CN110231177A - 一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，包括以下步骤：S1、进行制动器热机耦合变形试验，获得制动盘变形曲线；S2、根据制动盘变形曲线，通过制动压力与制动盘的SRO在时间维度上的同步，分解得到制动盘机械变形和热效应变形，并通过制动盘两侧SRO叠加得到对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘厚薄差DTV；S3、建立评价指标，对分解出的制动盘机械变形、热效应变形和制动盘DTV分别进行评价，如果均满足评价指标则以此设计作为制动器设计方案，如果其中一者不满足评价指标则进行步骤S4；S4、根据不符合的评价指标进行相应的设计改进，最终得到制动器设计方案。与现有技术相比，本发明具有设计效率高、成本低等优点。

Description

一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法
技术领域
本发明涉及汽车制动器设计开发领域，尤其是涉及一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法。
背景技术
制动器的摩擦振动和噪声一直是影响整车NVH性能的重要问题之一，在客户投诉的新车质量问题的排序中，制动器的振动和噪声一直位列前3位。而制动过程中存在制动盘温度场、应力场和热效应变形复杂的强耦合关系，因此多物理场分析是有效的解决制动抖动、颤振、热点等制动器NVH问题的基础。
通过对制动器在制动过程中的热机耦合多物理场分析，发现制动过程中存在着由机械加压产生的机械变形以及热机耦合效应产生的热效应变形，而机械变形和热效应变形改变了制动器的应力分布状态和制动盘与摩擦衬片的接触状态，产生制动力矩波动等现象，从而引起制动系统的NVH问题。因此必须在制动器设计过程中考虑制动器制动过程中产生的机械变形和热效应变形。
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基于热机耦合变形试验的制动器设计方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，包括以下步骤：
S1、利用制动器惯量试验台进行制动器热机耦合变形试验，获得制动盘变形曲线；
S2、根据制动盘变形曲线，通过制动压力与制动盘的SRO在时间维度上的同步，分解得到制动盘机械变形和热效应变形，并通过制动盘两侧SRO叠加得到对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘厚薄差DTV；
S3、根据不同的变形形式建立评价指标，对分解出的制动盘机械变形、热效应变形和制动盘DTV分别进行评价，如果均满足评价指标则以此设计作为制动器设计方案，如果其中一者不满足评价指标则进行步骤S4；
S4、根据不符合的评价指标进行相应的设计改进，最终得到制动器设计方案。
所述的步骤S1中，制动器热机耦合变形台架试验的工况包括单次制动、热翘曲和热抖动试验，其获取的试验数据包括制动压力、制动力矩、制动盘转速、制动盘盘面温度、制动盘转角信号、制动盘两侧的径向内、中、外6个盘面位移SRO时域信号。
优选地，所述的步骤S2具体包括以下步骤：
以横坐标为时间，左侧纵坐标为制动盘盘面SRO，右侧纵坐标为制动压力，绘制制动盘变形分解曲线，制动盘SRO去除初始端面跳动后经过小波分解得到静态分量后根据转角信号转化成为各圈的SRO值，获取各圈SRO平均值，并绘制SRO时间曲线，其中，将制动压力达到第一个峰值时刻之前的变形增量最大值作为机械变形，将制动压力峰值时刻到最大变形时刻的变形增量作为热效应变形，并将制动盘两侧的SRO进行叠加获得对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘的厚薄差DTV。
优选地，所述的步骤S3中，所述的评价指标是根据前期大量的台架试验总结制定，其适用于制动盘外直径为305-320mm的制动盘；其根据不同的工况分别对机械变形量和热效应变形量和制动盘DTV进行评价，可根据此不同工况不同变形形式的评价提出更具有针对性的改进措施，其具体为：
在各个工况下，通风制动盘与实心制动盘制动过程中机械变形不超过45μm，机械变形阶，制动盘的DTV不超过6μm；
在单次制动工况下，通风制动盘制动过程中热效应变形不超过80μm，实心制动盘热效应变形不超过95μm，热效应变形阶段制动盘DTV不超过28μm；
在热抖动工况下：通风制动盘在单次制动过程中热效应变形不超过75μm，实心制动盘热效应变形不超过90μm，热效应变形阶段制动盘DTV不超过22μm；
在热翘曲工况下，通风制动盘制动过程中热效应变形不超过200μm，实心制动盘热效应变形不超过215μm；热效应变形阶段制动盘DTV不超过60μm。
优选地，所述的步骤S4中，进行相应的设计改进具体包括：
对于评价指标中机械变形和机械变形阶段制动盘DTV不符合，则修改活塞及导向销摩擦预紧力设计、制动卡钳接触区域设计、制动卡钳钳指之间的距离和制动盘刚度；
对于评价指标中单次制动工况下热效应变形不符合，则改进制动盘颈部结构设计，如将直槽型更改为圆弧型等；
对于评价指标中热抖动工况下热效应变形不符合，则改进制动盘通风槽形状，如将直槽型更改为圆弧型等；
对于评价指标中热翘曲工况下热效应变形不符合，则改进制动盘通风槽数量，如增加通风槽的数量；
对于评价指标中各工况下热效应变形阶段制动盘DTV不符合，则通过制动盘通风槽的数量和内外壁厚联调来改进，如增加通风槽的数量以及增大内外壁厚的同时减小内外壁厚的比值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明能够有效的抑制制动器NVH问题：根据简单的台架试验获取制动过程的数据，通过多物理场解耦的方法提取制动过程中的机械变形和热效应变形，结合制动摩擦振动噪声的机理经验，提出基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，有效的抑制制动器的NVH问题。
