汽车盘式刹车尖的模拟和经验.doc

汽车盘式刹车尖的模拟和经验文摘制动相关保修成本是主要关心的问题。汽车工业。很大一部分是由于这些成本噪声,特别是由于制动尖叫的投诉。电脑辅助工程解决吸引了很多的注意力从工程为更有效开发社区制动产品发展。最近,三个制动尖叫问题分析方法实施的阀瓣类型车辆制动器程序在福特。本文总结了结果经验在和文件得到实施在车辆CAE的过程。介绍制动尖叫问题是松散定义为一个自激振动噪音的任何地方,从1千赫至16千赫(或听不见观察者)的限制。处理的传统方法带刹车噪声问题很大程度上是实验-基于试验和错误。实验包括测试公路以及受控条件下测功器使用刹车。一些最近出版的工作,可以发现,在文献1,2。实验技术总是要来确定的不仅主观质量(声音质量)噪音,但也出现(位置、环境因素引起的和车辆、频率、周期条件等)强度(声压等级、响度等等)。然而,实验技术是昂贵的时使用在一个试验和错误在产品开发基础上过程中去,但仍有可能不提供一个清晰的认识这种现象。这是特别真实如刹车由于高度non-repeatable尖的自然刹车尖叫。CAE模拟可以有相当大的帮助刹车设计/开发,只要抓住了复杂的动力学问题足够准确在一段合理的时间,所以上任提供设计建议,从而解决问题减少依赖硬件建立和测试传统上,使用复杂的特征值分析集中参数3,4假设模态以及有限元模型5的方法选择已经被捕获转子耦合动力学和垫。一个更模态方法简单的了算例系统的6。最近,更先进的非线性有限元仿真技术报道7制动器设计和执行的蓬勃发展8。摘要本文概括的结果和经验在实施更传统的正常模式和复杂的特征值分析一种新开发的非线性瞬态分析车辆程序在福特。作为一个部分的内部开发,提高了瞬态分析方法工作实验设计(DOE)分析的设置。这增强帮助识别关键的参数及其最佳组合为有效降低刹车尖叫。DOE技术细节和结果记载了et.陪同胡锦涛SAE铝。9。项目内容在福特,形成一个制动噪声团队实施CAE方法对车辆项目。整个球队都在两个主要的努力:一是下产生测试数据控制状况;另一个办法就是培养学生的分析方法/工具的时间域(瞬态分析)与频域特征值方法(复杂)利用有限元分析模型。尖叫的声音数据在四种不同材料在不同浸操作条件被收集。摩擦性能相同的四个垫衬测定使用小样本测试,和正交各向异性弹性性质测定的。一个惯性制动测功机测量噪声的一部分尖的分析验证。噪声检测也是介面做的证明的理由。一些声音的质量和时间/频率分析技术用于更好的理解尖叫的现象。分析方法三个独立的工具的实施进行了分析对制动尖叫问题;他们都使用有限元方法。摘要本文对结果并记录了经验在推行这三种方法。a。非线性瞬态分析b。模态与模态锁定/运动学约束理论c。复杂特征值分析共有三种方法是一些假设。没有方法可以预测,在噪声直接方法(a)和(c),把重点放在振动转子-它是假定,在产生噪音的方法(b),把重点放在可能转子耦合关系和衬垫的振动。实验表明,这是后来一个有效的假设,在正常的加速度卡钳和尖测量声压等级附近的制动系统相匹配的频率。这是同样假定该材料的性能组件不改变存续期间,尖叫。考虑摩擦(两个)是这三种方法假设是历史的独立和功能滑动速度与接触压力而已。第二节简要介绍的方法。这温度分布的影响在垫表面上材料的属性被忽视由于缺乏数据可以在实施。简短的描述分析方法图1中指出了有限元模型的制动系统。利用固体部件进行了元素和系统的复杂度装配多样根据分析方法。图1。制动系统有限元模型显示转子支架,卡尺,锚和护垫(5400元素节点),9400年控制方程描述的物理学给出了制动系统振动如下。