用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法技术

本发明专利技术涉及一种用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立汽车盘式制动器总成有限元分析模型，求解制动器总成在制动工况下的刚度、质量矩阵，计算出制动器总成在制动工况下的装配模态；S2：进行频率比对和振型比对，对所述汽车盘式制动器总成有限元分析模型进行修正；S3：对计算出的不稳定模态进行解耦分析；S4：计算两阶相邻模态的模态应变能，对应变能占比最高的零件进行改进，拉开两阶相邻模态的频率差值；对最终确定的优化方案进行有限元分析，直到不稳定模态消除，或者不稳定模态的模态阻尼比小于预设阈值，然后进行噪音试验验证直到噪音满足试验要求。直到噪音满足试验要求。直到噪音满足试验要求。

【技术实现步骤摘要】
用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法


[0001]本专利技术属于汽车盘式制动领域，涉及一种用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法。

技术介绍

[0002]制动器摩擦导致的制动啸叫对汽车的乘坐舒适性有着重要影响，是工业界和学术界面临的重点和难点问题。目前制动噪音开发更多的依赖国外的摩擦材料厂家改变配方来优化噪音。或者通过试错法改变制动块开槽、倒角位置来寻找规律，噪音开发方向比较盲目，开发周期长，制动噪音的产生激励很多，到目前为止，业内公认由于制动系统相邻模态的摩擦耦合是最可能是产生制动噪音产生的主要原因。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法，包括以下步骤：
[0006]S1：建立汽车盘式制动器总成有限元分析模型，求解制动器总成在制动工况下的刚度、质量矩阵，并将计算结果作为模态分析的输入计算出制动器总成在制动工况下的装配模态；
[0007]S2：进行频率比对和振型比对，如果频率和振型与试验存在的差异超出阈值，则对所述汽车盘式制动器总成有限元分析模型进行修正，直到计算结果满足要求；
[0008]S3：对计算出的不稳定模态进行解耦分析；
[0009]S4：确定不稳定模态的耦合成分后，计算出两阶相邻模态的模态应变能，对所述应变能占比最高的零件进行改进，拉开两阶相邻模态的频率差值；对最终确定的优化方案进行有限元分析，直到不稳定模态消除，或者不稳定模态的模态阻尼比小于预设阈值，然后进行噪音试验验证直到噪音满足试验要求。
[0010]进一步，所述步骤S1中具体包括：
[0011]使用通用有限元分析软件ANSYS建立汽车盘式制动器总成有限元分析模型；
[0012]在结构的运动方程中引入制动盘和制动块的摩擦耦合，使结构的刚度矩阵为非对称矩阵，求解非对称矩阵结构的特征值可能是复特征值，所述复特征值的实部代表结构的稳定性，虚部代表频率，实部与复特征值的模为模态阻尼比；
[0013]所述模态阻尼比越大表示模态越不稳定，当复特征值实部为正值则代表该阶模态为不稳定模态，所述不稳定模态是由两阶相邻的实模态在摩擦耦合的作用下耦合成1阶，在振动过程中这两阶模态振动形式相互干扰而产生自激振动；
[0014]复特征值实部值越大越不稳定，结构在振动过程中，振幅会随着时间成指数增长。
[0015]进一步，步骤S1具体包括以下步骤：
[0016]S11：使用通用有限元分析软件ANSYS对制动器3D模型进行数学离散处理，所述制动器3D模型包括制动钳总成、转向节总成、制动盘；
[0017]S12：给各个零部件的离散单元赋予材料参数：对于各项同性材料输入杨氏模量、泊松比、密度，；对于制动块这种各项异性材料则按照正交各项异性材料处理，输入实验测得的12个弹性常量：
[0018][0019]上式是正交各项异性材料应力、应变和弹性常量的关系，其中C
11
～C
66
为弹性常量，σ
x
、σ
y
、σ
z
分别为x轴、y轴、z轴方向上的应力，τ
xy
为x轴与y轴方向上的剪切应力，τ
yz
为y轴与z轴方向上的剪切应力，τ
zx
为z轴与x轴方向上的剪切应力，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为x轴、y轴、z轴方向上的应变，γ
xy
为x轴与y轴方向上的角应变，γ
yz
为y轴与z轴方向上的角应变，γ
zx
为z轴与x轴方向上的的角应变；
[0020]S13：通过建立零件与零件之间连接面单元的接触方程，来模拟零件与零件间载荷传递行为：
[0021][0022][0023]式中Fn表示法向接触力，Kn表示法向接触刚度，Un表示接触穿透量，Ft表示切向接触力，Kt表示切向接触刚度，Ut表示接触滑移距离，Un表示接触穿透量，u表示摩擦系数；
[0024]S14：在转向节与车身连接面节点定义约束：输入六个自由度的约束刚度，给结构中的螺栓简化梁单元实加螺栓预紧力模拟螺栓拧紧过程根据NVH实验工况定义制动载荷；
