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基于接触重度的汽车制动尖叫研究与优化
| 论文题名： | 基于接触重度的汽车制动尖叫研究与优化 |
| 关键词： | 汽车制动尖叫;盘式制动器;接触重度;响应面优化;台架试验 |
| 摘要： | 随着社会现代化和汽车工业的高速发展，人们逐渐选择汽车作为出行的工具，并且对汽车舒适性和安全性的要求也逐渐变高。其中，汽车制动系统的噪声问题不仅会对乘客带来极大的困扰，还会影响制动系统的安全性，因此，对汽车制动系统噪声的研究具有重要意义。 本文基于一款乘用车的实体浮钳盘式制动器，建立了对应的三维模型和有限元模型，并进行了复模态分析和台架试验分析，验证了有限元模型的有效性。结合前人所做的制动噪声相关的研究，提出“接触重度”(Contactoverlapdegree)的机理，即制动盘—块摩擦接触的重合度对制动噪声的影响，通过建立面弹簧式分布的制动器分析模型遴选出对接触重度的关键影响因素并进行了复模态分析。通过对接触重度不对称性和不均匀的分析对制动器零部件的结构进行了改进，最后利用响应面法对所分析的影响因素进行了综合分析和优化，最终大幅降低了制动系统发生制动尖叫的倾向。 首先，建立制动器三维模型并在有限元软件ANSYS/Workbench进行了有限元模型的搭建。设定基准方案并对制动系统的有限元模型进行了复模态分析，在噪声试验台上进行与基准方案相同参数的台架试验，对比台架试验的结果与复模态分析的仿真结果，验证了制动系统有限元模型的有效性，可以用来进行下一步的分析。 其次，提出接触重度并基于这一机理对制动噪声影响因素进行了分析。通过建立的制动器面弹簧接触的制动器分析模型对接触面上的接触重度进行分析，遴选出制动尖叫的关键因素分别为摩擦系数、制动压力、制动盘片的弹性模量，并通过更改所建立的有限元模型进行关键因素的复模态分析以确定对制动系统稳定性的影响。 再次，通过对接触重度分布的不对称和不均匀性进行分析进行了零部件结构的改进。并基于接触重度的不对称性设计了制动背板的结构设计方案，使制动背板上制动压力的分布更加均匀，降低了制动噪声的倾向；基于接触重度分布的不均匀性进行了摩擦衬片的结构设计，使制动摩擦片在摩擦力方向受力更加均匀，有利于制动噪声的降低；并通过有限元模型的复模态分析验证了改进结构的有效性。 最后，选取对制动系统稳定性影响最大的因素进行综合考虑的响应面优化设计。选取摩擦系数、制动盘弹性模量以及摩擦衬片凹槽角度为设计变量，制动系统的不稳定系数为响应值，设定三因素三水平的优化方案，寻找使不稳定系数最小对应的设计变量的大小。通过求解响应面二次响应面函数，选定了最佳优化方案，并通过复模态分析进行了响应面优化方案的验证，最终使制动尖叫的倾向由初始的23.54降低到了10.85，大幅减少了制动尖叫出现的概率。 |
| 作者： | 张晓曼 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 潘公宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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