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制动系统不稳定模态的组件贡献量获取方法、装置、可读存储介质、噪声优化方法及计算机与流程

2022-06-16 04:20:23 来源:中国专利 TAG:
1.本发明涉及制动系统的制动尖叫噪声优化领域,尤其涉及一种制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量的制动尖叫噪声优化领域。
背景技术
::2.制动尖叫噪声是由于制动摩擦片和制动盘接触在不同制动压力、摩擦系数等边界条件变化时所引发的振动噪声。主要频率范围分布广多在1—8khz之内,噪声声级高最高可达120db(a)左右,通常认为是系统自激振动产生的摩擦噪声,具有随机性。3.制动尖叫噪声一直是乘用车制动领域的重点问题,其产生机理是由于制动摩擦片和制动盘接触在不同制动压力、摩擦系数等边界条件变化时所引发的振动噪声,在实际的制动尖叫噪声解决案例中,通常是改变制动摩擦片材料特性,达到改变边界条件的目的,从而解决噪声问题,但并不是所有的制动尖叫噪声都可以通过该手段解决,原因是制动系统的主要组件的结构特性对制动尖叫噪声的产生有着至关重要的影响。4.现有技术cn107544284b记载了一种复合工况下汽车制动器摩擦噪声控制方法,该专利文献主要考虑复合工况下制动时悬架姿态的预测与施加,可以提高制动器摩擦噪声尤其是低频摩擦噪声的预测精度,该方法没有对制动系统主要零部件的参与程度进行分析。5.现有技术cn111832114a记载了一种提高汽车制动尖叫仿真与试验匹配度的方法。该专利文献通过建立各个主要零部件及系统仿真模型;仿真输出实模态测点信息到试验;对子系统进行实模态试验,输出模态频率和振型信息;调整仿真模型的边界参数;全系统的复模态仿真计算,得到分析结果;得到噪音频率和工作振型信息;调整仿真模型接触和连接参数,得到可靠的制动尖叫仿真分析模型。该方法不涉及制动系统贡献量分析及优化。6.现有技术cn113239575a记载了基于复模态分析理论的轴承打滑振动噪声分析方法。该专利文献以高速运转的角接触球轴承为对象,通过复模态分析理论,在不同摩擦系数、不同预紧力以及不同弹性模量条件下,轴承出现打滑时产生摩擦振动噪声的倾向性进行分析;通过求解轴承滚动体与轴承圈接触面的摩擦系统模型以及对方程特征值的提取,对不同工况或不同材料属性下的摩擦噪声进行分析和预测。该方法不涉及制动尖叫噪声。7.然而,现有技术无法从组件及组件模态贡献量计算,分析制动系统中关键组件的影响因素进行噪声优化,无法在制动系统开发前期降低制动尖叫噪声的发声风险。技术实现要素:8.本发明解决了现有技术无法在制动系统开发前期降低制动尖叫噪声的发声风险的问题。9.本发明提供一种制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法,所述获取方法包括:10.基于实体车几何数模参数建立制动系统各组件有限元模型;11.获取制动系统各组件的材料参数,所述材料参数包括弹性模量、密度和泊松比;12.获取制动系统各组件有限元模型组件状态,所述组件状态包括:各组件的接触关系、模型约束位置及特性、不同的制动压力载荷、不同旋转速度及方向、不同制动摩擦片和制动盘的摩擦系数;13.根据各组件的材料参数和有限元模型组件状态进行制动系统各组件实模态求解;14.根据实模态求解结果进行制动系统各组件复模态求解,输出特征值实部大于零的不稳定模态及对应的负阻尼系数;15.根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件不稳定模态的组件贡献量;16.根据不稳定模态的组件贡献量获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量;17.优化组件贡献量和模态贡献量最大的组件几何形貌特征。18.进一步,所述制动系统各组件包括:制动卡钳、制动盘、制动支架、制动摩擦片和转向节。19.进一步,所述制动摩擦片的各向异性材料特性通过etek测试获得,通过模态测试修正制动摩擦片的各向异性材料参数,前4阶仿真结果与试验结果误差在1%以内。20.进一步,所述材料参数中材料为铸铝、铸铁和钢。21.进一步,所述根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件不稳定模态的组件贡献量的获取公式为:[0022][0023]其中,ccf是组件贡献量,是系统不稳定模态k中组件c对应的模态特征向量,wc是权重系数,n是所有参与计算的组件数量。[0024]进一步,所述根据不稳定模态的组件贡献量获取对制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量的获取公式为:[0025][0026]其中,cmcf是组件模态贡献量,代表为向量在组件c的实模态归一化向量上的投影量;是组件c的第j阶实模态。[0027]上述方法可以采用计算机软件实现,因此,基于同一发明构思,本发明还提供一种制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取装置,所述装置包括:[0028]建模单元,用于基于实体车几何数模参数建立制动系统各组件有限元模型;[0029]材料参数获取单元,用于获取制动系统各组件的材料参数,所述材料参数包括弹性模量、密度和泊松比;[0030]组件状态获取单元,用于获取制动系统各组件有限元模型组件状态,所述组件状态包括:各组件的接触关系、模型约束位置及特性、不同的制动压力载荷、不同旋转速度及方向、不同制动摩擦片和制动盘的摩擦系数;[0031]组件实模态求解单元,用于根据各组件的材料参数和有限元模型组件状态进行制动系统各组件实模态求解;[0032]复模态求解单元,用于根据实模态求解结果进行制动系统各组件复模态求解,输出特征值实部大于零的不稳定模态及对应的负阻尼系数;[0033]组件贡献量获取单元,用于根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件不稳定模态的组件贡献量;[0034]模态贡献量获取单元,用于根据不稳定模态的组件贡献量获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量。