在这里,M和K是质量矩阵和刚度矩阵该系统包括来自组装转子装配,卡尺、垫;K代表刚度矩阵,并给出了衬砌,K代表垫耦合转子之间由于垫和摩擦系数,m,一般认为是一个函数滑动速度v,接触压力p,和其他因素如温度T和湿度h对外力量是由于制动液压力。(一)非线性瞬态分析8,9-装配模型分析组成的转子,在游标卡尺、衬板、和与支持支架通过引导钳锚定针。这绝缘体的背上背衬板或槽(s)/在chamfers垫衬在底线。不模仿版本。该系统有两个锚支架施工位置。应用的制动压力通过流体弹簧和恒角速度兴奋提出了转子的中心假设刚体旋转的转子不改变的期间仿真的时期。该分析方法使用一个福特内部明确短暂有限元分析方法,使用了一个点球接触表面。激励是一个持续的转子旋转(角速度)和一个步制动压力。输出由时间在任何一个节点的振动响应。这响应可以转化为时间频率域名测试数据。这个方法使用一个特殊版本编码,适应摩擦系数为一个非线性滑动速度和联系的功能压力。温度对摩擦的影响也可以得到满足,但是却没有实现对结果进行分析由于缺乏数据。一个明显的优势的代码是复杂的处理摩擦接触吗?允许完成或破坏的表面直接接触,以便捕捉界面的几何non-linearities更为精确。在有限元建模,除了标准的良好的建模实践,最小的元素的尺寸应足够大来提高计算效率。同时,接触表面可以定义只在在rotor-pad摩擦界面的锚支架/底盘接触区域。(b)组件采用模态模态锁定理论6这个方法考核自由自由空腔仅算动力学基本刹车成分:转子和垫。预测尖的频率是基于转子的倾向夫妇、垫层模式由于摩擦而彼此。把重点放在那些模式可能的一对。这种方法建立在运动学制约理论,这说明了不稳定的机制(如聚合/扑动,差异的角度动态弹性体系的根源。转子和垫/支持板模式,即接近进行辨识。选择候选人的“可能”是一个很重要的经验。捕捉准确、theorthotropic衬垫的动态弹性性能,用于测量该模型。在该方法的优点是明显的由于时间短转身降低复杂性建模和分析。关键是要将正交各向异性绞车刹带性能捕捉内部横向动力方向。(c)复杂的本征值法10-第三层方法用NASTRAN软件实现可以提供瞬态分析以及复杂的根源制动系统模型,并使用了一个非常相似的人用于非线性瞬态法(a)。介绍了摩擦是作为一个耦合关系在正常的自由度及切向在每个节点的方向垫/转子接触。关键是解决问题的一部分包括耦合系统刚度矩阵的条件,从而导致了一个不对称形式的系统刚度矩阵。这解决复杂系统特征值产生了根,包括不稳定的问题。这种方法需要转子和垫有匹配节点和要求一种更好的接触表面网格。同时,垫和转子接触表面节点必须预先设定好的。摩擦系数的价值决定了耦合,反过来取决于许多因素,包括吗环境因素。这使得这一切更重要使用适当的价值分析,摩擦因为使用一个常数值分析摩擦系数。最理想的情况是,摩擦值发散的发病反应(尖叫)是最理想的。这是困难的没有瞬态分析的帮助和/或准确的摩擦测量技术。在复杂的特征值分析,积极的现实部分的特征值(或负阻尼因子)提供一个量化的程度不稳定的系统。不稳定的最大的贡献模式(s)可以审视设计指导。比较的方法一个理想的解决办法的过程中制动尖叫问题分析将识别潜在的尖的频率(网页),罪魁祸首了解耦动态耦合的和适当的模式实际的物理模拟,因此尖叫有一个理解的动态模式有关。能有效地设计实施,理想的解决方案过程也会提供一个快速转身的时候,和买得起定量测量来比较竞争设计。很明显的从前面的讨论,这些不能满足要求被一个方法。每一个讨论了这三种方法各自的优点以及局限性。的目标是模态方法模态分离的模式,即可能夫妇,没有摩擦界面模型。这一目标能实现迅速通过改变垫几何,转子设计,或大规模/材料的性能变化一旦罪魁祸首模式识别。然而,这方法是非常有限的实际动态预测操作条件下的行为。