CN110726571A - 一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法。具体的步骤如下：汽车转向工况下制动尖叫噪声整车道路试验；复现故障车转向制动尖叫现象，明确转向制动尖叫的具体发生工况；汽车转向工况下制动尖叫噪声试验；复现转向制动尖叫现象，分析底盘角总成转向制动尖叫发生的频率范围与声振特性；汽车转向工况下汽车制动尖叫噪声评估指标的确定；汽车转向工况下制动尖叫噪声的关键因素分析；转向工况下汽车制动尖叫噪声的控制措施提出。同现有技术相比，本发明开创性地提出了针对转向工况下制动尖叫噪声的试验研究方法，填补了转向制动尖叫的试验技术的空白，丰富和完善制动器摩擦尖叫理论和技术体系。

Description

一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体地说是一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法。
背景技术
汽车制动器的高频摩擦尖叫一直是汽车工业界和学术界的热点和难点问题，它不仅会对汽车的舒适性、环保性等性能造成严重影响，而且会严重损害产品的市场声誉，常常导致巨额损失。因此，制动器的摩擦尖叫控制水平成为汽车制动器设计开发水平的重要标志，备受业界高度重视。
汽车直线制动工况下发生的制动尖叫逐步建立了比较成熟的试验和仿真分析方法，尽管还存在难以解决的摩擦尖叫不确定性问题，但总体控制效果正在逐步满足业界的开发需求。但是，近年来，业界发现了很多汽车转向制动工况下的摩擦尖叫问题，有的汽车仅在转向制动工况下才发生尖叫，直线制动工况下反而不发生。转向制动工况下的制动尖叫与直线制动工况下的制动尖叫相比，存在较大的特性差异。转向制动尖叫的发生严重恶化了在城市交通环境下的汽车用户驾驶体验，导致严重的使用困扰。转向制动尖叫的抑制也对汽车整车和制动器造成巨大的困扰。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，该方法可以完全再现汽车转向工况下制动摩擦噪声现象，为解决噪声问题提供了新方法。
为实现上述目的，设计一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，具体的步骤如下：
(1)汽车转向工况下制动尖叫噪声整车道路试验：利用故障车辆在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行转向制动尖叫道路试验，辅以在线的车轮六分力、制动油压、方向盘转角、车轮转速、制动盘温度、底盘角关键部位振动加速度和噪声信号的同步测量；
(2)复现故障车转向制动尖叫现象，明确转向制动尖叫的具体发生工况，分析故障车尖叫发生的频率范围与声振特性，找出故障车直线行驶制动与转向行驶制动在尖叫特性和车轮六分力上的区别；
(3)汽车转向工况下制动尖叫噪声试验：利用制动器摩擦声、振耦合动力学试验设备，在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行底盘角系统转向制动尖叫试验，输入步骤(1)、步骤(2)中采集的车轮侧向力模拟转向制动工况下底盘角总成受力与变形状态，同时进行在线的制动油压、底盘角总成关键部位振动加速度与噪声的同步测量；
(4)复现转向制动尖叫现象，分析底盘角总成转向制动尖叫发生的频率范围与声振特性，根据尖叫噪声频率和制动器振型建立试验与步骤(1)、步骤(2)整车道路试验之间的联系；
(5)汽车转向工况下汽车制动尖叫噪声评估指标的确定：确定制定器尖叫噪声的频率范围、噪声声压级、尖叫发生率作为转向制动尖叫噪声的评估指标；
(6)汽车转向工况下制动尖叫噪声的关键因素分析：基于步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)、步骤(4)中得到的转向制动尖叫发生时的底盘角工作变形分析，进行转向制动噪音仿真模型与试验阵型匹配，调整仿真分析模型使其与试验一致，基于匹配好的转向制动噪音仿真分析模型进行影响因素计算，锁定影响转向制动尖叫的关键零部件，通过改变关键部件材料属性、摩擦衬片结构、消音片结构、摩擦特性、制动盘温度、减振器弹簧刚度、悬架衬套刚度、制动块结构等，并根据步骤(3)、步骤(4)中转向制动尖叫试验进行验证，分析转向制动尖叫噪声的关键影响因素；
(7)转向工况下汽车制动尖叫噪声的控制措施提出：基于步骤(6)中的关键因素分析结果，考虑成本因素及实施可行性，提出转向制动尖叫噪声的控制措施，通过改变关键零部件参数探究其对转向制动尖叫的影响，实现对转向制动尖叫的合理控制。
转向制动噪音仿真模型与试验之间模态匹配计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000021
