NVH工程案例6：纯电动商用车制动抖动问题解决方案
制动抖动问题作为汽车最常见的NVH问题之一，对汽车的驾乘舒适性有较大影响，过于严重的制动抖动还会影响驾驶者对车辆的操控，为驾驶安全带来隐患。传递路径分析方法作为汽车NVH领域的重要技术手段，能够有效评估各子系统对整车NVH性能的作用，帮助工程师在问题诊断和方案验证时更加高效快捷。本文针对纯电商用车在制动时驾驶室和制动踏板异常抖动的问题，采用传递路径分析方法确定问题根源，通过对制动缸压力波动调节、车架结构优化等措施，使制动抖动问题得到明显改进。
1、问题描述
试验样车在空载和满载态下，当车速处于60km/h～80km/h区间时，半踩制动踏板，驾驶室存在明显的制动抖动现象，严重影响驾驶舒适性和安全性。针对该问题，基于“激励源-传递路径-响应”的分析思路，对驾驶室座椅导轨、轮毂轴头、车架进行振动测试。测试工况为90km/h制动到9km/h，数据结果colormap如下图1所示。
图1 测试结果colormap
从主驾座椅振动的colormap上可以看到， 90-50km/h制动过程中振动频率从20Hz下降到12Hz，随车速变化。同时由此时的车速计算出此时的轮速，制动时驾驶室抖动表现与轮胎转速的2阶对应。同时车轮轮毂轴头和车架都存在14Hz、18Hz附近的共振带，传递到驾驶室的振动经过共振频带区域后，使得驾驶室的振动更加剧烈。
2、问题分析
通过上面测试数据的初步排查，经过“激励源—路径—响应”模型分析后，驾驶室座椅抖动是由于制动时制动鼓产生的抖动，由轮系经悬架、车架、驾驶室悬置传递至驾驶室座椅，从而驾驶员感受到异常抖动。
图2 “激励源—路径—响应”模型
对本次制动抖动问题的源头即制动鼓抖动问题进行分析，引起抖动的主要原因有制动液压力波动、制动鼓的圆柱度、制动缸内表面径向跳动量、轮毂安装平面度，以及轮毂径向跳动量等。通过测试排查发现制动液压力波动影响最大。此外，激励频率与车架模态耦合、驾驶室悬置隔振率不足也是引起制动抖动问题的重要因素。
2.1 制动缸液压力波动分析
制动鼓的制动原理示意图如图3所示。
图3制动鼓制动原理图
当驾驶员踩下制动踏板时，通过一系列的机械和液压传动，最终使得制动鼓内的制动蹄与随车轮旋转的制动鼓内壁发生摩擦，从而产生制动力，使车辆减速或停止。当制动鼓圆柱度、径向跳动量超出合理范围时，制动鼓就会出现一定频率的跳动，从而反向带动制动轮缸以及制动踏板和驾驶室地板抖动。对车辆左前、左后、右前、右后四个制动缸进行压力波动测试。图4为左前制动缸压力波动结果。80km/h、70km/h、50km/h的压力波动测试数据如表1所示。
图4 左前制动缸压力波动
表1 不同车速下制动鼓压力波动
实车道路测试在90km/h减速至10km/h中度制动过程中，制动缸的压力波动明显，波动频率对应轮胎转频的2阶，从20Hz逐渐下降到12Hz，与驾驶室抖动问题频率对应，压力波动幅值最小在18.7%，最大达到50%，波动剧烈，由于波动频率与车速相关且制动踏板抖动，说明制动鼓及轮系是引起制动液压力波动的直接原因。
2.2 车架模态分析
采用激振器法对车架模态测试分析，得到车架一阶弯曲模态频率为14.6Hz，一阶扭转模态频率为18.2Hz。
图5 模态测试及振型结果
车架弯曲和扭转模态与制动过程中车速80-70km/h和60-50km/h对应的轮速2阶激励频率耦合，放大振动，使得驾驶室抖动问题加剧。
3、问题整改
3.1 制动缸液压力波动优化方案
经过测试对比分析，发现对制动鼓的圆柱度，径向跳动量进行参数控制，以及轮毂安装平面度，轮毂径向跳动进行参数控制，对制动鼓压力波动有改善作用。新旧制动鼓的压力波动如表2所示。新制动鼓换装后，制动缸的压力波动幅度降低，尤其左侧70km/h和50km/h时制动压力波动降低幅度达到20%，制动鼓参数的控制水平会影响制动缸压力波动的程度。后续测试分析发现制动鼓及轮毂控制参数中制动鼓径向跳动量对制动压力波动幅度影响最明显，需对制动鼓供应商产品参数进行严格监控。
表2 新旧制动鼓压力波动对比
3.2 车架局部模态优化方案
结合车架空间布置的可行性，对前车架吊耳处上下焊接质量块进行局部模态加强验证，将整车一阶模态弯曲模态仿真结果提升至23.4Hz，实测频响峰值频率为22.04Hz。
图6 加强块焊接位置示意图
此时驾驶室座椅振动测试值由原状态的1.22m/s^2下降到0.85m/s^2，制动抖动问题得到一定程度改善。
3.3 整改效果
针对激励源和传递路径一共做了3组优化方案。方案1，仅在前车架吊耳处上下加强；方案2，在方案1基础上将驾驶室悬置刚度加强到600N/mm；方案3，在方案2的基础上对制动鼓径向跳动0.8mm精控，制动抖动测试结果和主观评价如下表3所示。
表3 制动抖动优化效果
4、结论与建议
通过对车架模态避频、驾驶室悬置刚度选型、制动系相关参数优化，整车制动时座椅振动加速度由原状态1.22m/s2下降到0.58m/s2，下降了52.4%，主观评价得分从5.5分上升到6.5分，优化效果明显，主观感受可以接受。企业在产品开发前期，应针对制动系、车身车架等关键部件进行目标管控，防止产品投放市场后因制动抖动问题引起客户投诉与抱怨。
