CN110704937A - 一种车辆制动抖动仿真预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种车辆制动抖动仿真预测方法，建立汽车刚柔耦合模型，模型包括悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统，将模型采用恒定制动压力瞬态求解，获得不稳定模态频率段，最后将建立的不同汽车刚柔耦合模型的不稳定模态频率段进行比较。本发明基于多刚体车辆动力学仿真模型，可成功再现制动抖动现象，通过信号时域和频域分析，明确了振动从制动器到转向盘的传递路径，找出传递路径上的关键环节，提出了调节橡胶弹性元件刚度的振动控制方法，清楚的展示制动系统的粘滑特性及频响特性。

Description

一种车辆制动抖动仿真预测方法
技术领域
本发明涉及汽车制动领域，尤其涉及制动抖动仿真预测技术。
背景技术
汽车盘式制动器制动抖动是汽车制动系统的重要故障之一。制动器制动抖动会导致整车、制动踏板、方向盘、仪表板以及座椅下底板的剧烈振动，有时会伴随发生低频噪声，不仅会严重影响乘坐舒适性，而且会增加驾驶员疲劳和误操作的可能，影响行车安全性。同时，制动抖动也会加速相关部件的老化和疲劳破坏，进一步影响汽车的行驶安全性。因此，制动抖动已成为世界汽车工业迫切需要解决的重大技术难题之一。
制动抖动主要是由制动力矩波动引起的低频强迫振动，频率在100Hz以下，通常为10～50Hz，抖动的频率与车速成一定的阶次关系。发生制动抖动的根本原因是制动力矩和制动压力发生了波动。制动压力波动通过液压系统传到制动踏板，表现为制动踏板抖动。制动力矩波动导致地面制动力的波动，引起前悬架的摆振。该振动通过悬架和转向机构的传递和放大，表现为转向盘的抖动。通过副车架的传递，引起车身地板的抖动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种基于刚柔耦合模型的制动抖动CAE仿真预测方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车辆制动抖动仿真预测方法，建立汽车刚柔耦合模型，模型包括悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统，将模型采用恒定制动压力瞬态求解，获得不稳定模态频率段，最后将建立的不同汽车刚柔耦合模型的不稳定模态频率段进行比较。
所述悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统采用参数化建模。
所述悬架子系统建模的部件包括：转向节及支柱、下摆臂需柔性化、横拉杆、橡胶衬套，所述横拉杆简化为多段梁结构，所述橡胶衬套由内、外两层金属套和中间的弹性橡胶体组成。
所述驱动子系统建模的部件包括：驱动轴、滑移铰、旋转铰、刹车盘，所述驱动轴视为刚体，所述滑移铰连接到刹车盘，所述旋转铰连接到地面对驱动轴施加等速约束。
所述制动子系统建模的部件包括：制动卡钳、支架、刹车盘、活塞和和刹车片
所述制动卡钳、支架、刹车盘柔性化，所述活塞和和刹车片作为刚性体，所述刹车盘与刹车片接触，并将刹车盘的接触面设置成可变性表面，标记点分布在整个表面上，所述刹车盘表面的变形在标记点的变形之间插值，每一个接触点通过一个力单元和变形表面之间产生相互作用，所述刹车盘、刹车片间的接触力和摩擦力采用用户子程序计算，所述刹车盘不再额外计算约束模态。
所述模型采用恒定20bar制动压力仿真，瞬态求解的分析步长为0.5s，采用DSTIFF积分方法分析。
本发明基于多刚体车辆动力学仿真模型，可成功再现制动抖动现象，通过信号时域和频域分析，明确了振动从制动器到转向盘的传递路径，找出传递路径上的关键环节，提出了调节橡胶弹性元件刚度的振动控制方法，清楚的展示制动系统的粘滑特性及频响特性。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为制动抖动的发生和传递路径示意图；
图2为制动抖动具体实施方案示意图；
图3和图4为仿真结果示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明借用多体动力学方法研究车辆系统的噪声或振动行为，考虑悬架、制动系统的柔性，建立制动抖动传递的多柔体系统动力学仿真模型，通过分析找出传递路径上关键环节，采用参数化建模方便后续的DOE分析，接触力和摩擦力采用用户子程序(基于Python)计算。