其中MAC表示模态匹配度，
Figure BDA0002175792050000022
表示仿真模态阵型矩阵，
Figure BDA0002175792050000023
表示试验阵型矩阵，T表示矩阵转置，H表示矩阵共轭转置。
关键零部件的贡献因子计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000024
其中，#
其中，
Figure BDA0002175792050000026
表示对应于组件c的系统非稳定模态k，wc是质量因子，是组件c体积，N是组件的数目，nc是组件c的自由度数目。
组件模态贡献因子计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000031
其中，
Figure BDA0002175792050000032
表示组件c的第j阶固有频率，公式表示了c的第j阶模态对于系统非稳定模态k的贡献度。
转向噪音仿真分析动力学减缩模型计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000033
其中，[x]，[C]，[N]，μ分别是系统质量正则化后的加速度矩阵，位移矩阵，对称刚度矩阵，非对称刚度矩阵，摩擦系数。
本发明同现有技术相比，本发明开创性地提出了针对转向工况下制动尖叫噪声的试验研究方法，填补了转向制动尖叫的试验技术的空白，丰富和完善制动器摩擦尖叫理论和技术体系。
附图说明
图1为本发明噪声试验装置结构示意图。
图2为本发明评估方法流程示意图。
图3为车轮六分力测量数据示意图。
图4为制动器的声振特性图。
图5为噪声优化前后的发生概率示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，底座1上连接设有试验夹具2，所述的试验夹具2通过连接件连接转向节4的一侧，转向节4的另一侧通过制动盘5连接轮毂6的一侧；所述的转向节4的上部一侧通过弹簧3连接试验夹具2的顶部。
轮毂6的另一侧连接电机，轮毂6的外侧连接车轮负载模拟装置7，位于车轮负载模拟装置7的一侧连接气缸8。
如图2所示，一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，具体的步骤如下：
(1)汽车转向工况下制动尖叫噪声整车道路试验：利用故障车辆在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行转向制动尖叫道路试验，辅以在线的车轮六分力、制动油压、方向盘转角、车轮转速、制动盘温度、底盘角关键部位振动加速度和噪声信号的同步测量；
(2)复现故障车转向制动尖叫现象，明确转向制动尖叫的具体发生工况，分析故障车尖叫发生的频率范围与声振特性，找出故障车直线行驶制动与转向行驶制动在尖叫特性和车轮六分力上的区别；
(3)汽车转向工况下制动尖叫噪声试验：利用制动器摩擦声、振耦合动力学试验设备，在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行底盘角系统转向制动尖叫试验，输入步骤(1)、步骤(2)中采集的车轮侧向力模拟转向制动工况下底盘角总成受力与变形状态，同时进行在线的制动油压、底盘角总成关键部位振动加速度与噪声的同步测量；
(4)复现转向制动尖叫现象，分析底盘角总成转向制动尖叫发生的频率范围与声振特性，根据尖叫噪声频率和制动器振型建立试验与步骤(1)、步骤(2)整车道路试验之间的联系；
(5)汽车转向工况下汽车制动尖叫噪声评估指标的确定：确定制定器尖叫噪声的频率范围、噪声声压级、尖叫发生率作为转向制动尖叫噪声的评估指标；
(6)汽车转向工况下制动尖叫噪声的关键因素分析：基于步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)、步骤(4)中得到的转向制动尖叫发生时的底盘角工作变形分析，进行转向制动噪音仿真模型与试验阵型匹配，调整仿真分析模型使其与试验一致，基于匹配好的转向制动噪音仿真分析模型进行影响因素计算，锁定影响转向制动尖叫的关键零部件，通过改变关键部件材料属性、摩擦衬片结构、消音片结构、摩擦特性、制动盘温度、减振器弹簧刚度、悬架衬套刚度、制动块结构等，并根据步骤(3)、步骤(4)中转向制动尖叫试验进行验证，分析转向制动尖叫噪声的关键影响因素；
(7)转向工况下汽车制动尖叫噪声的控制措施提出：基于步骤(6)中的关键因素分析结果，考虑成本因素及实施可行性，提出转向制动尖叫噪声的控制措施，通过改变关键零部件参数探究其对转向制动尖叫的影响，实现对转向制动尖叫的合理控制。
