汽車制動盤和制動襯墊的振動特性的數(shù)值研究

摘要—基于有關(guān)汽車制動器的振動和噪聲方面的各種研究，建立了一個制動盤和制動墊的四自由度的非線性動態(tài)模型，并分析了振動系統(tǒng)在平衡點附近的穩(wěn)定性。最終使用數(shù)值法來研究學(xué)習(xí)制動壓力、形狀參數(shù)和制動盤的初速度對制動盤和制動襯墊的振動參數(shù)的影響。計算結(jié)果表明，隨著制動壓力的增加或者制動盤初速度的減小，切線方向的振動會減小，多種形狀參數(shù)有非常復(fù)雜的非線性動態(tài)特性，但法線方向上的振動沒有明顯變化。

關(guān)鍵詞—制動噪聲，制動盤和制動墊，模型，非線性動態(tài)

1.引言
眾所周知，制動系統(tǒng)對汽車的安全來說是非常重要的，在制動過程中產(chǎn)生的振動和噪聲主要可以被分為三類：振動，呿吟和長而尖的聲音。一般來說，人們可以通過方向盤和制動盤的振動可以感覺到100赫茲以下的汽車振動；尖聲是可以聽得見的頻率在1千到16千赫茲之間的連續(xù)刺耳的噪音。通常稱那些頻率在500赫茲以內(nèi)的振動和噪聲為呿吟。通過許多的實驗研究表明，制動呿吟最容易在兩種情況下發(fā)生，一種情況是在汽車由靜止啟動，制動盤緩慢放松時候；另一種情況是低速行駛的汽車要完全停下來時，制動力緩慢加載到制動盤上時候。制動呿吟經(jīng)常發(fā)生在裝有自動變速器的汽車上，偶爾也會在裝有手動變速器的汽車上發(fā)生。
從目前已近公布的材料來看，現(xiàn)在的學(xué)者對研究制動噪音機(jī)制有一項基本的共識：制動盤和摩擦襯墊間存在粘滑現(xiàn)象。由于速度的影響，靜摩擦系數(shù)要大于動摩擦系數(shù)。當(dāng)制動盤和摩擦襯墊交替處于完全接觸和部分接觸狀態(tài)或者粘合和滑動狀態(tài)時，經(jīng)常發(fā)生制動呿吟。目前，大部分對制動呿吟方面研究都是基于二自由度模型，重點在制動盤和摩擦襯墊的交界面處切線方向的振動。但是，制動鉗的振動受到法向振動的影響，所以，制動盤與摩擦墊片間的法向振動就不應(yīng)該被忽略。在這篇文章中，振動參數(shù)和影響因素都被考慮了。從作者的知識了解來看，這篇論文中所使用的4自由度非線性動態(tài)模型是全新的。

2.四自由度的模型
圖1所示的是制動盤和墊片的4自由度非線性動力學(xué)模型。其中的參數(shù)定義如下：
—制動盤與制動鉗之間的剛度，N/m
—制動盤與制動鉗之間的阻尼系數(shù)，Ns/m
—制動盤與制動墊片之間的剛度，N/m
—制動盤與制動墊片之間的阻尼系數(shù)，Ns/m