如图1所示，制动抖动的发生和传递如图1所示，从激励源上讲，制动抖动主要是由制动压力波动(BPV)和制动力矩波动(BTV)引起的。旋转件不平衡、轴承间隙过大不是主要原因。
因传统的有限元方法只能预测高频啸叫问题，本发明的目的是提供一种基于刚柔耦合模型来预测低频制动抖动的CAE分析方法，CAD数模主要包括悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统，为实现上述目的，本发明具体实施方案如下：
(1)悬架子系统建模：转向节及支柱、下摆臂需柔性化，横拉杆可简化为多段梁结构，橡胶衬套由内、外两层金属套和中间的弹性橡胶体组成，衬套属性可参数化，方便后续进行DOE分析；
(2)驱动子系统建模：驱动轴可视为刚体，滑移铰连接到刹车盘，旋转铰连接到地面，对驱动轴施加等速约束；
(3)制动子系统建模：制动卡钳、支架、刹车盘柔性化，活塞和和刹车片作为刚性体，其中刹车盘与刹车片因存在接触，需要考虑刹车盘的柔性效应，将刹车盘的接触面设置成可变性表面，标记点可分布在整个表面上，刹车盘表面的变形在标记点的变形之间插值，每一个接触点通过一个力单元和变形表面之间产生相互作用，刹车盘、刹车片间的接触力和摩擦力采用用户子程序(User-Subroutine，基于Python)计算，另外，由于刹车盘的基础模态提供了表面的刚度，不需要再额外计算刹车盘的约束模态。
(4)仿真求解：采用恒定20bar(约2MPa)制动压力，瞬态求解，分析步长为0.5s，采用DSTIFF积分方法。
(5)结果分析：通过计算可得出不稳定模态频率段(如图3所示)，可以将其余结构固有频率或模态进行比较。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆制动抖动仿真预测方法，建立汽车刚柔耦合模型，其特征在于：模型包括悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统，将模型采用恒定制动压力瞬态求解，获得不稳定模态频率段，最后将建立的不同汽车刚柔耦合模型的不稳定模态频率段进行比较。
2.根据权利要求1所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述悬架子系统、驱动子系统以及制动子系统采用参数化建模。
3.根据权利要求1或2所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述悬架子系统建模的部件包括：转向节及支柱、下摆臂需柔性化、横拉杆、橡胶衬套，所述横拉杆简化为多段梁结构，所述橡胶衬套由内、外两层金属套和中间的弹性橡胶体组成。
4.根据权利要求3所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述驱动子系统建模的部件包括：驱动轴、滑移铰、旋转铰、刹车盘，所述驱动轴视为刚体，所述滑移铰连接到刹车盘，所述旋转铰连接到地面对驱动轴施加等速约束。
5.根据权利要求1、2或4所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述制动子系统建模的部件包括：制动卡钳、支架、刹车盘、活塞和和刹车片。
6.根据权利要求5所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述制动卡钳、支架、刹车盘柔性化，所述活塞和和刹车片作为刚性体，所述刹车盘与刹车片接触，并将刹车盘的接触面设置成可变性表面，标记点分布在整个表面上，所述刹车盘表面的变形在标记点的变形之间插值，每一个接触点通过一个力单元和变形表面之间产生相互作用，所述刹车盘、刹车片间的接触力和摩擦力采用用户子程序计算，所述刹车盘不再额外计算约束模态。
7.根据权利要求1或6所述的车辆制动抖动仿真预测方法，其特征在于：所述模型采用恒定20bar制动压力仿真，瞬态求解的分析步长为0.5s，采用DSTIFF积分方法分析。
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