对汽车质量的要求不断提高。我们在控制成本的前提下采用优化低金属配方,降低制动噪音概率。通过持续改进、不断提高产品品质,提高汽车品牌价值。

作者:王健1,张宇1,孙金朋2,赵荣2,马健2

单位:

1.华晨汽车工程研究院

2. 河北星月制动元件有限公司

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