隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車作為一種代步工其，已經(jīng)進(jìn)入普及時代。與安全性能有關(guān)的行車制動問題，成為行車工程上的重要問題，制動器成了人們研究的主要項目之一。目前行車制動大多采用摩擦制動，行車制動系統(tǒng)中摩擦副的性能與結(jié)構(gòu)是行車乘坐舒適性、耐久性，特別是行駛的安全性的根本影響因素。
不得不指出的是伴隨著行車所帶來的便捷生活，是隨之而產(chǎn)生的噪聲污染，它已成為現(xiàn)代城市生活中不可忽視的一大公害。據(jù)統(tǒng)計，城市中的噪聲中交通運輸噪聲可占75％，行車噪聲則占其中的85％。而行車制動時產(chǎn)生的尖叫和振顫聲又是行車噪聲的主要組成部分。因此為了提高車輛的舒適性，世界各大行車公司都對行車噪聲水平制定了嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，將噪聲的控制作為重要的研究方向。研究限制行車制動噪聲已成為行車制造商，乃至整個人類社會的強烈共識和亟待解決的重要問題。
1行車制動器噪聲蛋內(nèi)外研究水平和現(xiàn)狀
早期的制動噪聲研究關(guān)注當(dāng)時廣泛使用的鼓式制動器，現(xiàn)在盤式制動器由于其廣泛的應(yīng)用己成為研究重點。對制動振動噪聲從理論上和技術(shù)上進(jìn)行系統(tǒng)的研究始于上世紀(jì)五十年代，到目前為止已經(jīng)積累了不少解決特定問題的工程實用方法和分析問題的各種力學(xué)模型。但迄今為止，對該問題的研究從發(fā)生機(jī)理到分析方法仍沒取得很一致的結(jié)論，在工程上所采用的抑制尖叫產(chǎn)生的措施基本上都是經(jīng)驗性的，而不具備通用性。
制動噪聲的頻率范圍非常廣?？梢詮膸资掌澲辽先f赫茲。在一次制動中，制動噪聲在多數(shù)情況下是一種音色，偶爾有兩三種音色同時發(fā)生。而在人耳的感受中，一般在幾百至上萬赫茲以內(nèi)的高頻成分最為刺耳，也最難消除，是制動噪聲中的主要成分，也是廠家需要研究解決的重點在上世紀(jì)的整個五十年代，摩擦材料本身的特性～直被認(rèn)為是引起制動尖叫的根本原因。這～階段主要有兩種理論。第一種理論把制動尖叫歸結(jié)于摩擦副的摩擦特性?；诖死碚摰难芯?，可以把制動尖叫簡單地歸結(jié)為當(dāng)靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)或動摩擦系數(shù)f隨相對滑動速度v的變化率af／av<O時制動系統(tǒng)的自激振動問題。
摩擦特性理論能夠解釋制動尖叫的某些現(xiàn)象，但與許多試驗結(jié)果不一致。即使相同的摩擦副，用于不同結(jié)構(gòu)的制動器，發(fā)生尖叫的傾向也大不相同。R．TSpur的研究結(jié)果表明：有時f與v無關(guān)，制動尖叫卻照樣發(fā)生，而即使af／av很大，制動尖叫也不一定發(fā)生，于是產(chǎn)生了第二種理論，即Sprag—slip理論。Sprag—Slip理論解釋了當(dāng)摩擦系數(shù)為常數(shù)時(即f與v無關(guān))，僅因摩擦副的幾何特性選擇不當(dāng)，便可導(dǎo)致系統(tǒng)自激振動的產(chǎn)生。這一理論的進(jìn)一步發(fā)展，形成了幾何特性耦合理論。幾何特性耦合理論強調(diào)了結(jié)構(gòu)耦合特性(摩擦表面的摩擦禍合以及各部件之間的彈性耦合)對制動尖叫的影響，摩擦材料的f—V特性并非產(chǎn)生制動尖叫的必要條件，f本身也是影響制動尖叫的重要因素。
進(jìn)入八十年代末、九十年代初，國外對行車制動尖叫的研究進(jìn)入了一個新的階段，不再單純地從簡單的物理模型出發(fā)研究制動尖叫的問題，而是開始試圖通過對實際制動器結(jié)構(gòu)建立動力學(xué)模型，從理論上對制動尖叫問題進(jìn)行定性乃至定量的分析。經(jīng)過理論推導(dǎo)和試驗，得出能夠防制動尖叫的制動塊必須具有以下這些特性：經(jīng)過特別設(shè)計的外形尺寸(短、寬和厚)盡可能高的彈性模量以及盡可能高的制動鉗剛度。
