汽车刹车异响的主要原因及解决办法

摘 要:随着社会的快速发展和人们生活水平的提高,乘用车成为很多家庭和个人的主要交通工具。在日常的驾驶和乘车过程中,汽车使用的终端客户有了越来越高的要求,除了安全性、稳定性,还有舒适性的要求。舒适性包括操作方便、空间宽松、减震效果好和噪音低等。在汽车密闭的内部空间中,驾乘人员对噪音问题更加敏感。统计资料表明,城市噪声的70%源于交通工具产生的噪声,而交通噪声主要源于汽车噪声。它不仅能引起人体的生理改变和损伤,而且能对人的心理、生活和工作产生不利影响。降低汽车噪声不仅关系使用者的驾乘舒适性,而且关系城市环境保护,也关系汽车的耐久性和安全性。基于此,文章就汽车刹车异响的主要原因及解决办法展开了论述。

随着社会的进步和发展,汽车成为最普遍的交通工具。特别是家用小汽车的社会拥有量越来越大,加上汽车的品牌也越来越多,有进口的、合资的和国产的,型号更是数不胜数,用户对汽车的动力性能、安全性能等也越来越重视。从各大汽车厂商得到的客户抱怨上看,刹车异响的问题最为广泛。寻求减少和消除汽车刹车异响的途径和方法,越来越成为汽车制动卡钳厂家重点关注的问题。

1 刹车异响问题概述

刹车异响是汽车在正常行驶过程中,需要靠边停车或等红绿灯时将汽车停下,在踩刹车的一瞬间发出不正常的声音。通常刹车异响大致分为下面几种。

1)制动系统散热不良,造成制动盘、摩擦片等相关零件,特别是摩擦材料温度过高,形成硬点造成对制动盘的划声,制动时出现刺耳的噪音。

2)制动时摩擦片与制动盘接触,但摩擦片接触不均匀,造成刹车摩擦片与制动盘接触振动噪音。

3)制动卡钳摩擦片的摩擦材料的使用不当。

2 刹车异响问题的原因

2.1 制动系统散热不良,跟制动盘、摩擦片的设计及使用习惯有关

汽车在刹车过程中,特别是连续制动过程中,会产生很高的温度,造成表面氧化过硬,形成硬点,刹车时硬点与制动盘摩擦,出现刺耳的噪音。产品的设计就要避免散热不良和拖滞力偏大的因素。散热不良,是很多制动产品存在的问题,设计人员在设计上做了一系列的改进。制动盘一般分为实心盘(单片盘)和风道盘(双片盘)。实心盘式比较容易理解,就是实心的;风道盘具有透风功效[1-2]。从外表看,它在圆周上有许多通向圆心的洞空,称为风道。汽车在行使中通过风道处空气流动,达到散热的目的,比实心式散热效果要好许多(见图1)。

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图1 风道盘

有一种打孔划线盘,其刹车性能及散热有一定提高,但对摩擦片有较大磨损。同时制动盘在制造过程中有一项动平衡测试,对制动盘来说,这是一个很重要的测试项目,包括孔的间距及大小分布等,因为多钻一个孔,该处的强度就弱几分,动平衡也就会有问题。一般在专业赛车上会有这样的设计,普通车上一般是不要这个设计的(见图2)。

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图2 打孔划线盘

制动钳的设计方面,摩擦片是最为关键的零件。摩擦片也叫刹车片。在汽车的刹车系统中,摩擦片是易损件,但也是最关键的安全件。摩擦车片一般由钢板、消音片和摩擦块构成,钢板要经过涂装来防锈,其中消音片是由橡胶层、钢片组成,目的是调整振动阻尼,达到消除噪音的效果。摩擦块由摩擦材料、粘合剂组成,刹车时被挤压在刹车盘或刹车鼓上产生摩擦力,阻止轮毂转动,从而达到车辆减速或刹车的目的。由于摩擦作用,摩擦材料会逐渐被磨损,并在磨损过程中产生大量的热量,在制动钳的功能设计上,有一个功能就是刹车松开后,摩擦片应该与制动盘分离,能否分离就取决于摩擦片在制动卡钳上的滑动力和制动卡钳上的活塞的回位距离。回位距离越大,摩擦片在制动钳上的滑动阻力越小,摩擦片与制动盘之间的拖滞力越小,在正常行驶的过程中产生的热量就越小,刹车后摩擦片与制动盘之间有足够的空间用于散热[3-4]

