CN114608769A - 制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统、方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统、方法，其中，制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统包括：激振器、卡钳与制动背板总成、位移传感器、激振力采集模块、接触刚度处理装置；激振器用于对卡钳与制动背板总成施加动态激振力；激振力采集模块用于采集制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至接触刚度处理装置；位移传感器用于检测卡钳与制动背板总成因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至接触刚度处理装置；接触刚度处理装置用于基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成的接触刚度，本申请能够测量制动器零部件间的接触刚度，即获取制动卡钳和制动背板接触刚度。

Description

制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统、方法

技术领域

本申请涉及制动系统领域领域，具体而言，涉及一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统、方法。

背景技术

目前，制动系统作为现代乘用车不可缺少的部分，是车辆行驶安全性的保障系统。除了安全性能外，市场用户对制动过程舒适性关注度日益提升，降低汽车低频制动鸣音的发生频率有助于提升制动舒适性。现有的测试技术为制动器各零部件的单品模态测试。制动器各零部件的模态测试又分为自由模态测试和约束模态测试，其测试方式均是通过激振器给零件一个输入信号让其产生自激振动进而获取其固有频率或特定约束条件下的频率，目的是提前杜绝零部件之间的模态耦合，在量产前期对零部件进行优化，以减少制动鸣音的发生。

然而，现有测试技术仅通过现有零部件的单品模态测试方法无法获取接触刚度参数。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统、方法，用以测量制动器零部件间的接触刚度，即获取制动卡钳和制动背板接触刚度。

为此，本申请第一方面公开一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其中，所述系统包括：激振器、卡钳与制动背板总成、位移传感器、激振力采集模块、接触刚度处理装置；

所述激振器所述卡钳与制动背板总成连接，用于对所述卡钳与制动背板总成施加动态激振力；

所述激振力采集模块与所述接触刚度处理装置电性连接，用于采集所述制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至所述接触刚度处理装置；

所述位移传感器安装于所述卡钳与制动背板总成处，与所述接触刚度处理装置电性连接，所述位移传感器用于检测所述卡钳与制动背板总成因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至所述接触刚度处理装置；

所述接触刚度处理装置用于基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果计算所述卡钳与制动背板总成的接触刚度。

在本申请第一方面中，激振器与卡钳与制动背板总成连接，对卡钳与制动背板总成施加动态激振力；激振力采集模块与接触刚度处理装置电性连接，用于采集制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至接触刚度处理装置；位移传感器安装于卡钳与制动背板总成处，与接触刚度处理装置电性连接，位移传感器用于检测卡钳与制动背板总成因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至接触刚度处理装置，这样一来，接触刚度处理装置能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成的接触刚度。

与现有技术相比，由于制动器内部阻尼原件及结构特点导致零件单品在装配为总成后出现非线性特征，而且汽车低频制动鸣音的产生不仅与零部件的单品模态有关，还与各零部件在接触面处的力学响应有关，因此，现有的单品模态无法准确表征装配约束状态下的动态特性，即无法准确地获取零部件间的接触刚度，而本申请能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成的接触刚度。

与此同时，汽车零部件如卡钳和制动背板在工作中的相对位移很小，对传感器的测试精度要求高这一障碍也阻碍了本领域普通技术人员对卡钳和制动背板总成的接触刚度进行测量，而本申请克服了这一障碍，进而能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成的接触刚度，进而能够测定零部件约束条件下连接对动态性能，从而便于把握制动器内制动背板和卡钳接触对动态性能、指导零部件生产一致性管控、推进高精度仿真模型标定工作，通过仿真分析手段，指导零部件动态性能优化、积累动态性能参数特性数据库，推导经验公式指导制动器相关动态性能设计，提高车辆制动舒适性。

