CN107544284B - 一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，包括以下步骤：A，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的整车道路试验；B，悬架动态K&C特性试验；C，复合工况下汽车前悬架多体动力学仿真分析；D，直线工况下汽车制动器摩擦噪声复模态仿真；E，直线工况下汽车制动器摩擦噪声台架试验；F，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的复模态分析；G，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素分析；H，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的控制方法提出。与现有技术相比，本发明不仅可以预测直线行驶工况下汽车制动器摩擦噪声现象，而且可以再现复合工况下汽车制动器的制动噪声，为解决制动噪声问题提供了新方法。

Description

一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法

技术领域

本发明涉及汽车制动器的制动尖叫领域，尤其是涉及一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法。

背景技术

汽车制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，它的性能与稳定对行车安全有至关重要的影响。汽车制动时，不论是鼓式制动器，还是盘式制动器都会发生振动，并有可能引起严重的噪声。制动噪声严重影响乘员的舒适性，并降低有关零件的寿命，甚至可能造成零件的早期破损。再者，近年来低阻尼耐高温新材料取代石棉成为摩擦衬片的主要材料，以及汽车结构的轻量化趋势，使得制动噪声与振动特征发生变化，也使得制动噪声问题更加突出。许多欧美国家汽车经销商都把制动器的制动噪声列在汽车保修范围之内，有数据称，北美很多汽车企业每年因制动噪声引起的售后服务费用高达一亿多美元。

系统开展资料搜集与进行综合分析发现，尽管国外研究者针对制动尖叫问题开展了大量研究，但是迄今为止尚未从根本上有效控制汽车制动器的摩擦噪声问题，尤其是在复合工况下，尚未找到有效手段与控制方法解决制动过程中的噪声问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，包括以下步骤：

1)进行汽车制动器摩擦噪声整车道路试验，分别获取在直行制动工况与转向制动工况下的运行参数，即复合工况下的运行参数，包括底盘角的轮速特征参数、力学特征参数、声学特征参数、振动特征参数和温度特征参数，并进行时域分析与时频分析；

2)进行动态悬架K&C特性试验：

将悬架K&C特性标准工况以及在直行制动工况与转向制动工况下测得的轮速特征参数和力学特征参数输入到K&C特性试验台中，试验获取制动器与悬架的力与变形特性；

3)进行复合工况下汽车制动器摩擦噪声的前悬架多体动力学仿真：

基于前悬几何模型建立前悬多体动力学模型，并将多体动力学模型中的套筒、下摆臂、转向节和转向横拉杆柔性化，根据步骤1)中在直行制动工况与转向制动工况下的轮速特征参数和力学特征参数进行仿真，获得制动器与悬架的力与变形特性，并判断仿真结果与步骤2)中的试验结果是否相符合，若是，则进行步骤4)，若否，则返回步骤3)；

4)进行直行制动工况和转向制动工况下汽车制动器摩擦噪声台架试验：

在直行制动工况与转向制动工况下进行台架试验，采集底盘角的轮速特征参数、力学特征参数、声学特征参数、振动特征参数和温度特征参数，对所得信号进行时域分析与时频分析，获取声压级时频特性；

5)进行直行制动工况和转向制动工况下汽车制动器摩擦噪声复模态仿真：

将步骤3)仿真结果所得的转向节及悬架各节点应力应变状态作为边界条件导入底盘角有限元模型中，在设定的制动压力与车轮转速的条件下进行复模态仿真，获取系统复特征值，并判断仿真结果与步骤4)中的结果是否相符合，若是，则进行步骤6)，若否，则返回步骤5)；

6)进行复合工况下汽车底盘角有限元建模与摩擦噪声复模态分析：

基于底盘角几何模型建立底盘角有限元模型，根据步骤1)中在直行制动工况与转向制动工况下测得的轮速特征参数和力学特征参数以及步骤3)中的直行制动工况与转向制动工况进行仿真，得到系统复特征值，进而获取汽车制动噪声复模态；

7)获取复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素；

8)根据关键因素提出复合工况下汽车制动器摩擦噪声的控制方法，具体为：

通过增加制动钳刚度、更改转向节固联方式以及增强导向销刚度并增大导向销阻尼的三种方式共同作用，降低制动尖叫倾向性，改善复合工况下汽车制动器制动噪声特性。

所述的步骤1)中，所述的轮速特征参数为车轮转速，所述的力学特征参数包括制动油压和车轮六分力，所述的声学特征参数包括尖叫频率和尖叫声压级，所述的振动特征参数包括悬架振动加速度、制动器各部件加速度以及振动模态，所述的温度特征参数为制动盘温度。

