專利名稱：制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲抑制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲的裝置和方法。更具體地， 本發明涉及在制動塊襯片中提供位于波傳播峰值區域處或其附近的凹口。
背景技術：
盤式制動器是用于減緩或停止車輪的旋轉，例如汽車車輪的旋轉的裝置。制動盤 (brakerotor)(或制動碟(disc))通常由鑄鐵或陶瓷制成，并連接到車輪或輪軸。 為了停止車輪，形式為制動塊(安裝在稱為制動鉗的裝置中)的摩擦材料以機械方式、 液壓方式、氣壓方式或電磁方式緊壓制動盤的兩側。摩擦力使制動盤和所連接的車輪 減速或停止。
制動襯片由具有較高動摩擦系數的相對軟但堅軔而耐熱的材料組成，且通常使用 耐高溫膠結劑或鉚釘安裝到固體金屬背板上。這樣一個完整的總成(包括襯片和背板) 通常稱為制動塊。
盤式制動器在制動時容易產生不期望的噪聲，這些噪聲以不同方式描述為尖叫聲 (squeal)、啁啾聲(chirp)、轟轟聲(grunt)、制動低頻噪聲(moan)及制動低 頻振顫噪聲(groan)。總的來說，不同的噪聲具有不同的頻率。例如，制動低頻噪 聲發生在約100Hz- 400Hz的頻率下，而尖叫聲發生在約2000Hz及以上的頻率下。在 制動盤旋轉時制動襯片被壓向制動盤，因而會在盤式制動器中產生這些噪聲。制動低 頻噪聲和制動低頻振顫噪聲通常在低于約40mph(英里/小時)的車速下發生。因此， 汽車可能在低速行駛時經歷制動噪聲。該噪聲會造成客戶投訴并產生高額的保修成
本。過去，降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲涉及改變制動塊襯片材料，這樣的 做法復雜且成本高。
發明內容
本發明涉及可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊，該制動塊包 括具有至少一個凹口的制動塊襯片，該至少一個凹口位于制動塊襯片內的至少一個波
傳播峰值區域處或其附近。
本發明還涉及降低制動塊中的制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的方法，該 方法包括提供具有至少一個凹口的制動塊襯片，該至少一個凹口位于制動塊襯片內的 至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
本發明還涉及制造可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊的方法，該方法包括在制動塊襯片中形成至少一個凹口，該至少一個凹口位于制動塊襯片 內的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
本發明可以包括位于制動塊襯片內的每個波傳播峰值區域處的凹口。本發明還包 括延伸穿過制動塊襯片但不延伸穿過背板的凹口。這些凹口可以位于制動塊襯片的頂 部和制動塊襯片的底部。
作為說明書的一部分結合在此的附圖示出了現有技術和本發明，并與說明書一起 用于說明本發明的原理，使本領域技術人員能夠制造和使用本發明。
圖1示出與本發明的制動塊實施例一起使用的盤式制動器總成的正面透視圖; 圖2示出圖l所示盤式制動器總成的背面透視圖；' 圖3示出本發明的制動塊的實施例的頂視圖； 圖4示出圖3所示制動塊的透視圖5示出本發明的制動塊的實施例與現有技術在時域中的速度比較；及 圖6示出困5所示實施例與現有技術在頻域中的速度比較。
具體實施例方式
根據本發明的實施例，在制動塊襯片中提供一個或多個凹口，以阻止襯片內的波. 傳播。在本發明的一個實施例中，僅在制動塊襯片中提供凹口，且凹口不延伸穿過背 板，這可以保持背板的結構完整性。凹口位于制動塊襯片內的波傳播峰值區域處或其 附近。本文中所用的術語"凹口"總體上指其中已去除制動襯片材料的區域，并包括 .小孔或縫隙，且可以不延伸穿過制動塊襯片的整個寬度。
可以使用有限元分析，通過例如現有的建模與動畫技術來確定波傳播峰值區域。 在有限元分析中，使用由多個相互鏈接的離散區域的簡化表示-即，非結構網格(或 柵格)上的有限元-組成的幾何上與物體類似的模型來表示物體。將平衡方程以及應 用物理學考慮應用于每個元，并建立聯立方程組。根據情況，使用線性代數或非線性 數值方法來求解該方程組中的未知值。雖然是一種近似方法，但有限元分析的精度可 通過使用更多的元和節點來細化模型中的網格得到提高。應用于示例制動塊襯片的有 限元分析網格在圖4中示出。