二、通过热机耦合台架试验数据和制动器摩擦振动噪声的产生机理经验进行关联，提出制动器热机耦合变形的评价方法，根据这种不同工况不同变形形式的评价方法提出了更具有针对性的改进措施，有效的缩短了制动器开发周期。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为制动器热机耦合试验中热翘曲工况的制动盘变形分解曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明提出一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，该方法能够快速分离提取出制动过程中的机械变形和热效应变形，并提出了降低制动过程中制动盘变形的有效措施，包括以下步骤：
步骤一：开展通风制动盘类制动器热机耦合变形台架试验，包括单次制动、热翘曲、热抖动三个工况。试验台转动惯量设置为74.60kg·m2，中热翘曲工况的工况设置为制动盘初始转速为1350rpm，末转速为0rpm，制动减速度为4.9m/s2，制动压力加压速率为200bar/s，制动盘初始温度为50℃。采集制动压力、制动力矩、制动盘盘面温度、制动盘转角信号、制动盘两侧的径向内、中、外6个盘面位移SRO时域信号数据。其中SRO信号通过在制动盘两侧安装的非接触位移传感器采集，制动盘盘面温度通过预埋式热电偶传感器采集，制动压力、制动力矩、制动盘转速和制动盘转角信号均由台架输出数据。
步骤二：绘制各工况的制动盘变形分解曲线，其中热翘曲工况的如图2所示。横坐标为时间，左侧纵坐标为制动盘盘面SRO，右侧纵坐标为制动压力；制动盘SRO去除初始端面跳动后经过小波分解得到静态分量后根据转角信号转化成为各圈的SRO值，求取各圈SRO平均值，再绘制SRO时间曲线。制动压力达到第一个峰值时刻之前的变形增量划分为机械变形，将制动压力峰值时刻到最大变形时刻的变形增量为热变形。最终得到各工况的机械变形量和热效应变形量。并将制动盘两侧的SRO进行叠加获得对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘的厚薄差(DTV)。
步骤三：根据所述权利4中的评价指标，对三个工况进行评价；其中热翘曲工况的机械变形量为13μm，机械变形阶段制动盘DTV为2.1μm热效应变形量为221.9μm，热效应变形阶段制动盘DTV为76.3μm，热翘曲工况的热效应变形量和热效应变形阶段制动盘DTV超过了其评价指标，转入步骤四。
步骤四：根据热翘曲工况的热效应变形量和热效应变形阶段制动盘DTV超过了其评价指标，提出了增加通风槽的数量和增加内外壁厚的同时减小内外壁厚比值的修改措施，最终获得了制动器的设计方案。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用制动器惯量试验台进行制动器热机耦合变形试验，获得制动盘变形曲线；
S2、根据制动盘变形曲线，通过制动压力与制动盘的SRO在时间维度上的同步，分解得到制动盘机械变形和热效应变形，并通过制动盘两侧SRO叠加得到对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘厚薄差DTV；
S3、根据不同的变形形式建立评价指标，对分解出的制动盘机械变形、热效应变形和制动盘DTV分别进行评价，如果均满足评价指标则以此设计作为制动器设计方案，如果其中一者不满足评价指标则进行步骤S4；
S4、根据不符合的评价指标进行相应的设计改进，最终得到制动器设计方案。
2.根据权利要求1所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的步骤S1中，制动器热机耦合变形台架试验的工况包括单次制动、热翘曲和热抖动试验，其获取的试验数据包括制动压力、制动力矩、制动盘转速、制动盘盘面温度、制动盘转角信号、制动盘两侧的径向内、中、外6个盘面位移SRO时域信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括以下步骤：
以横坐标为时间，左侧纵坐标为制动盘盘面SRO，右侧纵坐标为制动压力，绘制制动盘变形分解曲线，制动盘SRO去除初始端面跳动后经过小波分解得到静态分量后根据转角信号转化成为各圈的SRO值，获取各圈SRO平均值，并绘制SRO时间曲线，其中，将制动压力达到第一个峰值时刻之前的变形增量最大值作为机械变形，将制动压力峰值时刻到最大变形时刻的变形增量作为热效应变形，并将制动盘两侧的SRO进行叠加获得对应的机械变形和热效应变形阶段的制动盘的厚薄差DTV。
4.根据权利要求2所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的步骤S3中，所述的评价指标具体为：
在各个工况下，通风制动盘与实心制动盘制动过程中机械变形不超过45μm，机械变形阶，制动盘的DTV不超过6μm；
在单次制动工况下，通风制动盘制动过程中热效应变形不超过80μm，实心制动盘热效应变形不超过95μm，热效应变形阶段制动盘DTV不超过28μm；
在热抖动工况下：通风制动盘在单次制动过程中热效应变形不超过75μm，实心制动盘热效应变形不超过90μm，热效应变形阶段制动盘DTV不超过22μm；
在热翘曲工况下，通风制动盘制动过程中热效应变形不超过200μm，实心制动盘热效应变形不超过215μm；热效应变形阶段制动盘DTV不超过60μm。