验证其他这样设计的影响修复摩擦改变或阻尼(材料阻尼在垫、阻尼通过约束层阻尼在或结构部件),瞬态分析,在某些情况下,复杂的特征值分析方法可有效。正常的模式的方法不提供任何定量测量对多好或是多坏的尖叫,或者是尖的频率是主要的影响因素。一般来说,复杂的特征值法提供了一个号码最多直接对应于不稳定的“度”从积极的真正的部分不稳定的根源。一些可辨认的特点的瞬态分析rotor-pad模型是非线性接触界面很容易建模,和时域和频吗域名的结果是可得到的。一个定量测量的尖叫的倾向的变化比较设计摩擦,弹性、几何、材料性能。表1显示一个比较总结三个方法在对汽车项目。注意这总结基于车辆程序严格的经验。典型的执行成效非线性瞬态分析结果数字2给出转子正常的反应速度(在接触中心)转换为频率领域,使用“垫”Ak降低衬砌厚度。这对应一个配置运行产生了很大尖的强度因子,显示一个主导峰点 11kHz。该模型使用弹性性质的转子纠正的操作温度。相应的图3的公路试验数据显示的声音(dB)vs.压力水平频率表明占主导地位峰值噪声发生在 11 kHz。需要注意的是,测试确保数据包含多个停止占领最多尖叫的事件在测试。整个频率“相似”的光谱响应频谱的模拟。为验证噪声数据,两位。测功机仿真运行。使用相同的两分但是不同的摩擦材料垫几何类型。两使用无槽运行垫或槽、和全厚度旋翼和垫。频域的结果转子正常的加速度在插图4中流露出太多的较大的响应“Ab”资料率大约在千赫和13.5赫兹”,而“Ak衬显示大约50%更低的加速度。试验测试了刹车噪声的测功机,开展了一系列的每一分,温度和压力恒定转速矩阵11。Table 1. Summary of Comparison Based on Vehicle Application图2。非线性瞬态分析显示转子在正常Accel.频域图3。测试结果显示与测功机苏超联赛多尖的频率的事件图4。比较两个刹车瓦使用非-线性瞬态分析相同的两个配置为仿真测试。图5显示了一个和b声压峰值水平记录在频率(dBA课程与赫兹),为每一个尖的事件。只考虑事件造成显著dBA课程的水平,由此可以得出,“Ab”材料显示一个“强大”和鲜明的10.5千赫噪声,一个非常美丽的国家“软弱”14.5千赫的噪音。这个比赛对了仿真结果以上讨论。瞬态分析的方法进一步用于更好理解摩擦特性的影响正常振动摩擦界面。灵敏度的振动负摩擦滑移边坡速度曲线和积极friction-contact坡压力斜坡已经文献报告核实。车辆程序实现,一个必须小心谨慎分析了通过验证程序简述汽车测试之后,在细节中9。模态分析结果12-正常方法实施模式或多或少的独立工作的人,还被认为是成功的预测尖的频率和推荐垫在车辆几何变化程序。表2显示了预测12和测试尖的频率一个垫/转子结构采用这种方法。预测是基于弯曲和比较扭转模式与节点直径和垫inplane模式及相应的转子频率。结果表明良好的预测模式显示夫妇通过摩擦。倾向该方法的一些可辨认的特征包括预测大部分的潜力,特别是厉声频率在范围为5 kHz以上。建议包括设计变更的可能性,reducethe厉声垫,验证了硬件。建模的复杂性和时间资源需求相对较小的因为没有摩擦界面建模要求。分析可以很容易地建立在任何普遍采用CAE软件和结果可被评估快。然而,不可能预测模式将是最主要的影响因素。表2。模态分析结果为垫配置12结果:复杂的特征值分析数据6和7分的结果来自两个方面真正的部分的不稳定的根源的耦合动态系统对频率。真正的价值部分可以直接用作程度的不稳定的尖的振动。“正义”垫用于显示了一个整体改善。跑真正的部分稳定性(小)引进槽(s)和槽(s)在刹车衬。