盘式制动器刚柔耦合系统NVH特性研究

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汽车工业的迅速发展对当今汽车NVH(Noise,Vibration and Harshness)特性提出了更高的要求,制动器作为汽车安全保障的重要部件,由于制动振动与噪声问题影响了驾乘舒适性,汽车行业已将制动振动与噪声列为重点关注的品质问题之一。制动NVH特性研究方法主要有数值仿真分析和试验分析研究,而目前两种方法的研究对象不完全一致,造成研究结果不能进行直接比较,且相差较大的问题。因此,本文试图以某汽车盘式制动器为研究对象,应用多体动力学仿真与台架试验相结合的方法,建立基于台架NVH试验环境的制动器刚柔耦合模型,并分析制动NVH特性的影响因素,最后进行辐射噪声研究,以减小仿真模型与试验模型之间的差距。本文主要研究内容如下:首先对某盘式制动器进行制动NVH台架试验研究,对试验设备、试验方案、试验程序、工况及试验结果等进行详细分析。试验结果表明,在1569Hz、1871Hz、2125Hz、2663Hz及2889Hz共五个频率附近出现制动噪声现象。其次,针对台架试验中出现的制动噪声现象,建立基于试验环境的制动器刚柔耦合模型,采用多体动力学方法研究其制动NVH特性。根据试验装置特点,计算仿真模型动力学参数。将制动器总成(制动钳、支架、活塞及导向销)、工架、主轴及飞轮等部件建立为刚体模型,而将制动盘、制动块总成及悬架建立成经过模态试验验证了其合理性的柔性体,构成刚柔耦合动力学模型。其中减振器阻尼特性、螺旋弹簧及衬套刚度特性按试验曲线加载,并根据试验工况环境对该刚柔耦合模型施加载荷并进行仿真分析,将仿真结果与试验结果相比较,以验证刚柔耦合模型的准确性。随后,从结构、激励源、传递路径三方面进行制动NVH特性影响因素分析。采用控制变量法分析结构因素,结果表明,改变制动盘与摩擦衬片阻尼参数能在不影响制动性能的前提下,改善制动NVH特性。通过仿真分析激励与共振源,如摩擦系数、制动液压力、制动盘转速等材料、工况因素对制动力矩波动的影响。结果表明,动摩擦系数越大,摩擦力峰值对应频率越低,振动越明显;改变制动液压力对其并无明显影响;不同制动盘转速会引起摩擦力峰值对应频率及幅值的改变,从而引起振动噪声现象。采用模态测试方法进一步明确共振源,结果表明,制动盘第二阶至第五阶轴向模态(Y方向),支架第二、三阶轴向模态以及制动钳和连接板第一阶轴向模态等模态的固有频率与台架试验出现的噪声频率较为接近,说明以上零部件可能引起共振,产生制动噪声现象。采用传递路径方法分析制动振动的传播过程,结果表明,悬架螺旋弹簧下端振动最大,而减振器与衬套对振动具有显著衰减作用。最后,运用声学边界元方法试图建立制动振动与噪声的联系,并与台架试验结果进行直接比较。仅研究最可能由于振动而引起噪声辐射的零部件——制动盘,将上述得到的制动盘表面振动结果作为边界条件,导入到边界元模型中得到辐射噪声结果,结果表明,仿真辐射噪声结果与台架试验结果大体一致,验证了刚柔耦合模型及声学边界元模型的可行性。论文基于制动器台架NVH试验环境建立刚柔耦合模型进行虚拟试验,研究制动NVH特性的影响因素及辐射噪声分析,对减振降噪设计具有重要的理论意义和工程应用价值。
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