有两种坏习惯最容易造成摩擦片磨损和产生高温,即紧急刹车和轻带制动刹车行走,很容易造成表面氧化过硬,形成硬点,刹车时硬点与制动盘在制动液800-2200PSI的压力下摩擦,就会出现刺耳的噪音。

2.2 摩擦片与制动盘接触不均匀

汽车每个车轮制动钳是浮动式的,摩擦片由内、外侧两片组成,由一个支架通过2个导向销与制动缸体相连,踩刹车时内外摩擦片抱住制动盘,松开刹车时,它的自动回位是靠矩形油密封圈拉回的,内外摩擦片沿支架向两侧移动,离开制动盘。导向销由橡胶密封套密封,但如果进水或缺少润滑时,导向销不能自由在支架上滑动,刹车后的外侧片不能离开制动盘,既磨损刹车片,又磨损刹车盘,久而久之,该片损坏非常严重,而其他片还很好,汽车在正常行驶过程中,磨损严重的摩擦片距离制动盘最远,这样在刹车的一瞬间,磨损严重的摩擦片就会与制动盘产生碰撞,产生异响;检查导向销的磨损情况,拆下清洗并加入定量润滑脂,可以减少摩擦片的偏磨的情况,避免噪音的产生。

很多车主发现,刚洗完的车在行驶过程中,前面几次在刹车时有“吱吱”的异响声,这就是由于刹车盘刚使用后很热,遇到水后快速收缩,造成表面平面度超差,在和摩擦片摩擦时发出异响。这种情况实际上对制动距离和效果也是有一定的影响的,使用刚洗完车后不要开车太快。等水跑干之后异响就会消失,制动力基本上也并不会受到什么影响了[1]。此外,早晨刚用车时,特别是冬天的早上,也有时会有这个现象。这些都是因为制动盘与摩擦片接触时,摩擦片与制动盘片接触不均匀,造成摩擦片与制动盘接触产生的制动噪音。当然,也存在由于制动盘的材料使用不当或变形,动平衡不合格,动摩擦片的硬度、孔隙率、摩擦特性和压缩特性不合格,制动摩擦片配方中的金属丝太硬等原因引起的噪声或尖叫。

2.3 制动卡钳摩擦片的摩擦材料的使用不当

制动卡钳摩擦片的摩擦材料的使用非常讲究,制动钳的设计和生产厂家在与整车配套制动钳时,需要进行制动系统的分析和研究,根据整车的工况要求选用合适的摩擦材料,并且通过大量的实验来验证制动效果。

摩擦片是制动卡钳上的关键性和安全性部件。摩擦片上的摩擦材料的最主要功能是通过摩擦来消耗汽车的动能,所以对摩擦材料的要求特别讲究,不仅具有配比的摩擦系数和耐磨性能,同时必须具有一定的耐热性和机械强度,才能满足车辆制动的性能要求。常规的摩擦材料是一种高分子三元复合材料,是物理与化学反应的复合体。它是由高分子粘结剂(目前主要是酚醛树脂)、增强纤维和摩擦性能调节剂三大类组成及其他配合剂构成,并且需要通过原料混合、热压成型和热处理等一系列生产加工工艺才能制成的摩擦块半成品,然后还要经过与摩擦背板和消音片的粘接,最终加工成成品[2]

在摩擦材料发展简史上,因为耐热性好,散热性、柔软性和浸渍性也很好,天然的矿物纤维——石棉成为摩擦材料中的基础材料,通过浆液凝固在石棉纤维上,形成了最初级的摩擦片。其实当时这种摩擦片也是可以满足使用的,但随着车辆制造技术的发展,车速在提高,载重量也在增加,车辆在制动过程中产生的高温超过了第一代摩擦材料的承受能力。在车辆专家们的研究下发现,沥青在固体形式下是一种常用于防水的粘性材料,粘度是水的2300亿倍,固体状态下可以抗击锤子的敲打而不变形,沥青很快就取代了橡胶,而成为摩擦材料中主要的粘结剂材料。20世纪20年代,酚醛树脂开始工业化使用,不仅价格低于一般的合成树脂,而且耐热特性明显高于橡胶,石棉-酚醛性的摩擦材料被世界各国广泛使用。