在本申请第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述系统还包括位移数据采集模块；

所述位移数据采集模块与所述位移传感器电性连接，并与所述接触刚度处理装置电性连接，用于将所述位移采集结果发送至所述接触刚度处理装置。

在本可选的实施方式，通过位移数据采集模块，接触刚度处理装置能够接收位移采集结果。

在本申请第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述系统还包括汽车整车测试台架，所述汽车整车测试台架用于固定所述卡钳与制动背板总成所在的车辆。

在本可选的实施方式中，通过整车测试台架可固定所述卡钳与制动背板总成所在的车辆，以便于采集激振力和位移。

在本申请第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述卡钳与制动背板总成包括制动背板，所述激振器与所述制动背板的中心处连接。

在本申请第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述位移传感器安装于所述制动背板的中心处。

在本申请第一方面中，作为一种可选的实施方式，所述位移传感器为电涡流位移传感器。

本申请第二方面公开一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，其所述方法应用于本申请第一方面的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统中，所述方法包括：

基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，所述第一计算式为：

其中，m为制动背板的质量，x为所述制动背板的位移，k为需要求解的所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，F(t)为激振力。

在本可选的实施方式中，通过第一计算式可计算卡钳与制动背板总成的接触刚度。

在本申请第二方面中，作为一种可选的实施方式，在所述基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度之前，所述方法还包括：

基于第二计算式计算所述制动背板的位移，所述第二计算式为：

在本可选的实施方式，通过第二计算式可计算制动背板的位移。

在本申请第二方面中，作为一种可选的实施方式，所述基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，包括：

获取拟合误差；

基于所述拟合误差、所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度。

在本申请第二方面中，作为一种可选的实施方式，所述拟合误差为:

其中，δ表示所述拟合误差，t_i表示集合[t₁,t₂,...,t_n]中第i个元素，所述x_i表示集合[x₁，x₂，...，x_n]中第i个元素，所述集合[t₁,t₂,...,t_n]和所述集合[x₁，x₂，...，x_n]构成所述制动背板的时间位移响应。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例公开一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统的架构示意图；

图2是本申请实施例公开一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法的流程示意图；

其中，附图标记为：激振器1、汽车整车测试台架2、卡钳与制动背板总成3、位移传感器4、激振力采集模块5、位移数据采集模块6、接触刚度处理装置7。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参阅图1，图1是本申请实施例公开的一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统的架构示意图，其中，如图1所示，本申请实施例的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统包括：激振器1、卡钳与制动背板总成3、位移传感器4、激振力采集模块5、接触刚度处理装置7；激振器1卡钳与制动背板总成3连接，用于对卡钳与制动背板总成3施加动态激振力；激振力采集模块5与接触刚度处理装置7电性连接，用于采集制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至接触刚度处理装置7；位移传感器4安装于卡钳与制动背板总成3处，与接触刚度处理装置7电性连接，位移传感器4用于检测卡钳与制动背板总成3因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至接触刚度处理装置7；接触刚度处理装置7用于基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成3的接触刚度。

在本申请实施例中，激振器1卡钳与制动背板总成3连接，对卡钳与制动背板总成3施加动态激振力；激振力采集模块5与接触刚度处理装置7电性连接，用于采集制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至接触刚度处理装置7；位移传感器4安装于卡钳与制动背板总成3处，与接触刚度处理装置7电性连接，位移传感器4用于检测卡钳与制动背板总成3因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至接触刚度处理装置7，这样一来，接触刚度处理装置7能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成3的接触刚度。

与现有技术相比，由于制动器内部阻尼原件及结构特点导致零件单品在装配为总成后出现非线性特征，而且汽车低频制动鸣音的产生不仅与零部件的单品模态有关，还与各零部件在接触面处的力学响应有关，因此，现有的单品模态无法准确表征装配约束状态下的动态特性，即无法准确地获取零部件间的接触刚度，而本申请能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成3的接触刚度。

