浅析盘式制动器制动噪音
从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果浅析盘式制动器制动噪音在汽车行业发展的过程中，汽车的安全性能、制动性能等是汽车行驶安全的保障。在汽车制动过程中发出的噪音主要是指汽车制动尖叫、短暂的低沉音等，制动噪音的产生具有突发性、随机性、间歇性。制动器制动噪音的产生，影响周围环境及行车的舒适性等，在汽车设计研究中，需要加强制动器制动噪声的研究。1.制动器制动噪音产生的机理在汽车制动的过程中，制动器通过摩擦片与制动盘或制动鼓之间的摩擦，将汽车的动能转变为热能，释放到空气中。在制动器不工作时，摩擦片与制动盘或制动鼓之间会保持一定的间隙，使得汽车的车轮可以自由的旋转。盘式制动器，又称为碟式制动器，主要由制动盘、分泵、制动钳、油管组成，具有散热快、结构简单、耐温性能好、制动效果稳定等多种优势，故在汽车制动系统设计中，应用广泛。其制动盘暴露在外，在工作的过程中，制动器对制动盘产生的压力较高，可以将水挤出，加上制动器衬垫对制动盘的擦拭作用以及制动盘的旋转离心作用，所以盘式制动器的排水性能较好1。虽然盘式制动器有寿命长、性能好等优势，但是在其工作的过程中，因为制动作用，会产生制动噪音。制动噪音的产生，会影响汽车乘车人员的乘车舒适性和安全性，同时噪音还影响人们的身体健康。2.盘式制动器的制动噪音随着盘式制动器在汽车制动系统中的广泛应用，盘式制动器的制动噪音引起了人们的关注。制动噪音的产生，影响着人们的健康，以及乘车人员的舒适性，为了降低汽车盘式制动器的制动噪音，改善城市环境，需要加强汽车制动噪音的消减研究。早在上世纪三十年代人们就开始研究制动噪声问题，并形成多种用于解释制动噪声机理的理论，积累了不少基于这些理论的解决联盟特定问题的工程实用方法和分析问题的各种理论模型，但迄今为止对制动噪声的研究从发生机理到分析方法仍未取得一致的结论。不同的研究者对制动噪声有不同的分类，但频率是各种文献分析制动噪声时普遍采用的基本特征参数。一般根据制动器部件振动频率的频段将制动噪声分成三类：低频振动噪声、低频尖叫和高频尖叫。低频制动噪声的频率在100500Hz之间，它又可进一步分为Groan、Hum、Moan等。“Groan”或“Creep groan”的频率在200500 Hz左右，配有自动挡的车在较低车速制动时易发生这类噪声，其特点为一连串有节奏的振动，一般认为这种振动是由粘-滑引起的自激振动或车体结构的共振引起的，其潜在影响因素不仅涉及制动器组件的阻尼、刚度和接触界面的压力分布，还包括摩擦材料的具体组份和动静摩擦系数之差。Hum和Moan的振动频率在100400Hz之间。对于Hum，一般认为汽车高速时，由于制动盘的热变形产生的制动迟滞引起的；对于Moan，则认为在车辆低速轻微制动或制动转向和非制动转向时发生，其潜在影响因素包括：对偶件间和卡钳与摩擦片间的压力分布状况；非制动拖滞力矩等。低频尖叫的频率在13kHz之间；高频率尖叫的频率在216KHz之间或上限到人耳听力的极限。在制动引起的振动噪声中，尤以这部分频率在116kHz之间的制动尖叫声最折磨人的听觉，它严重影响车辆的舒适性和环保品质。为此，很多学者对制动尖叫进行了大量的研究，然而至今仍未对制动尖叫的产生机理形成统一的认识。其原因除了汽车工业的激烈竞争限制了研究工作的公开发表和交流之外，更关键在于制动系统是典型的摩擦学系统，制动噪声问题不仅与经典的摩擦学振动理论、自身结构和复杂的工况条件有关，还与制动过程中对偶件接触界面间的各种物理和化学变化有关，而制动中产生的各种界面膜又会直接影响制动系统的稳定性。过去通常认为制动噪声的产生主要是由制动器的结构因素引起的自激振动，因此大多数学者基于动力学分析，通过改变制动器部件的质量、刚度、阻尼或部件耦合关系等消除制动振动噪声，而忽视摩擦材料及其接触界面的特性对制动噪声的影响，从而造成效果不佳。近二十多年来，随着电子显微技术和测试材料表面力学性能的纳米压痕技术的发展，促进了人们从摩擦材料组份和摩擦表面的微观特性等方面研究制动噪声问题。因此，在进一步分析制动器结构的同时，研究摩擦材料的各组份和其表面微观特性，开发出高性能的，既满足制动性能，又降低或抑制制动噪声的摩擦材料成为了改善制动噪声的发展趋势。在盘式制动器设计中，配置好的制动器摩擦片，在保证其具有充足的制动扭矩下，可以降低制动摩擦片的摩擦系数，通过降低摩擦系数，降低制动噪音。汽车行驶的环境不同，制动周期也就不同，汽车制动温度和制动压力也不确定，进而为汽车行驶中，制动噪音的产生，增加了很多不确定的因素，制动摩擦材料在汽车高温制动后，会在摩擦片工作表面上形成一层坚硬的膜，在汽车制动的过程中，信号测定的结果是高频振动增加，这是产生制动噪音的一个因素。所以在盘式制动器制动噪音的研究中，也可以从制动温度等方面考虑，降低制动噪音。盘式制动器的制动盘与摩擦片的尺寸、材料，在降低制动噪音中，无法实现改变设计，降低制动噪音，只能从原材料的配方上进行入手。在摩擦片制作中，材料的性能要求高，要保证摩擦片的密度，密度较小的摩擦片制品，其气孔率较高，气孔与孔隙可以发生阻尼作用，可以有效的通过吸收来降低制动器制动过程中，产生的制动振动，所以在一定程度上，可以降低制动噪音2。盘式制动器在汽车设计、制造的过程中，广泛的应用，在汽车制动的过程中，噪声产生的影响因素有多种，制动器的设计、摩擦片制作材料的配比、制动温度、制动压力、环境等都是制动噪音产生的影响因素。想要从根本上解决制动器制动噪音的问题，需要全面的分析考虑各种影响因素，加强盘式制动器设计优化改造，降低制动噪音。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。
