DE102013013382A1 - Method for optimizing stub axle-brake caliper combination for e.g. disk brake used for reducing or limiting speed of train, involves adapting spatial configuration of combination such that maximum deflection is reduced over frequency range - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerksoptimierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method for chassis optimization according to the preamble of
Bremsen dienen zur Verringerung oder Begrenzung der Geschwindigkeit von bewegten Maschinenteilen oder Fahrzeugen. Das Wirkprinzip typischer aus dem Stand der Technik bekannter Bremsen basiert auf der Umwandlung zugeführter Bewegungsenergie in Wärmeenergie mittels Reibung. Neben der Trommelbremse gilt dabei die Scheibenbremse als die in modernen Fahrzeugen am häufigsten genutzte Bauart.Brakes are used to reduce or limit the speed of moving machine parts or vehicles. The principle of operation of typical brakes known from the prior art is based on the conversion of supplied kinetic energy into thermal energy by means of friction. In addition to the drum brake, the disc brake is considered the most commonly used in modern vehicles.
Eine etwa von Personenkraftwagen, Fahrrädern, Motorrädern und Zügen bekannte Scheibenbremse weist eine auf der Radnabe des Fahrzeugs befestigte und somit auf einer Welle mitlaufende Bremsscheibe auf. An diese Bremsscheibe kann durch die Betätigung eines Bremspedals ein in einem Bremssattel liegender, mit Bremsbelägen versehener Bremsklotz beidseitig angepresst werden, um das entsprechend ausgerüstete Fahrzeug zu verzögern.A well-known from passenger cars, bicycles, motorcycles and trains disc brake has a mounted on the wheel hub of the vehicle and thus on a shaft rotating disc on. At this disc can be pressed on both sides by the operation of a brake pedal lying in a caliper, provided with brake pads on both sides to delay the vehicle equipped accordingly.
Problematisch ist dabei insbesondere bei Kraftfahrzeugen die durch den Anpressdruck des Bremsklotzes an die Bremsscheibe verursachte Geräuschentwicklung beim Bremsvorgang. So kann in spezifischen Fahrsituationen ein quietschendes Geräusch im Frequenzbereich von näherungsweise 2 kHz entstehen, das von Fahrzeuginsassen sowie anderen Verkehrsteilnehmern als unangenehm empfunden werden mag. Die akustischen Eigenschaften einer gattungsgemäßen Scheibenbremse können etwa durch das bauartbedingte Schwingungsverhalten des Bremssystems, etwaigen Rost auf den Bremsscheiben, fortschreitenden Verschleiß der Bremsbeläge oder eine besonders starke Bremsreibung beeinflusst werden.The problem is especially in motor vehicles caused by the contact pressure of the brake pad to the brake disc noise during braking. Thus, in specific driving situations, a squeaking noise in the frequency range of approximately 2 kHz may arise, which may be perceived by vehicle occupants and other road users as unpleasant. The acoustic properties of a generic disc brake can be influenced by the design-related vibration behavior of the brake system, any rust on the brake discs, progressive wear of the brake pads or a particularly strong brake friction.
So offenbart etwa
Weitgehend unberücksichtigt bleiben bei diesem Ansatz indes die bauartbedingten Eigenschaften anderer Bestandteile des Fahrwerks, die neben den Bremsbelägen einen maßgeblichen Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Gesamtanordnung ausüben können. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren zur Fahrwerksoptimierung verbesserte Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine ganzheitliche Betrachtung und Optimierung des Schwingungsverhaltens auszeichnen.However, largely ignored in this approach, the design-related properties of other components of the chassis, which can exert a significant influence on the vibration behavior of the overall arrangement in addition to the brake pads. The present invention therefore deals with the problem of providing improved embodiments for a method for chassis optimization, which are characterized in particular by a holistic view and optimization of the vibration behavior.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Geräuschentwicklung des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds mithilfe einer Amplitudenminimierung an der Anlagefläche des Bremsbelags zu verringern, die durch eine geeignete Anpassung der geometrischen Eigenschaften des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds innerhalb dessen konstruktiv bedingten maximalen Bauraums herbeigeführt wird. Dieser Optimierungsprozess wird dadurch ermöglicht oder zumindest erleichtert, dass der komplexe Achsschenkel-Bremssattel-Verbund strukturmechanisch in einer Weise zerlegt wird, die eine Ermittlung seiner Strukturantwort auf analytischem Wege mit moderatem Aufwand gestattet. Ressourcenintensive Eigenwertanalysen oder Integrationen im Zeitbereich, wie sie die Geräuschsimulation nach dem Stand der Technik prägen, werden somit in der Regel entbehrlich.The invention is based on the general idea to reduce the noise of the steering knuckle-caliper composite by means of an amplitude minimization of the contact surface of the brake pad, which is brought about by a suitable adjustment of the geometric properties of the steering knuckle-caliper assembly within its constructive maximum space. This optimization process is thereby made possible or at least facilitated by structurally breaking down the complex steering knuckle-brake caliper assembly in a manner that allows the determination of its structural response analytically with moderate effort. Resource-intensive eigenvalue analyzes or integrations in the time domain, as they characterize the noise simulation according to the prior art, thus become generally unnecessary.