所述的步骤2)中，制动器与悬架的力与变形特性，包括转向节各节点应力应变状态、悬架各节点应力应变状态与各零部件振动加速度。

所述的步骤3)中，判断仿真结果与步骤2)中的试验结果是否相符合的具体条件为：

当应力应变误差小于5％时，则判定相符合，若超过5％，则判定不符合。

所述的步骤5)中，判断仿真结果与步骤4)中的结果是否相符合的具体条件为：

当复模态频率准确率高于85％时，则判定相符合，若低于85％，则判定不符合。

所述的步骤7)中，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素包括制动钳刚度、转向节固联方式以及导向销刚度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、适应符合工况：本发明可以对复合工况下的制动噪声进行精确的预测，改进了现有方法仅能预测出直线行驶工况下制动器摩擦噪声的缺点。

二、预测精度高：考虑复合工况下制动时悬架姿态的预测与施加，可以有效提高制动器摩擦噪声尤其是低频摩擦噪声的预测精度。

三、从制动器结构的角度，提出了复合工况下制动器摩擦噪声的控制方法。

附图说明

图1为一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法整体流程图。

图2为悬架K&C特性试验试验结果与仿真对比，其中，图(2a)为车轮外倾角与轮跳关系试验曲线，图(2b)为车轮外倾角与轮跳关系仿真曲线；

图3底盘角有限元模型；

图4所获取的声压级的时频分析；

图5复合工况下汽车制动噪声复模态分析结果；

图6为制动背板弹性模量对系统复特征值的影响。

图7为结构更改后与更改前系统尖叫复特征值的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其整体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤一：进行复合制动工况整车道路试验，在直行制动工况与转向制动工况下进行整车道路试验，采集底盘角的轮速特征参数(车轮转速)、力学特征参数(制动油压、车轮六分力)、声学特征参数(尖叫频率、尖叫声压级)、振动特征参数(悬架振动加速度、制动器各部件加速度、部件振动模态)和温度特征参数(制动盘温度)，并进行时域分析与时频分析；

步骤二：进行动态悬架K&C特性试验，除了悬架K&C特性标准工况外，还要将步骤一中分别在直行制动工况与转向制动工况下测得的车轮转速、制动油压与车轮六分力输入到K&C特性试验台中，进行悬架动态K&C特性试验，测量悬架关键部位应力应变与关键零部件加速度；

步骤三：进行复合工况下汽车制动器摩擦噪声的前悬架多体动力学仿真分析，基于前悬架几何模型建立前悬架多体动力学模型，并将多体动力学模型中的套筒、下摆臂、转向节和转向横拉杆等部件柔性化。利用步骤一中在直行制动与转向制动工况分别测得的制动油压、车轮六分力与车轮转速作为输入进行仿真，得到制动器与悬架的力与变形特性(转向节各节点应力应变状态、悬架各节点应力应变状态)。并将结果与步骤二进行对比，其结果对比图如图2所示，若符合则进行步骤四，否则返回步骤三；

步骤四：进行直行制动工况下汽车制动器摩擦噪声复模态仿真，建立底盘角有限元模型，其模型如图3所示，在直行工况下进行汽车制动器摩擦噪声复模态仿真分析，将步骤三中所得的应力应变作为边界条件导入，在某制动压力与车轮转速的条件下进行复模态仿真分析，得到系统复特征值，并将结果与步骤五中的结果进行对比，若符合则进行步骤六否则返回步骤四；

步骤五：进行直行制动工况下汽车制动器摩擦噪声台架试验，在直行制动工况与转向制动工况下进行台架试验，采集底盘角的轮速特征参数(车轮转速)、力学特征参数(制动油压、车轮六分力)、声学特征参数(尖叫频率、尖叫声压级)、振动特征参数(悬架振动加速度、制动器各部件加速度、部件振动模态)和温度特征参数(制动盘温度)，对所得信号进行时域分析与时频分析，图4为声压级分析结果；

步骤六：进行复合工况下汽车底盘角有限元建模与摩擦噪声复模态分析，基于底盘角几何模型建立底盘角有限元模型，利用步骤一中在直行制动与转向制动工况分别测得的制动油压与制动盘转速、步骤三中直行制动与转向制动工况分别仿真得到的制动器与悬架的力与变形状态进行仿真，得到系统复特征值，并进行分析，其结果如图5所示；