转向制动噪音仿真模型与试验之间模态匹配计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000041
其中MAC表示模态匹配度，
Figure BDA0002175792050000042
表示仿真模态阵型矩阵，
Figure BDA0002175792050000043
表示试验阵型矩阵，T表示矩阵转置，H表示矩阵共轭转置。MAC越大，表示两个模态振型相关性越好。
关键零部件的贡献因子计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000051
其中，#
其中，
Figure BDA0002175792050000053
表示对应于组件c(比如制动盘，支架，壳体，摩擦片等)的系统非稳定模态k，wc是质量因子，是组件c体积，N是组件的数目，nc是组件c的自由度数目。该公式可计算每个部件对噪音模态的贡献因子，以确定哪个部件贡献最大。
组件模态贡献因子计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000054
其中，
Figure BDA0002175792050000055
表示组件c的第j阶固有频率，公式表示了c的第j阶模态对于系统非稳定模态k的贡献度。该公式可计算某部件的固有模态对噪音模态的贡献因子，以确定部件的哪一阶模态贡献最大。
转向噪音仿真分析动力学减缩模型计算公式是：#
Figure BDA0002175792050000056
其中，
Figure BDA0002175792050000057
[x]，[C]，[N]，μ分别是系统质量正则化后的加速度矩阵，位移矩阵，对称刚度矩阵，非对称刚度矩阵，摩擦系数。该公式为减缩模型计算公式，系统固有模态阶数即为自由度数，因此自由度数少，当系统参数发生变化时，该公式可以快速计算噪音发生的临界摩擦系数μ，根据临界摩擦系数的变化趋势，判断影响因素的有效性，从而为优化方案提供方向指导。
实施例：
如图2所示，包括以下步骤：
步骤一：利用故障车辆，在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行转向制动尖叫道路试验，采集方向盘转角、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(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)。复现故障车转向制动尖叫现象，分析故障车尖叫发生的频率范围与声振特性，找出故障车直线行驶制动与转向行驶制动尖叫特性、工况参数和轮胎六分力的区别。
车轮六分力传感器试验所获得的的工况参数如图3所示。
步骤二：在制动器惯量试验设备上，搭建车辆角总成的试验夹具，如图1所示，通过车辆模拟负载装置施加垂直力与侧向力，进行底盘角总成受力与变形状态的模拟。然后通过制动器惯量试验台控制转速、液压、盘温，结合在步骤一中采集到的的数据，在典型工况即不同转角、不同制动压力下进行底盘角系统转向制动尖叫台架试验，复现故障车转向制动尖叫现象，分析故障车转向制动尖叫发生的频率范围、声振特性和发生率，找出故障车直线制动工况与转向制动工况下制动尖叫特性、工况参数的区别，制动器的声振特性如图4所示。
步骤三：借鉴直线工况下制动尖叫的评价指标，确立转向制动尖叫的评价指标为噪声的频率范围、噪声声压级、尖叫发生率。
步骤四：基于步骤一和步骤二中得到的转向制动尖叫发生时的底盘角工作变形分析，进行转向制动噪音仿真模型与试验阵型匹配，调整仿真分析模型使其与试验一致，基于匹配好的转向制动噪音仿真分析模型进行影响因素计算，锁定影响转向制动尖叫的关键零部件，通过改变关键部件材料属性、摩擦衬片结构、消音片结构等，重复进行步骤二中转向制动尖叫台架试验，分析转向制动尖叫噪声的关键影响因素。
步骤五：根据转向工况下制动器尖叫噪声的整车试验和台架试验确定制动尖叫噪声的控制措施，通过增加制动钳刚度同时更改摩擦衬片结构的方法，使得制动尖叫发生率变小，转向工况下制动噪声特性得以改善，其改善结果如图5所示。

Claims (5)

1.一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，其特征在于：具体的步骤如下：
（1）汽车转向工况下制动尖叫噪声整车道路试验：利用故障车辆在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行转向制动尖叫道路试验，辅以在线的车轮六分力、制动油压、方向盘转角、车轮转速、制动盘温度、底盘角关键部位振动加速度和噪声信号的同步测量；
（2）复现故障车转向制动尖叫现象，明确转向制动尖叫的具体发生工况，分析故障车尖叫发生的频率范围与声振特性，找出故障车直线行驶制动与转向行驶制动在尖叫特性和车轮六分力上的区别；