5.根据权利要求2所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的步骤S4中，进行相应的设计改进具体包括：
对于评价指标中机械变形和机械变形阶段制动盘DTV不符合，则修改活塞及导向销摩擦预紧力设计、制动卡钳接触区域设计、制动卡钳钳指之间的距离和制动盘刚度；
对于评价指标中单次制动工况下热效应变形不符合，则改进制动盘颈部结构设计；
对于评价指标中热抖动工况下热效应变形不符合，则改进制动盘通风槽形状；
对于评价指标中热翘曲工况下热效应变形不符合，则改进制动盘通风槽数量；
对于评价指标中各工况下热效应变形阶段制动盘DTV不符合，则通过制动盘通风槽的数量和内外壁厚联调来改进。
6.根据权利要求5所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的改进制动盘颈部结构设计具体包括将直槽型更改为圆弧型。
7.根据权利要求5所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的改进制动盘通风槽形状具体包括将直槽型更改为圆弧型。
8.根据权利要求5所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的改进制动盘通风槽数量具体为增加通风槽的数量。
9.根据权利要求5所述的一种基于热机耦合变形试验的制动器设计方法，其特征在于，所述的通过制动盘通风槽的数量和内外壁厚联调来改进具体包括增加通风槽的数量以及增大内外壁厚的同时减小内外壁厚的比值。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758726A (zh) * 2021-09-23 2021-12-07 同济大学 基于多源载荷加载的汽车盘式制动器性能试验系统与方法
CN113916551A (zh) * 2021-10-12 2022-01-11 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种制动盘热变形的测量及数据处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2395534B (en) * 2002-10-24 2005-02-09 Bosch Gmbh Robert Brake pad mounting
WO2009146334A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Stiffened rotor hat with corrugated shape
CN103727908A (zh) * 2014-01-15 2014-04-16 重庆长安汽车股份有限公司 一种用于测试车辆制动盘dtv和lro的工装
CN104615798A (zh) * 2013-11-05 2015-05-13 同济大学 基于摩擦振动和热机耦合联合仿真的制动抖动建模方法
CN107704644A (zh) * 2017-07-20 2018-02-16 同济大学 一种考虑热机耦合效应的制动尖叫预测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2395534B (en) * 2002-10-24 2005-02-09 Bosch Gmbh Robert Brake pad mounting
WO2009146334A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Stiffened rotor hat with corrugated shape
CN104615798A (zh) * 2013-11-05 2015-05-13 同济大学 基于摩擦振动和热机耦合联合仿真的制动抖动建模方法
CN103727908A (zh) * 2014-01-15 2014-04-16 重庆长安汽车股份有限公司 一种用于测试车辆制动盘dtv和lro的工装
CN107704644A (zh) * 2017-07-20 2018-02-16 同济大学 一种考虑热机耦合效应的制动尖叫预测方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHANG LIJUN ET AL.: "IC25 Influence of Initial SRO and DTV on Brake Judder Based on the Disc Brake Model with Multi-point Csontact", 《PROCEEDINGS OF MOVIC2010》 *
孟德建 等: "基于制动器多点接触模型的初始SRO和DTV对制动抖动的影响分析", 《振动与冲击》 *
张立军 等: "汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究", 《摩擦学学报》 *
施一鸣: "盘式制动器的制动抖动现象及热—结构耦合研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
汪德成: "盘式制动器热机耦合特性及疲劳寿命预测研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758726A (zh) * 2021-09-23 2021-12-07 同济大学 基于多源载荷加载的汽车盘式制动器性能试验系统与方法
CN113916551A (zh) * 2021-10-12 2022-01-11 中国汽车工程研究院股份有限公司 一种制动盘热变形的测量及数据处理方法

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