有限元分析的運行撓曲振型(ODS)已知可以顯示結構在運行中或在運行條件下 的振型，在這樣的運行撓曲振型中可以看到，不穩定的制動低頻噪聲和制動低頻振顫 噪聲的聲波沿制動盤的圓周方向快速傳播。可以確定，這樣的波傳播會受到提供用于 阻止能量在特定的頻率上累積的一個或多個凹口干擾。有效的設置凹口的方式取決于 該頻率的ODS振型。如上所述，制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲的頻率通常在100Hz 到400Hz的范圍中。一個或多個凹口的形狀、尺寸及位置可以基于制造上的考慮，以及特定制動塊中 的波傳播峰值區域。可以通過多種制造方法在制動塊襯片中形成一個或多個凹口，包 括模制出凹口或在襯片形成之后從中去除材料以形成凹口 (如，通過切割、沖壓或機 械加工)。在各種汽車中，制動塊的尺寸、形狀及材料通常不同，因此峰值的位置也 會不同。在本發明的一個實施例中，凹口的形狀可以對應于為確定波傳播峰值區域而 應用于制動塊的有限元分析網格中的一個或多個離散元的形狀。在對個別的制動塊設 計進行分析不合乎實際的情況下，也可以基于有限元分析的一般結果近似地得出凹口 的尺寸、形狀及位置。
圖1示出與本發明的制動塊實施例一起使用的盤式制動器總成的正面透視圖及 圖2示出圖1中的盤式制動器的后面透視圖。盤式制動器可以在安裝于制動鉗 (caliper)中的制動塊(brake pad)緊壓制動盤時減緩或停止車輪旋轉。制動盤的設計 可以變化。例如，制動盤可以是實心鑄鐵或為空心并具有連接接觸面的葉片。制動鉗 是其中裝有制動塊和活塞的裝置。制動塊，如本發明所公開的制動塊，可以具有不同 的尺寸、形狀和材料，并安裝在制動鉗內且可以通過活塞移動。制動鉗通常是浮動式 或固定式的。在可相對于制動盤移動的浮動式制動鉗中，制動盤一側的活塞推動內惻 制動塊，直到其與制動面接觸，然后通過外側制動塊拉動制動鉗體，從而向制動盤的 兩側施加壓力。固定式制動鉗向制動盤表面同時應用兩個制動塊。
制動盤和制動鉗通過支架安裝到關節上。該關節也稱為輪緣，通過稱為控制臂的 吊桿連接到車架。通常使用球節或襯套將控制臂連接到關節。系桿(tie Made)和趾 型連接臂(toe link)是將車輪連接到車體的懸掛組件。
控制臂、關節、系桿及趾型連接臂都是汽車懸桂系統的組件。這些組件通過輪胎 將負荷從地面傳遞到汽車結構(車體結構)并保持汽車的機動性。這些組件的設置是 引起制動塊中的制動低頻噪聲的一個因素。
圖3示出本發明的制動塊的實施例的頂視圖；如圖所示，制動塊襯片包括三個凹 口，其中包括位于制動塊襯片頂部的第一凹口及位于制動塊襯片底部的第二和第三凹 口。雖然示出了三個凹口，但本發明可以包括一個或多個位于每個制動塊的波傳播峰 值區域處或其附近的凹口，且可以使用有限元分析，通過現有的建模與動畫技術來確 定這些區域。并不是所有的波傳播峰值區域都必須具有關聯的凹口，然而在每個峰值
區域處提供凹口可以更好地降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲。
在諸如圖3和圖4所示的示例實施例中，制動塊的尺寸約為70mmx40mm。在確
定波傳播峰值區域之后，確定第一凹口的尺寸約為6mmx7,，而第二和第三凹口中
的每個尺寸約為4mmx 6mm。雖然凹口的尺寸一般隨制動塊襯片尺寸的增加而增加，
但這樣的相關性并不是必然的，且優選地可通過研究每個制動塊的波傳播峰值區域來
確定凹口尺寸。
圖3和圖4還示出可用于有限元分析的示例網格(或柵格)。網格創建出多個相亙鏈接的離散區域的簡化表示，可以基于此研究波傳播特性。對這些特性的研究允許 識別波傳播峰值區域，從而確定設置一個或多個凹口的期望位置。在圖3和圖4所示 的實施例中，凹口的形狀對應于網格中的離散元的形狀。
圖5示出本發明的制動塊的實施例與現有技術在時域中的速度比較。x軸表示頻 率，單位為Hz; y軸表示速度，單位為imn/秒。該圖示出具有凹口及不具有凹口的制 動塊表面在模擬的汽車運行期間隨著時間推移在速度振幅上的變化。對圖3和圖4中 示出的示例制動塊在具有凹口和不具有凹口兩種情況下使用如上所述的有限元分析， 以對汽車運行建模，從而得到該圖。如圖所示，不具有凹口的制動塊的速度振幅較大。 峰值處的振幅通常可表示汽車駕駛者會聽到的噪聲量。因此，如圖所示，使用具有位 于波傳播峰值區域處的凹口的制動塊時，即使有此類噪聲，駕駛者也只會聽到較少的 制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲。
圖6示出圖5所示制動塊實施例與現有技術在頻域中的速度比較。x軸表示時間， 單位為秒；y軸表示速度，單位為mm/秒。可以對圖5中的時間域數據使用例如已知 的數值分析方法得到該圖。峰值表示圖3和圖4所示的示例制動塊在具有凹口和不具 有凹口兩種情況下于變化的頻率下的噪聲。如圖所示，對于不具有凹口的制動塊，在 約350Hz處存在噪聲峰值，該頻率對應于制動低頻噪聲的頻率(100Hz- 400Hz)。對 于具有位于振動峰值區域處的凹口的制動塊，在所示的頻率范圍內不存在對應的峰 值。因此，使用具有位于波傳播峰值區域處的凹口的制動塊，可以降低或消除制動低 頻噪聲和制動低頻振顫噪聲。
應理解，本發明總體上包括具有一個或多個凹口的制動塊襯片，該一個或多個凹 口位于制動塊襯片內的一個或多個波傳播峰值區域處或其附近。凹口的數量、尺寸和 形狀可以變化并仍然落在本發明的范圍之內，本發明的范圍由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊，其特征在于，所述制動塊包括具有至少一個凹口的制動塊襯片，所述至少一個凹口位于所述制動塊襯片內的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
2. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，包括位于所述制動塊襯片內的每 個波傳播峰值區域處的凹口。
3. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，所述至少一個凹口延伸穿過所述 制動塊襯片。
4. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，包括所述制動塊襯片所連接到的 背板，所述至少一個凹口不延伸穿過所述背板。
5. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，包括位于所述制動塊襯片頂部的 凹口 。
6. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，包括位于所述制動塊襯片底部的 凹口 。
7. 如權利要求6所述的制動塊，其特征在于，包括兩個位于所述制動塊襯片底 部的凹口。
8. 如權利要求l所述的制動塊，其特征在于，包括位于所述制動塊襯片頂部的 凹口，及位于所述制動塊襯片底部的凹口。
9. 如權利要求8所述的制動塊，其特征在于，包括兩個位于所述制動塊襯片底 部的凹口 。
10. —種降低制動塊中的制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的方法，其特征在于，所述方法包括提供具有至少一個凹口的制動塊襯片，所述至少一個凹口位于所述制動塊襯片內 的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
11. 如權利要求io所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片內的每 個波傳播峰值區域處的至少一個凹口 。
12. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述至少一個凹口延伸穿過所述 制動塊襯片。
13. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片頂部的 凹口 。
14. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片底部的 凹口 。
15. 如權利要求IO所述的方法，其特征在于，提供兩個位于所述制動塊襯片底 部的凹口 。
16. —種制造可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊的方法，其 特征在于，所述方法包括在制動塊襯片中形成至少一個凹口 ，所述至少一個凹口位于所述制動塊襯片內的 至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片內的每 個波傳播峰值區域處的至少一個凹口 。
18. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述至少一個凹口延伸穿過所述 制動塊襯片。
19. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片頂部的 凹口 。
20. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，提供位于所述制動塊襯片底部的 凹口 。
21. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，提供兩個位于所述制動塊襯片底 部的凹口 。
全文摘要
本發明提供可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊，該制動塊包括具有至少一個凹口的制動塊襯片，該至少一個凹口位于制動塊襯片內的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。本發明還提供降低制動塊中的制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的方法，該方法包括提供具有至少一個凹口的制動塊襯片，該至少一個凹口位于制動塊襯片內的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。本發明還提供制造可降低制動低頻噪聲和制動低頻振顫噪聲之一的制動塊的方法，該方法包括在制動塊襯片中形成至少一個凹口，該至少一個凹口位于制動塊襯片內的至少一個波傳播峰值區域處或其附近。
文檔編號F16D65/092GK101225861SQ20081000372
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月16日 優先權日2007年1月17日
發明者吉姆·奇恩 申請人:福特環球技術公司