与此同时，汽车零部件如卡钳和制动背板在工作中的相对位移很小，对传感器的测试精度要求高这一障碍也阻碍了本领域普通技术人员对卡钳和制动背板总成的接触刚度进行测量，而本申请克服了这一障碍，进而能够基于激振力采集结果和位移采集结果计算卡钳与制动背板总成3的接触刚度，进而能够测定零部件约束条件下连接对动态性能，从而便于把握制动器内制动背板和卡钳接触对动态性能、指导零部件生产一致性管控、推进高精度仿真模型标定工作，通过仿真分析手段，指导零部件动态性能优化、积累动态性能参数特性数据库，推导经验公式指导制动器相关动态性能设计，提高车辆制动舒适性。

在本申请实施例中，如附图1所示，汽车整车固定在测试台架上，保证整车的制动和加速功能正常,而卡钳与制动背板总成3处于整车的制动器中。激振器1与制动背板中心处相连接，位移传感器4安装在制动背板的中心处，激振力采集模块5和位移数据采集模块6分别采集制动背板的激振力和位移，随后输出给接触刚度处理装置7(内含接触刚度处理算法)完成接触刚度的计算和输出。

测试时，对卡钳与制动背板总成3所在的制动系统施加低频鸣音产生时的制动油压，同时该处的制动盘以恒定转速转动，以模拟汽车正常行驶的制动工况。制动油压推动卡钳和制动背板接触，使卡钳和制动背板总成在水平方向处于平衡状态，进而通过激振器1对卡钳和制动背板总成施加动态激振力，该激振力大小输出至激振力采集模块5中，而位移传感器4采集因激振力产生的制动背板的位移，输出至位移数据采集模块6中。采集到的激振力信息和位移信息输入至接触刚度处理装置7(内含接触刚度处理算法)。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，系统还包括位移数据采集模块6；

位移数据采集模块6与位移传感器4电性连接，并与接触刚度处理装置7电性连接，用于将位移采集结果发送至接触刚度处理装置7。

在本可选的实施方式，通过位移数据采集模块6，接触刚度处理装置7能够接收位移采集结果。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，系统还包括汽车整车测试台架2，汽车整车测试台架2用于固定卡钳与制动背板总成3所在的车辆。

在本可选的实施方式中，通过整车测试台架可固定卡钳与制动背板总成3所在的车辆，以便于采集激振力和位移。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，卡钳与制动背板总成3包括制动背板，激振器1与制动背板的中心处连接。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，位移传感器4安装于制动背板的中心处。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，位移传感器4为电涡流位移传感器4。

此外，本申请实施例还公开一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，该方法应用于本申请实施例的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统中，具体地，请参阅图2，图2是本申请实施例公开的一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法的流程示意图，如图2所示，本申请实施例的制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法包括以下步骤：

101、获取激振力采集结果和位移采集结果；

102、基于激振力采集结果和位移采集结果求解第一计算式，并得到卡钳与制动背板总成的接触刚度，第一计算式为：

其中，m为制动背板的质量，x为制动背板的位移，k为需要求解的卡钳与制动背板总成的接触刚度，F(t)为激振力。

在本可选的实施方式中，通过第一计算式可计算卡钳与制动背板总成的接触刚度。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，在基于激振力采集结果和位移采集结果求解第一计算式，并得到卡钳与制动背板总成的接触刚度之前，方法还包括：

基于第二计算式计算制动背板的位移，第二计算式为：

本可选的实施方式通过第二计算式可计算制动背板的位移。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，基于激振力采集结果和位移采集结果求解第一计算式，并得到卡钳与制动背板总成的接触刚度，包括：

获取拟合误差；

基于拟合误差、激振力采集结果和位移采集结果求解第一计算式，并得到卡钳与制动背板总成的接触刚度。

在本申请实施例中，作为一种可选的实施方式，拟合误差为:

