0 引言

制动抖动是车辆在制动工况下，于方向盘、车身或制动踏板等部位产生的高频振动现象，制动抖动不仅影响驾驶舒适性，还可能导致制动效能下降、零部件磨损加剧，甚至影响行车安全。伴随汽车工业向智能化、电动化快速演进以及消费者对车辆品质要求的全面提升，制动抖动问题已成为行业重点攻关课题。近年来，国内外学者对制动抖动现象进行了广泛研究，主要集中在振动机理、影响因素和解决方案等方面。当前研究面临的核心挑战在于，其多系统耦合特性及复杂作用机制仍存在诸多研究难点，亟待通过多学科交叉研究与创新性解决方案实现突破性进展。

汽车制动抖动通常发生在车辆高速行驶时的制动工况，振动频率范围一般在50～500Hz之间。制动抖动不仅影响驾驶舒适性，还可能导致制动效能下降、零部件磨损加剧，甚至影响行车安全。根据振动形态与传递路径差异，制动抖动可分为方向盘横向振动模态、车身纵向振动模态和制动踏板高频微振模态等类型。其中，方向盘抖动是最常见的一种，主要表现为方向盘在制动时出现显著横向摆动。车身抖动则表现为整个车身的振动，多发生在高速制动工况。制动踏板抖动则表现为驾驶员脚部感受到高频振动。这些抖动现象往往相互关联，可能同时出现或相互转化。

本文基于振源制动抖动不仅影响驾驶舒适性，还可能导致制动效能下降、零部件磨损加剧，甚至影响行车安全。传递路径双维度分析框架，系统分析了汽车制动抖动的产生机理和传递路径。通过识别主要振源和关键传播路径，为制定有效的减振措施提供理论依据。研究结果对于提高汽车制动系统的性能和改善整车NVH特性具有重要意义。

1 试验方法

摩擦片配方体系不变。配方A采用平均粒径10.8μm的硬质硅酸锆磨料、平均粒径11μm的导热石墨和3%含量的二硫化钼；配方B采用平均粒径7.5μm的硬质硅酸锆磨料、平均粒径15μm的导热石墨和5%含量的二硫化钼。摩擦片采用热压法制得，模具加热温度为150℃，成型压力为680MPa，成型后在250℃下保温180min进行固化。

制动器力矩随温度变化的波动值采用Link3900噪声台架测得。使用Adams软件分析控制臂衬套阻尼角及刚度对车辆前悬架抖动的影响。车辆实际抖动参数采用LMS Test.Lab振动噪声试验平台测得。通过调整控制臂衬套刚度及阻尼角参数，对比同一车型刚度与阻尼角数值变化对座椅导轨和方向盘抖动强度以及控制臂衬套隔振强度的影响。分别采用尺寸为60mm和73mm的橡胶衬套来调整控制臂衬套的刚度和阻尼角。

2 分析与优化

2.1 汽车制动抖动现象分析

根据制动抖动发生时制动器的温度分布，制动抖动可分为冷态抖动与热态抖动。

2.1.1 冷态抖动的触发逻辑

（1）初始诱因：制动盘初始径向跳动过大、安装面跳动值超标、轮胎动平衡异常、制动盘锈蚀等。

（2）中间过程：引发制动压力波动（Brake Pressure Variation,BPV）与制动扭矩波动（Brake Torque Variation,BTV）→衬块磨损→制动盘厚度偏差（Disc Thickness Variation,DTV）增大。

（3）触发条件：制动压力＜3MPa、振动频率＜100Hz、轻至中度制动；

（4）结果：冷态抖动发生。

在制动系统动态性能研究领域，冷态抖动与制动盘厚度偏差（DTV）参数之间存在精确关联，这一关联的揭示为制动系统NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能的前期优化提供了核心依据。冷态抖动产生的主要原因为安装径向跳动（或其他因素）导致DTV增大，这种几何精度的劣化会在制动初始阶段引发周期性的制动力波动，最终触发冷态抖动现象。而冷态抖动一旦发生，制动盘面与衬块的接触区域会形成非均匀的应力分布，进而引发局部异常磨损，这种磨损又会反向加剧DTV偏差，形成“偏差-振动-磨损”的恶性循环。

