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原文传递通风盘式制动器制动抖动分析与结构优化

论文题名：	通风盘式制动器制动抖动分析与结构优化
关键词：	汽车通风盘式制动器;冷抖动;热抖动;结构优化;响应面法
摘要：	如今，汽车的舒适性和安全性已成为汽车制造商为确保其产品在市场上的竞争力而制定的首要任务之一。有一些与车辆安全相关的部件或系统，有时可能会给驾驶员和乘客带来不适感。而制动器是其中会产生噪声和振动问题的部件之一，因此，汽车工程师在设计阶段就面临着如何控制和减少该问题的艰巨挑战。制动抖动属于制动系统噪声和振动问题中的一种，相比于其它类型的振动噪声问题，制动抖动对车辆行驶安全和驾乘舒适性具有更严重的影响，因此，有必要对汽车制动系统的抖动问题进行深入研究。　　本文将某款乘用车使用的浮钳通风盘式制动器作为研究对象，针对冷抖动问题，建立了制动器弹簧接触动力学模型，研究了制动盘厚薄差（DTV）与制动压力波动（BPV）和制动力矩波动（BTV）之间的关系，并结合台架试验验证了动力学模型的有效性。通过模型推导找出影响力矩波动的关键因素，并进行仿真分析。对于热抖动问题，建立了具有初始厚薄差的制动器有限元模型进行仿真分析，并对不同制动初始条件和制动工况下的制动盘变化特性进行了分析。为了改善制动抖动现象，采用响应面法建立近似模型结合优化算法对制动器进行了结构优化。　　首先，阐述了制动抖动的基础理论知识，对浮钳通风盘式制动器的结构进行了简要介绍，着重分析了制动抖动产生的机理，根据前人研究总结出制动盘的厚薄差增大是造成制动抖动的直接原因，并从振源方面介绍了影响制动抖动的因素。　　其次，搭建制动盘与制动块之间采用面与面接触的制动器弹簧接触的八自由度动力学模型，然后将试验测得的制动盘厚薄差作为制动块的轴向位移输入，仿真分析制动盘厚薄差与制动压力和力矩波动之间的关系。通过推导的制动力矩波动公式找出影响力矩波动的关键因素，遴选出的关键影响因素分别为接触刚度、摩擦系数、制动盘厚薄差，并通过动力学仿真分析进行关键因素不同取值对应的制动力矩波动的影响分析。　　再次，基于建立的制动器简化三维模型，使用有限元软件建立了具有初始厚薄差的制动器模型，设置制动工况为常规制动，仿真计算了制动盘的温度、变形及制动力矩变化情况，并与不存在初始厚薄差的制动器模型的结果进行了对比分析。通过设置不同取值的制动初速度、制动初始温度以及初始厚薄差，对不同制动初始条件下的制动盘变化特性进行了分析。并通过对紧急制动工况进行计算，研究了不同工况下的制动盘变化特性。　　最后，采用响应面法建立近似模型对制动器结构进行多目标优化设计。将制动盘的单侧厚度、散热筋宽度、盘帽高度以及摩擦片厚度作为优化变量，制动盘的翘曲变形和力矩波动量作为优化目标，采用Box-Behnken试验设计法进行优化方案的设计。通过对构建的二阶响应面函数进行求解，获得了最佳优化设计方案，并通过仿真分析验证了优化效果。
作者：	冯雅琪
专业：	动力工程及工程热物理
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：	2022