当前汽车广泛采用盘式和鼓式制动器来实现停车和减速，如果制动器设计不合理、摩擦材料老化或制动工况的改变，会使制动时产起强烈的振动，并伴随噪声。高频制动噪声往往非常刺耳，通常高达 110db，为城市主要噪声污染源之一;而低频振动往往恶化汽车制动平稳性;制动振动噪声还会影响乘员的舒适性，降低零件的寿命，严重时会造成承载零件的早期破损。
制动噪声的机理解释可大致分为两类:自激振动和“热点(hot spot)”理论。所谓的自激振动就是认为制动噪声源于制动器的振动。自激振动是大多数研究者研究制动噪声的突破点，最初的研究很自然地从摩擦副入手，认为摩擦副的本身特性是引起制动振动噪声的根本原因。
一般摩擦系数有两个特征:静摩擦系数大于动摩擦系数;摩擦系数在一定区间随相对滑动速度的增大而减小。前者可能导致系统出现粘滑(stickslip)现象而后者则导致系统的负阻尼效应，当系统本身的阻尼不太大时，系统振动可能发散，引起振动噪声。热点(hot spot)理论认为制动盘表面在制动过程中产生热点导致振动噪声。kreitlow通过试验发现judder 频率与车辆速度和热点数目相关。abdelhamid 进一步说明 cold iudder 由盘厚度变化引起，而 hot juddel由热点引起。对与盘式制动器结构相近的理论模型进行分析计算，可得出对应不同阶次热点分布的临界车速，即不稳定车速。
盘式制动器的有限元分析模型
首先通过 ug 建立盘式制动器的三维模型(如图1)。然后在 hypermesh 中导入 ug 模型，利用 hy-permesh 对模型划分网格。摩擦块和制动盘模型分别使用cd6和c3d8i来生成网格单元。单元采用的六面体单元，六面体单元更容易实现壁面处的正交性原则，因而计算精度较高，模型总的单元数为 27481，节点数为 164960。(如图2)。
图1 盘式制动器 cad 模型
图2 盘式制动器网格模型
制动噪声 abaqus 分析方法
1)载荷
此制动器为滑动钳式制动器，所以制动钳沿制动盘的法向方向平行移动。制动时，在制动液压力的作用下活塞推动制动衬块压靠到制动盘的表面;同时，油缸底部的压力也使得壳体沿着导向销与活塞做反方向的运动，直到两侧制动块受力相等，由于施加在制动盘上的力是方向相反，大小相等的，所以制动盘不会发生形变!。液压制动的工作压力在 10~12mpa。假定制动衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处的单位压力分布均匀。如图3所示，f1，f2，f3，f4分别为作用在制动衬块上的力，且大小相等，其大小可由活塞的工作压力与活塞的面积求得，活塞的直径为57毫米，内径为 46 毫米，制动时的工作压力为p，推力计算公式为：
f1= pxπx57°/4
可以求出制动时大小为 2500n。
2)约束
制动盘与轮毂为螺栓联结，所以在制动盘螺孔内外分别约束其 x、y、z三个方向上的自由度，制动器作用时摩擦片是由活塞推动前后移动的，所以约束摩擦片支撑板两端 x、y方向上的自由度。
3) 接触制动盘和摩擦片为面接触，定义制动盘与摩擦片接触的面为主动表面，摩擦片上与制动盘接触的面为从属表面。根据制动盘的工作以及摩擦片的特性设定摩擦系数为0.3.
4)运动
在此次分析中定义制动盘制动过程中转速由5.0rad/s降到 1.0rad/s。
4 分析计算及数据处理
在 abaqus有限元软件中进行计算，得到制动器的在各个方向上的位移变化以及应力(misses)分布随时间的变化。提取模型的前 10阶模态，图5、图6和图7分别为模型的第6和第8阶振型图，图中可以出在模态为6，7，8阶的时候整个模型出现了不稳定的状态。
图5 第6阶模态振型
图6 第7阶模态振型
图7 第8阶模态振型
在 abaqus输出的 data文件中，得到不同模态下的频率和阻尼比的数据，如表1和表2所示。
表1 摩擦系数为 0.3时不同模态的数据
表2 摩擦系数为 0.5时不同模态的数据
根据不同模态下的频率和阻尼比的数据!，可以绘制出摩擦系数为0.3和0.5的时频率和阻尼比的曲线图，如图8和图9所示。
图8和图9中显示阻尼比和频率的曲线关系，其中阻尼比为负值代表的是不稳定的模态，在摩擦系数分别为0.3和0.5的时，系统出现不稳定状态都发生在 2000khz，阻尼比分别是一0.01382和一0.02348。经过分析可以得到摩擦系数的大小在此制动系统中，不对制动工作时产生的噪声起决定性的作用。在减小噪声的方面提出以下改进建议:
图8 摩擦系数0.3时阻尼比和频率的关系曲线
摩擦系数 0.5时阻尼比和频率的关系曲线图
1)在选择摩擦材料是应选择低噪声的摩阻复合材料来防止发生共振的产生。
2)在选择摩擦材料是同时要选择材料均匀，防止材料磨损不均匀，造成局部过硬，制动时硬点和制动盘摩擦发出响声。
3)在制造制动盘时应保证其工作表面的跳度，一般要求的跳度是0.06mm。
4)在选择制动活塞防尘套的材料时，应选择硬度合适的材料保证在制动过后活塞的回位，制动块与制动盘之间要保持 0.1mm到0.15mm的间隙。
同样在平时使用过程中也应该关注制动噪声的发生，检查摩擦片的磨损情况，重修制动盘表面，更换卡钳金属构件等方法在发生制动噪声后及时的进行处理。
资料来源：达索系统
