Ratt- och bromspedalvibrationer
Broms-judder är en typ av vibrationer eller skakningar som kan uppträda i ett fordon under inbromsning. I personbilar märks judder främst i form vibrationer i ratt, bromspedal och golv. Helena Jacobsson på Chalmers har utvecklat en modell för simulering och experimentell analys av broms-judder.
Frekvensen för broms-judder varierar från 10-20 Hz upp till cirka 500 Hz. Vid högre frekvenser kan man dessutom ofta höra ett brummande ljud. Typiskt är att vibrationsnivån ökar från noll till en relativt hög nivå strax efter det att bromsarna ansätts, når en topp vid någon ”kritisk” hastighet, t.ex 100 km/h, för att sedan avta kraftigt. De kritiska hastigheterna motsvaras av resonanser i fordonet, framförallt i hjulupphängningen. Detta visar att judder är en systemegenskap hos bilen, som inte enbart kan åtgärdas genom optimering av bromsbeläggen. Därför kan man inte heller överlåta problemet på bromskomponenttillvekarna.
Judder är en s.k. tvungen svängning, vilket innebär att det krävs en yttre störkraft för att fenomenet ska uppkomma. Denna störkraft motsvaras av variationer (med hjulrotationen) i bromsmoment och -tryck. Dessa variationer orsakas främst av geometriska störningar hos bromsarna. Hos skivbromsar är det variationen i skivtjocklek DTV (Disc Thickness Variation) som har störst betydelse. DTV ökar ofta med bromstiden, framförallt för ”hårda” belägg. Detta kan förklaras med en ojämn termisk utvidgning runtom bromskivan, då det kan skilja flera hundra grader i temperatur mellan olika segment.
Målsättningen med arbetet har varit att skapa en modell för simulering och experimentell analys av broms-judder under realisiska bromsförhållanden. Därvid har snabba och effektiva metoder för simulering och experimentell analys utvecklats. Verifierande mätningar har utförts på en personbil, med kraftigt DTV på en av bromskivorna. För att utvärdera judder på ett objektivt sätt, valdes den maximala vibrationsnivån (acceleration) hos fjäderbenet som ett mått på vibrationen.
En rotor-statormodell med två frihetsgrader visade sig vara tillräcklig för att experimentellt bestämma egenfrekvens och dämpning hos den aktuella resonansen. Först antogs att bromsmomentet (och bromstrycket) är proportionellt mot retardationen. Detta är dock inte fallet i ett fordon, särskilt inte vid låga retardationer, på grund av luftmotstånd, motorbroms etc. Med införd korrektion för dessa effekter kunde den absoluta vibrationsnivån förutsägas för givet förlopp och bromsmomentvariation.
En modell som utgår från momentvariationen är inte praktisk, eftersom denna beror inte bara av DTV-nivån utan också av bromstrycket. Därför utvecklades en modell som utgår från den momentana DTV-nivån. Denna måste då innehålla en beläggsmodell, eftersom hårda belägg orsakar betydligt högre bromsmomentvariationer (och därmed judder) än mjuka för samma DTV. Det visade sig att för den typ av belägg som används i dagens personbilar (kompositer) ger samma DTV-nivå en högre momentvariation (och därmed judder) för hårda inbromsningar än för lätta. Dessa så kallade progressiva belägg blir samtidigt mycket känsliga för ökningar i DTV-nivån.
Arbetet, som har finansierats av TFR (teknikvetenskapliga forskningsrådet) presenteras i doktorsavhandlingen ”Brake Judder”, som försvarades vid en offentlig disputation vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg den 18 oktober.
Mer Information:
Helena Jacobsson, Institutionen för maskin- och fordonssystem, Chalmers tekniska
högskola, tel. 031/772 13 84. e-post heja@mvd.chalmers.
