汽车制动摩擦系数影响因素浅谈.docx

汽车制动摩擦系数影响因素浅谈 徐申敏　韩友国　吴洪涛摘 要：制动摩擦系数大小是衡量汽车制动性的重要参数，影响制动摩擦系数的根源为制动片的材料属性由于汽车正常行驶中，每次制动初速度、制动液压均有变化，导致每次制动摩擦系数有差异本论文结合制动摩擦原理，着重从温度、材料属性、制动压力、制动初速度四个方面，浅要分析了这些因素对制动摩擦系数的影响关键词：摩擦系数；制动性汽车制动过程实际就是摩擦片与制动盘接触的过程，通过制动片与制动盘的直接接触摩擦产生热能，从而转换汽车制动中需要消耗的动能而制动过程中最重要一点，那就是制动摩擦系数的大小，其中摩擦系数过高过低都会影响制动性能GB 5763-2008中规定盘式制动器摩擦系数随温度上升到350℃，摩擦系统温度在0.25～0.70之间目前市面上常用摩擦系数按照SAE J866-2012中的EF代码，即正常摩擦系数：0.251 摩擦系数的定义GB 5763中对摩擦系数的定义为：摩擦力与加在试片上的法向力的比值其数学表达式为如下公式（1）：u=式（1）中：u为摩擦系数，f为摩擦力（总摩擦距离的后半部分稳定的摩擦力的平均值），F为加在试片上的法向力。

目前常见的盘式制动器的平均摩擦系数定义[1]ua=式（2）中：Ma为平均摩擦力矩；AP为制动片的摩擦面积；p为平均制动压强；p0为克服制动片回位弹簧作用力消除制动间隙而需施加的制动压强；Dm为有效摩擦直径Ma和p均为制动过程中达到设定值的95%时开始记录到制动终了时的时间段内的平均值2 制动摩擦系统影响因素制动系统作为汽车中最重要的系统之一，制动系统的好坏直接影响到整车安全方面，而影响制动系统一个重要因素就是制动摩擦系数的大小及其稳定性，本文从温度、摩擦材料属性、制动压力、制动初速度来描述摩擦系数的影响因素2.1 温度摩擦系数的稳定性直接影响制动器工作的稳定性，摩擦系数随着温度而变化的特性，主要反映在制动器的热衰退上当制动初速度增大、压力增大、制动频繁导致摩擦副温度升高时，摩擦系数降低，称为“热衰退[2]”制动器钳体和摩擦片的热变形，以及摩擦片内部的成分的化学变化都会导致热衰退，以下为某车型连续十次制动（100km-0）制动距离对比，第十次与第一次相差11%，见表1温度对摩擦系数的影响主要表现在以下三个方面：（1）氧化膜，在高温下材料中的金属、有机物等容易氧化形成氧化膜，氧化膜强度低，在制动摩擦力的作用下易开裂或破裂。

在制动摩擦过程中，随着温度的不断上升，氧化膜厚度增大，膜的强度降低，容易脱落且呈鳞片状2）润滑膜，高温超过制动片材质中低熔点金属的熔点，使金属融化，融化的液体金属被展平而产生润滑作用，使摩擦系数下降，“热衰退”的主要原因之一改善方法：①提高有机物的耐热性②减少低熔点金属的组分③增加导热性强的金属含量④采取结构上改善摩擦面的散热条件（3）气垫膜，高温下，摩擦材料表面的有机组分如酚醛树脂的热分解而产生大量的气体（CO、CO2、CH4），形成气垫膜使摩擦系数下降改善方法：①摩擦片中部开槽、边界倒角，开槽倒角有利于磨损物的排出和气体排出②摩擦片做烧蚀处理由于摩擦材料的特性决定了摩擦系数对温度的敏感程度，以下为某车型做AK-MASTER效能试验时，高温效能的一段数据，从数据中可以直观的看出，随着温度的上升，摩擦系数越来越低，达到一定值后趋于稳定，见图12.2 材料属性（1）制动片的材料属性摩擦材料的组成成分主要包括以下四類：粘合剂5%～25%；增强剂20%～50%；摩擦调节剂30%～60%；工艺性调节剂0.5%～1%根据制动摩擦材料的发展历程，摩擦材料主要可以分为四大类：①石棉摩擦材料：早期的材料，石棉具有熔点高、摩擦系数高、硬度适中等优点。