2.1.2 热态抖动的触发逻辑

（1）初始诱因：高速行驶中长时间中度制动（车辆未完全停下，如车速从120km/h降至60km/h）。

（2）中间过程：制动盘温度分布不均→产生“热点”（hot spots）→制动盘热膨胀不均→盘面出现正弦波状翘曲。

（3）触发条件：制动衬块与盘面翘曲峰值接触。

（4）结果：热态抖动发生（振动剧烈且传递至驾驶端）。热态抖动中的热点主要出现在制动盘表面局部高温集中区域，并交替分布于盘面两侧。热态抖动的核心诱因在于制动盘热管理系统的设计缺陷。通过热成像仪实时捕捉制动盘表面温度分布，可清晰观察热点的数量、位置、大小及扩展趋势。根据热点数据，利用拓扑优化与参数化设计技术，可对制动盘进行针对性结构调整，改善热态抖动现象。

2.2 制动抖动振源分析

制动抖动的振源主要来自制动系统本身，其中制动盘厚度偏差、摩擦系数波动和制动压力波动是三个主要因素。

制动盘厚度偏差是引起制动抖动的最主要原因之一。在制动过程中，由于热应力引起的瞬态变形、机械应力导致的偏磨以及材料微观缺陷放大效应等因素，制动盘可能出现厚度不均匀现象，这种不均匀性会导致制动力的周期性变化，从而产生振动。

摩擦系数波动是另一个重要振源。制动过程中，摩擦材料的特性、温度和压力等因素都会影响摩擦系数的稳定性。摩擦系数的波动会导致制动力矩的不稳定，进而引发振动。此外，制动压力波动也是不可忽视的振源。制动液压系统中的压力波动可能由制动主缸、助力器或ABS的工作特性引起，这些压力波动会传递到制动器，导致制动力矩波动和制动抖动。

2.3 制动抖动传递路径分析

制动抖动通过多个路径在车辆中传播，主要包括制动系统、悬架系统和转向系统。涉及制动抖动传递路径的零部件及具体因素如表1所示。

在制动系统中，振动由制动器产生，通过制动钳、支架等部件传递到转向节和悬架系统。制动系统的刚度和阻尼特性对振动的传递有重要影响。

悬架系统是振动传递的主要路径之一。振动通过悬架臂、减振器等部件传递到车身，引起车身振动。悬架系统的几何参数和弹性元件的特性会影响振动的传递和放大。

转向系统是方向盘抖动的核心传递路径，振动通过转向拉杆、转向器等部件传递，使驾驶员感知到显著振动。转向系统的刚度和间隙对振动传递具有决定性影响，各传递路径的协同作用共同决定了制动抖动在车辆行驶中的表现形式与严重程度。

如图1所示的制动抖动传递路径分析，所有传递路径最终的呈现形式为制动力矩波动：

式中，T为制动力矩（N·m）；∆T为制动力矩波动值（N·m）；F_n为制动力（N）；μ为摩擦系数；r_eff为有效制动半径（mm）；A_n为第n次振幅谐波；φ为相位角（rad）。

图1 制动抖动传递路径分析

根据制动力矩波动方程，制动力、摩擦片与制动盘之间的摩擦系数以及有效制动半径等都是影响制动抖动的关键参数，且抖动呈现正弦波周期性变化。优化摩擦系数稳定性与相位角是减小振动幅度的有效途径。

2.4 制动抖动控制措施

针对制动抖动的振源和传递路径，可以采取多种控制措施。在振源控制方面，主要从以下几个方面进行优化:(1)摩擦片配方优化。摩擦材料中的硬质磨料(莫氏硬度≥5)、导热性润滑剂、层状结构填料等均是影响摩擦系数稳定性的重要参数。摩擦系数稳定性的改善可有效降低制动力矩的波动，从而抑制制动抖动的产生，具体改善方向、计划和机制如表2所示。表2

图2为采用不同配方摩擦片制动器随时间变化的BTV值。采用上述3个改善方案，对比原配方A和改善配方B，在相同条件下测试所得的最大制动力矩波动BTV从原始的69.2N·m降低至34N·m，降低幅度达到51%，说明降低磨料粒度、增加润滑剂含量和填料含量能有效稳定制动力矩值。