改变在垫其实影响几何盛行赫兹以及其他频率考虑。在实际的测试数据,这两种类型的摩擦衬超过4000赫兹显示主要的模式,哪些是不重要的复杂的特征值分析预测。一些调查发现,预测更高的频率不稳定的模式下发现是非常敏感的结构阻尼的金额用于模型。为更准确的有效性缺乏阻尼表示在模型和时间限制,进一步验证没有。假设更高主导频率尖几何非线性在摩擦界面,复杂的特征值分析没有被捕获。复杂的特征值之间的耦合引起的程度自由的方向和切向正常方向在rotor-pad接口。因素,使耦合强如摩擦系数使真正的部分特征值大,因此渲染系统更不稳定。不稳定的预测模式准确、耦合条件必须在未来开始创作行为,被认为是困难的任务,并没有在这个追寻实施。图5。制动噪声的测功机测试数据显示多峰拖dBA项目(a)“Ab”面料,和(b)“正义”衬图6 .结果:复杂的特征值分析基线垫虽然采用这种方法十分有限车辆在解决程序,它的潜在问题。尖必须承认,在适用情况。这由于该方法优点是识别只有那些模式耦合系统的将会导致不稳定是可能的。一旦这样模式(s)确认,工具,如特征值灵敏度、应变能源、模态参与,或只是目视检查动画模式(s)可以用来改善设计。最理想的情况是,真正的部分不稳定的模式可能被结合形成一个定量测量的比较和优化设计propensityto尖叫摩擦、弹性、变化几何、材料性能(包括阻尼)的组成部分。图7 .复杂的特征值分析-垫槽和Chamfers实验设计(DOE)使用瞬态分析非线性瞬态分析方法应用于DOE研究确定的最优组合设计参数可以减少倾向于尖的。细节的方法,并研究结果记载摘要伴随着SAE作者。表3。实验的设计因素表3显示设计的影响因素和水平用于必须小心谨慎。因素基础上,确定了相关经验制动器设计工程领域的福特。这是用于公制量化尖的基于厉声振幅峰值强度因子FFT频谱的转子的加速度。最有效的结合强度因子包括减少尖叫“Bb”的材料垫与一条基线手指长度,chamfered和开槽,全层垫和全层转子。结果是基于定向正确试验证明介的理由。结论本文讨论的方法具有良好的潜力用于汽车制动系统的发展,考虑到涉及模拟复杂性一个高度非线性和non-repeatable现象制动尖叫。很明显,瞬态方法提供试验数据与比较好而正常模式提供了一种有效的方式方法成本开车某些设计修改。在一个车计画应用、鲁棒分析工具,提供了精度以及成熟所需的咄咄逼人,利用CAE的主动。看来有系统法如瞬态法或者复杂本征值法,组件的方法,如正常的方式方法也有一席之地的设计发展的过程。只有在深入认识的局限性不同的方法和利用他们在连接能更好的需要设计方向在产品改良设计开发的周期把握时机。确认摘要本文报道的工作是一个顶点许多人的努力的一部分,或者不是通力合作刹车降噪的球队。对提到只有少数的许多个人,我们感谢的胜利者勃拉斯基予和领导这个项目;RobertBrown打工,马克戴维森、南Thai-Tang,RichardBarsalona阿兰波特,从车辆设计/噪音发展;Lajos Nagy和乔彼得斯为他们的贡献瞬态分析方法的发展。作者想说的是支持长肺吴国部门,从我们的经理CAE D.L.Flanigan约瑟Dorenbaum CAE的部门,以及从底盘设计和管理开发部门。作者是感激汤姆巴恩斯,Tapan保罗,乔治Vyletel为他们的结果制动组对于这篇文章。我们也感谢姆Chargin GmbH是一家现代化的、可靠的,提供CDH在这个问题上的见解。参考1。户纱织,即,Kurahachi 和Asai,“低,研究噪声频率制动尖叫”。硕士论文,960993。2。Hulten之Nellemose燧石,与论文,”模式的形状鼓式制动器的尖”,