在進(jìn)行理論研究的同時，國內(nèi)外學(xué)者還進(jìn)行了大量的試驗：成功的研究實例有1980年的Felska抑制鼓式制動器噪聲的解決方案(該方案通過增加底板剛度，制動尖叫被成功抑制)?，F(xiàn)在的試驗方法和原理已逐漸趨于成熟，并與理論研究結(jié)果具有很好的一致性。
因此，理論研究和試驗研究，都是解決制動器的振動與噪聲的重要方法。迄今為止，人們已經(jīng)把全息照相、激光多普勒分析、有限元分析以及試驗?zāi)B(tài)技術(shù)等引入到制動器的振動和噪聲研究中，并取得了一定的成果。
2行車制動器嗓聲的研究趨勢
盡管對行車制動器噪聲問題的研究己經(jīng)有幾十年的歷史，但由于問題本身的復(fù)雜性以及技術(shù)手段的局限性，該問題并沒有得到有效的解決。從聲學(xué)系統(tǒng)角度分析， 由于結(jié)構(gòu)噪聲來源于結(jié)構(gòu)的振動，控制結(jié)構(gòu)噪聲的根本在于控制結(jié)構(gòu)的振動，具體的研究可以從以下兩個方面進(jìn)行：
一種是從噪聲源上進(jìn)行控制， 即有源控制技術(shù)。制動噪聲控制是對其輻射噪聲的控制而不是空間噪聲控制，因此有源消聲不盡合適。另一種是從傳播途徑上進(jìn)行控制，即無源控制技術(shù)。包括消聲、隔聲、隔振、阻尼減振等。其中，阻尼減振主要是利用阻尼材料高損耗因子使物體振動能量轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而達(dá)到降低結(jié)構(gòu)噪聲輻射的目的。利用薄膜阻尼結(jié)構(gòu)，即通過增加一定的阻尼板料和阻尼材料等環(huán)節(jié)后，使制動塊等直接影響噪聲產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)因薄膜阻尼而大大增加振動能量的損耗，從而達(dá)到降噪目的。另外在制動器減振降噪方面，攝積極有效的控制辦法是通過改善制動器本身的結(jié)構(gòu)、材料和參數(shù)等等，來設(shè)法降低噪聲源的本體噪聲，即聲源降噪。
隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)在噪聲與振動控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在這方面，我國與發(fā)達(dá)國家的差距很大：其一，利用計算機(jī)建立噪聲源數(shù)據(jù)庫和環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)庫，國外己有相當(dāng)大的進(jìn)展，國內(nèi)正在起步：其二，噪聲預(yù)測和評價，國外7O年代開始就利用計算機(jī)對城市道路交通噪聲和飛機(jī)噪聲進(jìn)行預(yù)測，8 0年代又開始了工業(yè)噪聲預(yù)測。其三，噪聲控制工程和噪聲控制產(chǎn)品的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)，發(fā)達(dá)國家己有較為成熟的計算機(jī)軟件系統(tǒng)。由于受財力、物力和技術(shù)水平的限制，國內(nèi)在應(yīng)用計算機(jī)于噪聲控制技術(shù)及產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計等方面才剛剛起步。
綜上所述，國內(nèi)對制動器振動噪聲的研究主要還是基于試驗方法，通過試驗確定系統(tǒng)的動態(tài)特性和噪聲輻射體，最后再分析論證噪聲產(chǎn)生的原因，并在該基礎(chǔ)上采取降噪措施。這種做法提高了費用，延長開發(fā)時間，效率較低。今后的研究方向是通過計算機(jī)，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)、有限元方法、邊界元法、多體系統(tǒng)動力學(xué)理論等方法來提高設(shè)計分析能力，縮短了新產(chǎn)品的研制開發(fā)時間、節(jié)省研制開發(fā)成本和進(jìn)行大量試驗所需的費用，從而提高產(chǎn)品的市場競爭能力。
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