基于一款轻型卡车的制动振动分析研究
曹庆祥 郭福祥 蔡双飞 许国林
南京依维柯汽车有限公司
【摘要】 针对一款轻型卡车出现的在一定车速下制动时整车振动现象，进行整车道路试验测试，测量并采集该车型底盘及车身系统的偏频数据，经过对试验数据的分析，找出造成制动振动的原因，经改进后整车制动振动现象明显改善。
关键词：轻型卡车 制动 振动 频率
1 引言
由于制动引起的振动会影响汽车的制动平稳性，降低乘坐舒适性，并且会加大驾驶人员误操作的可能，另外这种振动还会降低相关零件的寿命，严重时还会造成承载零件的早期磨损，从而影响到行车的安全性能，所以对制动引起的振动现象的研究是非常重要的。近期通过对一款轻型卡车制动时整车严重抖动问题的研究，为后续同类问题的解决提供一定的借鉴作用。
对一款轻型卡车的主观评价中发现：车辆在路面条件较好情况下正常行驶并轻踩制动，当车速降至50～60km/h时，车身出现异常的振动，此时车身内的仪表台抖动剧烈，人体感觉明显的不舒适，而低于这个速度时非常微弱，不易察觉。整车的异常振动可以从车身内的仪表台、座椅、方向盘及车身本体中明显感触，直接影响汽车的乘坐舒适性，引起驾驶员的驾驶疲劳，严重情况下甚至会影响到整车的行驶安全性。因此研究并解决该轻型卡车的制动振动问题迫在眉睫。
造成整车振动的主要因素有：①激励源，主要来自发动机、路面、轮胎、排气系统、传动系统、制动系统等各种激励；②传递过程中振动被放大，主要是因为振动源激励频率与车身相关系统的固有频率接近而发生共振。基于此，为找出引起该轻型车振动的根本原因，首先通过主观评价，确认具体的振动车速和振动现象，然后进行道路试验，测试不同速度下该轻型卡车车身内的振动加速度信号，并进行数据对比分析，分析出导致该轻型车制动振动的根本原因。
2 调查分析
首先对该款轻型卡车进行主观评价，选取了两台车，在较好路面上，装满载荷，分别从初始车速100km/h、90km/h、80km/h及70km/h开始轻踩制动使其减速，当车速降至60～50km/h时，驾乘人员均可以明显感受到剧烈的整车振动，而在重踩或紧急制动时，降速过程中没有感受到振动，并且正常行驶到50～60km/h时也没有感受到振动。为排除故障，先后从多个方面进行排查。
（1） 轻踩制动时同时踩下离合器，断开发动机动力输出，多次试验表明，剧烈的振动现象基本未消除，初步判定发动机非振动激励源；
（2） 对车轮总成进行检查，首先检查车轮动平衡情况，最大不平衡量为50g，满足标准要求。重新挑选了不平衡量小于20g的车轮进行验证，无明显改善。更换了其它品牌及不同花纹的子午轮胎、斜交轮胎，同样无明显改善，排除了由轮胎激励过大引起的制动抖动问题；
（3） 对该车进行转鼓试验测试车辆前轴左右轮制动力，左边制动力为6360N，右边制动力6550N，前轴左右轮制动力动态不平衡达2.9%，满足标准要求（根据国家标准规定，前轴左右轮制动力不平衡应小于等于20%，后轴应小于等于24%），初步判断非左右轮制动力分配不均引起振动；
（4） 对制动鼓、轮毂失圆情况进行检查，制动鼓总成圆跳动为0.06mm，小于0.12mm图纸要求，检查结果满足要求，又重新试制了精度更高的制动鼓、轮毂进行换装验证，同样无明显改善；
（5） 对整车前/后悬挂系统进行调整，分别换装刚度高、低的前/后钢板弹簧进行试验验证，无明显改善，因此改进整车悬挂系统的刚度不能改善该车型振动；
（6） 对车身悬挂软垫刚度进行调整，现有车身软垫刚度为60N/m，分别试制降低刚度为40N/m、50N/m及提高刚度为70N/m、80N/m的四种软垫进行试验验证，车身振动同样无明显改善，因此改进该车身悬挂系统不能改善该车型振动；
（7） 对前/后制动力分配进行了调整试验：先后通过调整感载阀、变化后制动分泵缸径、更换真空助力器规格等试验，未有明显改善，因此前/后制动力调整对该车型制动振动无明显改善；
（8） 对该车试验进行驻车制动减速、前/后制动失效等试验，采用驻车减速，整车无振动现象，前失效时，整车无振动现象。
通过以上排查可以初步判断该轻型卡车在车速50～60km/h时轻踩制动减速整车振动与前桥制动有关，排除了路面起伏、发动机、车轮激励对车身抖动的影响，初步确定了制动器作为激励源，与某系统产生共振。
3 制动振动测试
为进一步确定造成该车型制动振动的根源，针对该轻型卡车制动振动现象进行试验测试分析，进一步确定振源及传递路径。
测试工况：车辆满载，车速50km/h、60km/h、70km/h匀速行驶，空挡滑行及轻踩制动减速。
试验方法及内容：
1) 测点分别为制动底板、轴头、车架、车身悬置下、车身悬置中、车身悬置上、座椅的坐垫、方向盘等；
2) 前后轴的偏频测试；
3) 车身及车架在整车状态下的模态试验。
3.2 车辆零部件调整测试分析
由于车架、车身进入产品阶段后，要改变其固有频率需重新改变结构、投入模具，改进周期很长且会造成巨大的成本投入。轮胎已经更换了多个品牌多种花纹轮胎，且对振动现象的改善贡献很小，因此要尽快解决该问题，必须从改变制动器的固有频率入手。经过整车制动性能匹配计算，选择了制动器供应商正在生产的一款制动力矩相近但制动器结构不同、摩擦材料不同的制动器，安装在该轻型卡车上，进行驾驶测试验证，经初步试验验证，轻踩制动时，整车振动现象消失，再次更换另一台车，得到同样的结果。
为进一步验证效果，进行整车性能测试：
⑴ 进行转鼓试验测试车辆前轴左右轮制动力，左边制动力为6130N，右边制动力为6560N，前轴左右轮制动力动态不平衡达6.4%，满足标准要求；
⑵ 进行了簧下偏频测试，测量结果如表3，改进后的簧下偏频避开了12.5Hz。
从调整后偏频数据及改进后制动试验数据，我们可以看出：
（1） 制动过程中，车身振动未出现明显的突变；
（2） 前桥的簧下偏频为13.27Hz，与整车一阶弯曲模态频率拉开距离，避免产生共振。
在完成性能测试后，又安排整车进行制动专项性能试验以及整车可靠性试验，达到整车性能要求，至此该轻型卡车制动振动问题得到了彻底解决。
4 结语
针对一款轻型卡车在制动过程中整车所产生的严重振动现象，通过主观判断、仪器测试分析、整车道路试验测试等手段，对比分析了不同工况和不同行驶状态下测试数据，从而确定了导致该轻型卡车制动振动的根本原因：制动激励频率与轮胎固有频率、车身及车架固有频率高度耦合，是造成制动振动的主要原因。通过改变制动器的结构及摩擦材料来达到改变制动系统激振频率，以此来解决整车制动抖动现象的发生。