图2 不同配方摩擦片制动器随时间变化的BTV值

（2）制动盘DTV优化。采用高精度磨床，降低心轴跳动，将制动盘DTV设计参数从8μm优化降低到6μm。

（3）制动盘端面跳动(Sideface Run-Out,SRO)优化。制动盘采用久美特防腐工艺，抑制制动盘与轮毂法兰以及车辆贴合面处生锈，减小SRO，有效遏制制动抖动。

（4）高速DTV增长优化。制动卡钳采用镀锌镍工艺，锌镍涂层能够有效降低零件回位阻力，提高摩擦片在卡钳T形槽中的回位响应速度，减小高速行驶时踩下制动踏板后松开，因摩擦片回位时间长导致盘片接触增加而引起的制动盘DTV增长。

（5）控制臂后衬套刚度及阻尼角优化。如图3所示，在Adams中建立某车型前悬架模型，在轮心施加反相位的纵向激励F，激励频率范围5～20Hz，加载时间长度为15s，则纵向激励力为：

式中，m为不平衡质量（kg）；w为频率（Hz）；R为轮辋半径（mm）。

图3 前悬架模型及轮心纵向激励示意

激励力矩波形图如图4所示，通过在左右两车轮轮心处加载相反方向激励，且力矩强度随加载时间延长逐渐增加，采集模型随激励加载时的加速度，根据加速度绝对值侧面反映抖动强度高低。

图4 左右两车轮轮心处加载激励力矩波形

控制臂后衬套优化前后刚度及阻尼角参数如表3所示。悬架模型随激励加载时的加速度波形图如图5所示，优化控制臂后衬套刚度及阻尼角能有效抑制加载时间5～7.5s之间的加速度陡增，说明振动幅度减小。

图5 悬架模型随激励加载时的加速度波形

为验证仿真结论，对某车型前控制臂衬套刚度及阻尼进行优化（X向刚度增加，阻尼角增大）。通过增加橡胶衬套尺寸的方式增加阻尼角。刚度及阻尼角优化参数参照表3，衬套X方向刚度与阻尼角均增加。

前控制臂后衬套优化前后整车高速行驶抖动测试结果如图6所示。优化前，车辆在130km/h以上车速行驶时，座椅导轨与方向盘在X、Y和Z三个方向上存在14～20Hz的抖动，且抖动强度值较高。优化后，车辆在130km/h以上车速行驶时，座椅导轨与方向盘在X、Y和Z三个方向上的抖动强度均有所改善，尤其在座椅导轨的X、Y方向，方向盘的X、Z方向上抖动强度下降幅度更高，均控制在3mm/s以内。

图6 前控制臂后衬套优化前后整车高速行驶抖动强度测试结果

控制臂衬套优化前后隔振性能对比如图7所示，优化前X、Y和Z三个方向上振动强度峰值集中于16Hz频段，优化后该频段振动强度显著降低，且振动方向呈现反向趋势，说明隔振性能大幅提升。结合图6与图7分析，通过对前控制臂后衬套刚度及阻尼参数的精调优化，能够显著降低整车的抖动敏感性，制动盘DTV敏感性由12μm提升至15μm，高效改善了车辆制动抖动问题。

图7 控制臂衬套优化前后隔振性能对比

3 结语

本研究从振源和传递路径两个角度构建了双维度耦合分析模型，系统解析了汽车制动抖动现象。研究发现，制动抖动源于摩擦系数波动、制动盘厚度变化和端面跳动等多个振源的共同作用，并通过制动系统、悬架系统和转向系统的复杂传递路径被放大。基于此，本研究提出了包括优化摩擦材料配方、超精密加工工艺（制动盘DTV从8μm降低到6μm）、制动系统结构优化、悬架参数动态调校以及转向刚度强化在内的协同控制措施。实车验证显示，制动抖动能量显著下降，X和Z方向上方向盘振动强度控制在3mm/s以内。未来研究将聚焦智能材料与自适应控制算法的融合应用，为彻底解决制动抖动提供新路径。

参考文献

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