其中，δ表示拟合误差，t_i表示集合[t₁,t₂,...,t_n]中第i个元素，x_i表示集合[x₁，x₂，...，x_n]中第i个元素，集合[t₁,t₂,...,t_n]和集合[x₁，x₂，...，x_n]构成制动背板的时间位移响应。

在本申请实施例中，第一计算式的具体求解过程为：

式中，m为制动背板的质量，x为制动背板的位移，k为需要求解的卡钳与制动背板的接触刚度，F(t)为激振力，其形式可表示成:

F(t)＝Fcosω_pt，ω_p是激振力的输入频率。

转化式(1)为式(2)的形式：

式(2)齐次方程的通解为

代入式(2)可得

则有k＝mω²，式(2)非齐次方程的特解为x^*＝acosω_pt+bsinω_pt，代入式(2)可得：

则有

b＝0，故特解为

制动背板位移表达式为

上式中存在三个待定系数，分别为A、

和k，其中k为所关注的接触刚度。通过激振力采集模块获得激振力幅值F和加载频率ω_p，通过位移数据采集模块获取制动背板的时间位移响应[t₁,t₂,...,t_n]及[x₁,x₂,...,x_n]，结合

的表达式，经过接触刚度处理装置中内置的拟合算法模块处理，即可快速求出所有待定系数的值。该拟合算法原理如下：令拟合误差

要使δ取最小值，则其对A、

和k的偏导数均为0，即

联立该方程组即可求解出卡钳和制动背板的接触刚度k。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述系统包括：激振器、卡钳与制动背板总成、位移传感器、激振力采集模块、接触刚度处理装置；

所述激振器所述卡钳与制动背板总成连接，用于对所述卡钳与制动背板总成施加动态激振力；

所述激振力采集模块与所述接触刚度处理装置电性连接，用于采集所述制动背板的激振力并将激振力采集结果发送至所述接触刚度处理装置；

所述位移传感器安装于所述卡钳与制动背板总成处，与所述接触刚度处理装置电性连接，所述位移传感器用于检测所述卡钳与制动背板总成因述激振力产生的位移，并将位移采集结果发送至所述接触刚度处理装置；

所述接触刚度处理装置用于基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果计算所述卡钳与制动背板总成的接触刚度。

2.如权利要求1所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述系统还包括位移数据采集模块；

所述位移数据采集模块与所述位移传感器电性连接，并与所述接触刚度处理装置电性连接，用于将所述位移采集结果发送至所述接触刚度处理装置。

3.如权利要求1所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述系统还包括汽车整车测试台架，所述汽车整车测试台架用于固定所述卡钳与制动背板总成所在的车辆。

4.如权利要求1所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述卡钳与制动背板总成包括制动背板，所述激振器与所述制动背板的中心处连接。

5.如权利要求4所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述位移传感器安装于所述制动背板的中心处。

6.如权利要求1所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统，其特征在于，所述位移传感器为电涡流位移传感器。

7.一种制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-6任一项所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试系统中，所述方法包括：

基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，所述第一计算式为：

其中，m为制动背板的质量，x为所述制动背板的位移，k为需要求解的所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，F(t)为激振力。

8.如权利要求7所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，其特征在于，在所述基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度之前，所述方法还包括：

基于第二计算式计算所述制动背板的位移，所述第二计算式为：

9.如权利要求7所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，其特征在于，所述基于所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度，包括：

获取拟合误差；

基于所述拟合误差、所述激振力采集结果和所述位移采集结果求解所述第一计算式，并得到所述卡钳与制动背板总成的接触刚度。

10.如权利要求9所述的制动卡钳和制动背板接触刚度测试方法，其特征在于，所述拟合误差为:

其中，δ表示所述拟合误差，t_i表示集合[t₁,t₂,...,t_n]中第i个元素，所述x_i表示集合[x₁，x₂，...，x_n]中第i个元素，所述集合[t₁,t₂,...,t_n]和所述集合[x₁，x₂，...，x_n]构成所述制动背板的时间位移响应。

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