（3）汽车转向工况下制动尖叫噪声试验：利用制动器摩擦声、振耦合动力学试验设备，在典型工况即不同转角、不同制动压力水平下进行底盘角系统转向制动尖叫试验，输入步骤（1）、步骤（2）中采集的车轮侧向力模拟转向制动工况下底盘角总成受力与变形状态，同时进行在线的制动油压、底盘角总成关键部位振动加速度与噪声的同步测量；
（4）复现转向制动尖叫现象，分析底盘角总成转向制动尖叫发生的频率范围与声振特性，根据尖叫噪声频率和制动器振型建立试验与步骤（1）、步骤（2）整车道路试验之间的联系；
（5）汽车转向工况下汽车制动尖叫噪声评估指标的确定：确定制定器尖叫噪声的频率范围、噪声声压级、尖叫发生率作为转向制动尖叫噪声的评估指标；
（6）汽车转向工况下制动尖叫噪声的关键因素分析：基于步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）、步骤（4）中得到的转向制动尖叫发生时的底盘角工作变形分析，进行转向制动噪音仿真模型与试验阵型匹配，调整仿真分析模型使其与试验一致，基于匹配好的转向制动噪音仿真分析模型进行影响因素计算，锁定影响转向制动尖叫的关键零部件，通过改变关键部件材料属性、摩擦衬片结构、消音片结构、摩擦特性、制动盘温度、减振器弹簧刚度、悬架衬套刚度、制动块结构等，并根据步骤（3）、步骤（4）中转向制动尖叫试验进行验证，分析转向制动尖叫噪声的关键影响因素；
（7）转向工况下汽车制动尖叫噪声的控制措施提出：基于步骤（6）中的关键因素分析结果，考虑成本因素及实施可行性，提出转向制动尖叫噪声的控制措施，通过改变关键零部件参数探究其对转向制动尖叫的影响，实现对转向制动尖叫的合理控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，其特征在于：转向制动噪音仿真模型与试验之间模态匹配计算公式是：
Figure 335099DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 201424DEST_PATH_IMAGE002
表示模态匹配度，
Figure 602450DEST_PATH_IMAGE003
表示仿真模态阵型矩阵，
Figure 212423DEST_PATH_IMAGE004
表示试验阵型矩阵，T表示矩阵转置，H表示矩阵共轭转置。
3.根据权利要求1所述的一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，其特征在于：关键零部件的贡献因子计算公式是：
Figure 369122DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 812873DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 294670DEST_PATH_IMAGE007
表示对应于组件c的系统非稳定模态k，
Figure 832967DEST_PATH_IMAGE008
是质量因子，是组件c体积，N是组件的数目，nc 是组件c的自由度数目。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，其特征在于：组件模态贡献因子计算公式是：
Figure 716610DEST_PATH_IMAGE009
其中，表示组件c的第j阶固有频率，公式表示了c的第j阶模态对于系统非稳定模态k的贡献度。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车转向工况制动噪声的试验与评估方法，其特征在于：转向噪音仿真分析动力学减缩模型计算公式是：
Figure 34776DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 111185DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 114913DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 900466DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 356855DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 236956DEST_PATH_IMAGE016
分别是系统质量正则化后的加速度矩阵，位移矩阵，对称刚度矩阵，非对称刚度矩阵，摩擦系数。
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