[0025]S15：使用ANSYS有限元软件求解制动器总成在制动工况下的结构的刚度矩阵、质量矩阵，所述刚度矩阵为各个节点受到的载荷与位移的关系，并将计算结果作为模态分析的输入计算出制动器总成在制动工况下的装配模态，在结构的运动方程中引入制动盘和制动块的摩擦耦合，使结构的刚度矩阵为非对称矩阵，求解非对称矩阵结构的特征值可能为复特征值，复特征值的实部代表结构的稳定性，虚部代表频率，实部与复特征值的模为模态阻尼比，实部为正的特征值为不稳定模态，振动随着时间成指数增加：
[0026][0027]式中{F}为制动面摩擦耦合引起的力：
[0028]{F}＝[K
F
]{μ}
[0029]式中[K
F
]为摩擦耦合刚度矩阵，表示{F}和节点位移{μ}的关系，[K
F
]是非对称的，得到：
[0030][0031]式中[K
‑
K
F
]是不对称的，不对称的刚度矩阵意味着系统的特征矩阵也是不对称的，使用ANSYS有限元软件非对称求解器求解特征的时候可能出现特征值实部为正值，同时求解出特征向量：
[0032]λ＝
‑
ζω
±
jω
d
[0033]如果为特征值实部
‑
ζω为正值，根据响应方程则系统由于振动随指数增长而不稳定：
[0034]x(t)＝Ae
‑
ζωt
sin(ω
d
t+φ)。
[0035]进一步，步骤S2中所述频率比对包括：将噪音试验中出现的噪音频率与分析得到的不稳定模态进行对比，如果频率差异在预设阈值以内，则认为频率相似度满足要求；
[0036]所述振型比对包括：在制动器总成上布置加速度传感器测点测得振动过程中测点的三个方向(X,Y,Z)的位移向量，并与不稳定模态中对应点的位移向量进行向量运算，计算结果达到预设阈值，则认为仿真计算出的振型与试验振型相似度满足要求；
[0037]当频率值、振型值与试验存在差异时，对汽车盘式制动器总成有限元分析模型的材料参数和边界条件进行修正：
[0038][0039]式中：{R
jk
},{R
lk
}分别代表仿真分析得到的位移向量、实测位移向量；如果{R
jk
},{R
lk
}之前存在线性相关则MAC的值接近于1，即计算出的模态振型与实际是完全一致的；反之如果两者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立汽车盘式制动器总成有限元分析模型，求解制动器总成在制动工况下的刚度、质量矩阵，并将计算结果作为模态分析的输入计算出制动器总成在制动工况下的装配模态；S2：进行频率比对和振型比对，如果频率和振型与试验存在的差异超出阈值，则对所述汽车盘式制动器总成有限元分析模型进行修正，直到计算结果满足要求；S3：对计算出的不稳定模态进行解耦分析；S4：确定不稳定模态的耦合成分后，计算出两阶相邻模态的模态应变能，对所述应变能占比最高的零件进行改进，拉开两阶相邻模态的频率差值；对最终确定的优化方案进行有限元分析，直到不稳定模态消除，或者不稳定模态的模态阻尼比小于预设阈值，然后进行噪音试验验证直到噪音满足试验要求。2.根据权利要求1是的用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法，其特征在于：所述步骤S1中具体包括：使用通用有限元分析软件ANSYS建立汽车盘式制动器总成有限元分析模型；在结构的运动方程中引入制动盘和制动块的摩擦耦合，使结构的刚度矩阵为非对称矩阵，求解非对称矩阵结构的特征值可能是复特征值，所述复特征值的实部代表结构的稳定性，虚部代表频率，实部与复特征值的模为模态阻尼比；所述模态阻尼比越大表示模态越不稳定，当复特征值实部为正值则代表该阶模态为不稳定模态，所述不稳定模态是由两阶相邻的实模态在摩擦耦合的作用下耦合成1阶，在振动过程中这两阶模态振动形式相互干扰而产生自激振动；复特征值实部值越大越不稳定，结构在振动过程中，振幅会随着时间成指数增长。3.根据权利要求1是的用于浮动式卡钳盘式制动器低频制动噪音的解决方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：S11：使用通用有限元分析软件ANSYS对制动器3D模型进行数学离散处理，所述制动器3D模型包括制动钳总成、转向节总成、制动盘；S12：给各个零部件的离散单元赋予材料参数：对于各项同性材料输入杨氏模量、泊松比、密度；对于制动块这种各项异性材料则按照正交各项异性材料处理，输入实验测得的12个弹性常量：上式是正交各项异性材料应力、弹性常量、应变的关系，其中C
11
～C
66
为弹性常量，σ
x
、σ
y
、σ
z
分别为x轴、y轴、z轴方向上的应力，τ
xy
为x轴与y轴方向上的剪切应力，τ
yz
为y轴与z轴方向上的剪切应力，τ
zx
为z轴与x轴方向上的剪切应力，ε
x
、ε
y
、ε
z
分别为x轴、y轴、z轴方向上的应变，γ
xy
为x轴与y轴方向上的角应变，γ
yz
为y轴与z轴方向上的角应变，γ
zx
为z轴与x轴
方向上的的角应变；S13：通过建立零件与零件之间连接面单元的接触方程，来模拟零件与零件间载荷传递行为：行为：式中Fn表示法向接触力，Kn表示法向接触刚度，Un表示接触穿透量，Ft表示切向接触力，Kt表示切向接触刚度，Ut表示接触滑移距离，Un表示接触穿透量，u表示摩擦系数；S14：在转向节与车身连接面节点定义约束：输入六个自由度的约束刚度，给结构中的螺栓简化梁单元实加螺...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐大鹏，
申请(专利权)人：南方天合底盘系统有限公司，
类型：发明
国别省市：