缺点为：热传导性差，容易发生热衰退，石棉污染大，具有致癌物质，目前已经明令禁止使用②半金属摩擦材料[3]：一种金属纤维代替石棉的新型摩擦材料，摩擦系数高主要不足为，材料中的金属成本容易生锈，增加摩擦片磨损，影响制动摩擦系数的稳定性，而且由于其导热性好，当温度高时，容易导致粘结剂树脂的分解③混杂纤维摩擦材料[4]：采用2种或2种以上不同的纤维进行混杂增强，这样不仅可以降低成本，还可以充分发挥每一种纤维的优点，弥补单一纤维的缺陷，使其性能更加完毕，更加优异④新型摩擦材料：近年来车辆向着高速化和轻型化发展，未来的摩擦材料主要方向：碳/碳复合摩擦材料和陶瓷摩擦材料主要优点为摩擦因数稳定，使用寿命长，环保等优点2）制动盘的材料属性研究表明[5]制动盘是灰铸铁的铜纤维增强复合材料在高温下可以保持较高的摩擦系数，而铝纤维的复合材料的摩擦系数则有所下降主要原因有：铜纤维比铝纤维有较好的导热性，氧化铜可以改善复合材料的热衰退，高温下铝纤维会软化，融化长时间连续制动，摩擦表面会受到热应力的反复作用，材料中的晶粒大小不均匀，热膨胀系数不一样，在长期作用下，制动盘表面由于铸铁中脆性相—石墨的尖端或边缘易产生热应力集中，而产生热裂纹现象。

2.3 制动压力Bijwe[6]等通过研究了不同金属填料的复合材料在不同速度与不同压力下的摩擦学性能，随着速度的增加摩擦系数会出现一个极大值后下降，极大值大小与材料中的金属成分与含量有关，同时在高的液压下极大值也会降低

另外一方面，高速下温度的升高，材料表面树脂基体热分解也是造成摩擦系数降低的一个原因以下为某车型做AK-MASTER效能试验时，制动液压分别为5Mpa、6Mpa、7Mpa、8Mpa时，不同车速下摩擦系数变化图从图中可以看出随着车速的不断增加，摩擦系数越来越小，见图33 结论纵上，除了摩擦材料的本身属性以外，制动压力、制动初速度对摩擦系数的影响基本都是通过改变温度来实现，在通常制动中，摩擦材料的温度范围在65-300℃之间，目前国内的绝大数摩擦材料均能满足在此范围内保持摩擦系数稳定但是遇到紧急制动或连续下坡工况，当摩擦材料溫度达到400℃以上时，热衰退现象突出提高摩擦材料摩擦系数稳定性可以从以下几点来考虑：①利用新型摩擦材料，如：陶瓷纤维制动片等；②提高摩擦材料的散热能力，如：制动片开槽，通风制动盘；③提高摩擦材料耐热性，使高强度制动过程中摩擦温度在合理范围内参考文献：[1]王仁广，李志远，张彪，刘昭度.盘式制动器平均摩擦系数的试验研究[J].实验技术与管理，2010，1：27-1.[2]陈汉汛，朱攀.制动器热衰退机理的研究与分析[J].拖拉机与农用运输车，2006，8：33-4.[3]苏堤等.国外汽车摩擦材料的发展现状和趋势[J].汽车研究与开发，2001.4：45-48.[4]朱铁宏，高诚辉.摩阻材料的发展历程与展望[J].福州大学学报（自然科学版），2001，29（6）：52-55.[5]Jang H，Ko K，Kim SJ.The effete of metal fibers on the friction performance of automotive brake friction materials[J].Wear，2004，256：406-414.[6]Bijwe J，Kumar M，Optimization of steel wool contens in non-asbestos organic（NAO） friction composites for best combination of thermal con- ductivity and tribo-performance[J].Wear，2007，263：1243-1248. -全文完-。