20世纪60年代,人们逐渐认识到石棉对人体健康有一定的危险性。人如果长期在有微细的石棉纤维的环境中工作,会吸入肺部,容易诱发尘肺病等一类的疾病,其也是一种致癌物质。因此科学技术人员开始研究和寻找能取代石棉的其他纤维材料来制造摩擦材料,即现在所说的无石棉摩擦材料或非石棉摩擦材料。目前市场上常见的无石棉摩擦材料是半金属摩擦材料、低金属摩擦材料、陶瓷摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和碳纤维摩擦材料[3-4]。半金属摩擦材料的配方中含有钢纤维,还原铁粉和泡沫铁粉,所以具有耐磨、耐高温、热传导性能好等优点,适合汽车的高速要求和载重要求,但容易生锈,容易产生制动噪音。后来随着技术发展,人们发现在摩擦材料中使用二种以上的无机纤维或少量的有机纤维,降低金属的含量这种新型的摩擦材料,不仅可以克服金属的高比重,而且克服了容易生锈、容易产生制动噪音的弊端。目前,低金属型的摩擦材料已经广泛使用;20世纪初,随汽车工业飞速发展,汽车的功能在不断提高,动力在增加,客户对制动性能要求越来越高。材料方面的专家开始研发NAO材料(陶瓷型摩擦材料),粉末冶金摩擦材料和碳纤维摩擦材料都取得了很大的进展,并运用于飞机、重型汽车和大型机械的制动,因其造价昂贵,推广使用受到很大的限制。无石棉摩擦材料符合国家环保要求,有益于人们的身体健康。低金属摩擦材料的使用可降低制品密度,有利于减少制动盘(鼓)时损伤,降低甚至消除制动产生的噪音。企业在生产制造过程中,要遵守国家法律法规,制造符合标准的环保的摩擦材料。

在车辆行驶中,为了给客户提供安全舒适的环境,为了减轻和降低汽车制动噪音对周围环境的影响,特别是对城市环境造成噪声污染,汽车制动产品的制造商必须优先选择摩擦性能良好的无噪音或低噪音摩擦片用于自己的产品,再用于新的汽车的使用,改善汽车的制动噪音这项重要的性能指标。企业应该加大对摩擦材料的研发投入,通过改变材料配方和制造工艺,减少硬质原料的使用,避免工作表面在高温下形成碳化层,根据汽车制动系统的需要,适当控制摩擦系数,尽量不要过高;摩擦片的背板后面还有一块消音片,目前常用的有胶片、铁片、不锈钢片等各种材料,在与客户新车配比中,通过噪音配比实验的验证,选择适合每个车型的摩擦片的消音片。以上措施均有利于减少与消除噪音,提高客户驾乘的舒适度,同时保护人们的生活环境。

3 解决方法

1)一旦发现汽车在行驶过程中有异响发生,必须尽快到专业汽车修理工厂进行检查,防止问题进一步恶化,降低行车安全风险。

2)保持一个良好的驾车习惯。能量是守恒的,刹车的过程实质上是一种能量转化的过程,制动意味着能量的消耗,而急刹车消耗的能量更多,产生的热量更大。而产生的大量热能不仅会产生制动异响,更会影响刹车效果。目前京西重工(上海)有限公司正在研发的新能源汽车制动能量回收-ESC系统,会连续制动,回收制动热能,降低制动温度,提高制动效果。

3)汽车的刹车摩擦片是重要的安全部件,使用寿命2.5~3.5万km,要在每次保养时进行定期检查,如需更换新片时,不能使用劣质摩擦片,有些用户自行到路边小厂更换前刹车摩擦片,虽然摩擦片价格低一些,但因是劣质产品,很快就超过磨损极限。因此必须使用原厂备件,不仅可以保证行驶中的安全,而且可以减少摩擦片与制动盘的不对称磨损造成异响。

 

作者:朱春传

京西重工(上海)有限公司

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