Zur empirischen Untermauerung und Präzisierung des Ergebnisses kann zusätzlich eine Messung des durch den Verbund erzeugten Schalldrucks auf dem Prüfstand erfolgen, in deren Rahmen die Frequenz der an der beschriebenen Position eingeleiteten Kraft innerhalb desjenigen Frequenzbereichs variiert wird, für welchen bereits die Strukturantwort analytisch ermittelt wurde.To empirically substantiate and specify the result, a measurement of the sound pressure generated by the composite on the test bench can additionally be carried out, within which the frequency of the force introduced at the described position is varied within that frequency range for which the structural response has already been determined analytically.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Messpunkt dabei in der Umgebung der Bremsscheibe des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds gewählt. Die Messung konzentriert sich somit auf einen klar umgrenzten räumlichen Bereich, welcher als primärer Ursprungsort eines besonders unangenehm empfundenen Quietschgeräuschs bekannt ist.According to an advantageous embodiment of the measuring point is chosen in the vicinity of the brake disc of the steering knuckle-caliper composite. The measurement thus focuses on a clearly defined spatial area, which is known as the primary place of origin of a particularly uncomfortable squeaking noise.
Zu diesem Zweck empfiehlt sich eine weiche Lagerung des Achsschenkels an dessen zur Verbindung mit dem übrigen Fahrwerk vorgesehenen Befestigungspunkten. Unerwünschte Lagerungseinflüsse auf das angestrebte Messergebnis lassen sich so weitgehend vermeiden. For this purpose, a soft bearing of the steering knuckle is recommended at its provided for connection to the rest of the landing gear attachment points. Unwanted bearing influences on the desired measurement result can thus be largely avoided.
Der Berechnung der Strukturantwort kann dabei ein abgegrenztes Teilsystem des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds zugrunde gelegt werden, welches die kombinierte Masse des Bremssattels und des Bremsbelags umfasst. Dieser Ansatz basiert auf einem vereinfachten Ersatzmodell des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds, das eine isolierte Betrachtung der Energiequelle der Selbsterregung des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds zur Ableitung geeigneter Handlungsempfehlungen für die Optimierung des Gesamtsystems erlaubt.The calculation of the structure response may be based on a demarcated subsystem of the knuckle-caliper composite, which comprises the combined mass of the caliper and the brake pad. This approach is based on a simplified replacement model of the knuckle-brake caliper assembly, which allows isolated consideration of the energy source of self-excitation of the steering knuckle-caliper assembly to derive appropriate action recommendations for optimizing the overall system.
Vorzugsweise ist das der Berechnung der Strukturantwort und optionalen Messung der Schallentwicklung zugrunde gelegte Frequenzspektrum zu diesem Zweck so gewählt, dass es die akustisch als besonders störend wahrgenommene Frequenz von 2 kHz umfasst. Rechen- und gegebenenfalls Vermessungsaufwand lassen sich so in pragmatischer Weise auf einen Ausschnitt konzentrieren, welcher den in höchstem Maße relevanten Frequenzbereich des besagten Quietschgeräuschs im Wesentlichen vollständig berücksichtigt.For this purpose, the frequency spectrum on which the structural response and optional measurement of the sound development are based is preferably chosen such that it includes the acoustically perceived as particularly disturbing frequency of 2 kHz. Computing and, if necessary, surveying effort can thus be pragmatically focused on a section which substantially completely takes into account the most relevant frequency range of said squealing noise.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,
Das modellierte Teilsystem
An einer in
Betrachtet man das Modell der
Der Fachmann wird so in die Lage versetzt, unter den beschriebenen Gesichtspunkten die Geometrie des Achsschenkel-Bremssattel-Verbunds
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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CN113627046A (en) * | 2021-07-12 | 2021-11-09 | 许昌许继风电科技有限公司 | Fan yaw brake disc modeling and ultimate strength checking method |
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