步骤七：进行复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素分析，利用步骤六中得到的有限元模型，分别改变摩擦系数与结构件刚度，得出不同关键因素对制动器摩擦噪声产生及噪声声学特征的影响，其结果如图6所示；

步骤八：通过增加制动钳刚度、更改转向节固联方式、增强导向销刚度并适当增大导向销阻尼三种方法共同作用，使得制动尖叫倾向性变小，复合工况下汽车制动器制动噪声特性得以改善，其改善结果如图7所示，通过计算可得，尖叫倾向性明显减小。

Claims (6)

1.一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)进行汽车制动器摩擦噪声整车道路试验，分别获取在直行制动工况与转向制动工况下的运行参数，即复合工况下的运行参数，包括底盘角的轮速特征参数、力学特征参数、声学特征参数、振动特征参数和温度特征参数，并进行时域分析与时频分析；

2)进行动态悬架K&C特性试验：

将悬架K&C特性标准工况以及在直行制动工况与转向制动工况下测得的轮速特征参数和力学特征参数输入到K&C特性试验台中，试验获取制动器与悬架的力与变形特性；

3)进行复合工况下汽车制动器摩擦噪声的前悬架多体动力学仿真：

基于前悬几何模型建立前悬多体动力学模型，并将多体动力学模型中的套筒、下摆臂、转向节和转向横拉杆柔性化，根据步骤1)中在直行制动工况与转向制动工况下的轮速特征参数和力学特征参数进行仿真，获得制动器与悬架的力与变形特性，并判断仿真结果与步骤2)中的试验结果是否相符合，若是，则进行步骤4)，若否，则返回步骤3)；

4)进行直行制动工况和转向制动工况下汽车制动器摩擦噪声台架试验：

在直行制动工况与转向制动工况下进行台架试验，采集底盘角的轮速特征参数、力学特征参数、声学特征参数、振动特征参数和温度特征参数，对所得信号进行时域分析与时频分析，获取声压级时频特性；

5)进行直行制动工况和转向制动工况下汽车制动器摩擦噪声复模态仿真：

将步骤3)仿真结果所得的转向节及悬架各节点应力应变状态作为边界条件导入底盘角有限元模型中，在设定的制动压力与车轮转速的条件下进行复模态仿真，获取系统复特征值，并判断仿真结果与步骤4)中的结果是否相符合，若是，则进行步骤6)，若否，则返回步骤5)；

6)进行复合工况下汽车底盘角有限元建模与摩擦噪声复模态分析：

基于底盘角几何模型建立底盘角有限元模型，根据步骤1)中在直行制动工况与转向制动工况下测得的轮速特征参数和力学特征参数以及步骤3)中的直行制动工况与转向制动工况进行仿真，得到系统复特征值，进而获取汽车制动噪声复模态；

7)获取复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素；

8)根据关键因素提出复合工况下汽车制动器摩擦噪声的控制方法，具体为：

通过增加制动钳刚度、更改转向节固联方式以及增强导向销刚度并增大导向销阻尼的三种方式共同作用，降低制动尖叫倾向性，改善复合工况下汽车制动器制动噪声特性。

2.根据权利要求1所述的一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述的轮速特征参数为车轮转速，所述的力学特征参数包括制动油压和车轮六分力，所述的声学特征参数包括尖叫频率和尖叫声压级，所述的振动特征参数包括悬架振动加速度、制动器各部件加速度以及振动模态，所述的温度特征参数为制动盘温度。

3.根据权利要求1所述的一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，所述的步骤2)中，制动器与悬架的力与变形特性，包括转向节各节点应力应变状态、悬架各节点应力应变状态与各零部件振动加速度。

4.根据权利要求3所述的一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，所述的步骤3)中，判断仿真结果与步骤2)中的试验结果是否相符合的具体条件为：

当应力应变误差小于5％时，则判定相符合，若超过5％，则判定不符合。

5.根据权利要求1所述的一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，所述的步骤5)中，判断仿真结果与步骤4)中的结果是否相符合的具体条件为：

当复模态频率准确率高于85％时，则判定相符合，若低于85％，则判定不符合。

6.根据权利要求1所述的一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法，其特征在于，所述的步骤7)中，复合工况下汽车制动器摩擦噪声的关键因素包括制动钳刚度、转向节固联方式以及导向销刚度。

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