[0035]本发明还提供一种制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量的制动尖叫噪声优化方法,采用上述任意一种方法获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量,选择贡献量最大的组件进行优化处理,优化贡献量最大的组件几何形貌特征,包括:局部材料填充加厚,筋结构的优化,摩擦片的开槽、倒角。[0036]本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序,所述计算机程序执行上述任一项所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法。[0037]本发明还提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行根据上述所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量的制动尖叫噪声优化方法。[0038]本发明的有益之处在于:[0039]本发明解决了现有技术无法在制动系统开发前期降低制动尖叫噪声的发声风险的问题。[0040](1)本发明公开了一种基于制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量分析的制动尖叫噪声优化方法,以乘用车盘式制动系统为对象,结合复模态分析理论,对制动系统在不同车速、不同制动压力、不同摩擦系数、不同运动方向的条件下,通过有限元模拟建模分析和负阻尼系数数学统计,判断制动系统不稳定模态的发生频率和模态振型,然后对不稳定模态进行组件及组件模态贡献量分析,对不稳定模态贡献量较大的组件和模态进行几何形貌的优化,对比优化前后的制动系统不稳定模态的负阻尼系数,降低制动系统尖叫噪声发声概率,辅助制动系统组件设计。[0041](2)现有技术通过改变制动摩擦片材料特性,达到改变边界条件的目的,从而解决噪声问题,但无法适用所有情况;本发明采用数学建模,以复阻尼系数判断系统产生不稳定模态的风险,通过对不稳定系统不稳定模态的组件及组件模态贡献量分析,制定针对性的结构优化方案,在制动系统开发前期降低制动尖叫噪声的发声风险,本方法适用范围更广。[0042]此外,本发明还提供一种基于制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量分析的制动尖叫噪声优化装置,有益效果同上。[0043]本发明适用于汽车制造领域。附图说明[0044]图1为本发明所述的一种制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量分析的制动尖叫噪声优化方法流程图。[0045]图2为本发明实施例五所述的制动系统不稳定模态的组件贡献量分析图,从左至右分别为:制动钳,外下制动活塞,内制动片,外制动片,减震器,前下控制臂,外上制动活塞,制动盘,转向拉杆,内上制动活塞,后下控制臂,内下制动活塞,上控制臂。其中,ccf全称componentcontributionfactor,component表示整个制动系统中参与贡献量分析的组件(零件);contribution表示贡献量。[0046]图3为本发明实施例六所述的组件贡模态献量分析图,从左至右分别为:第10阶模态,第11阶模态,第3阶模态,第13阶模态,第12阶模态,第4阶模态,第19阶模态,第20阶模态,第9阶模态,第1阶模态。其中,cmcfforcompt_potor,unstablemode表示分析组件rotor各阶模态对系统不稳定模态的贡献量,cmcf全称componentmodecontributionfactor,其中component表示整个制动系统中参与贡献量分析的组件(零件),mode表示该组件的各阶模态;contributions表示贡献量或参与程度;frequencymodes表示频率。[0047]图4、图5为本发明实施例六所述的负阻尼系数统计图。其中,bar是制动压力载荷。具体实施方式[0048]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。[0049]实施例一、参见图1说明本实施例。本实施例所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法,所述获取方法包括:[0050]基于实体车几何数模参数建立制动系统各组件有限元模型;[0051]获取制动系统各组件的材料参数,所述材料参数包括弹性模量、密度和泊松比;[0052]获取制动系统各组件有限元模型组件状态,所述组件状态包括:各组件的接触关系、模型约束位置及特性、不同的制动压力载荷、不同旋转速度及方向、不同制动摩擦片和制动盘的摩擦系数;[0053]根据各组件的材料参数和有限元模型组件状态进行制动系统各组件实模态求解;[0054]根据实模态求解结果进行制动系统各组件复模态求解,输出特征值实部大于零的不稳定模态及对应的负阻尼系数;[0055]根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件不稳定模态的组件贡献量;[0056]根据不稳定模态的组件贡献量获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量。[0057]本实施例中,基于复模态理论,同时获取制动系统不稳定模态进行组件及组件模态贡献量,分析制动系统中关键组件的影响因素,在制动系统开发前期降低制动尖叫噪声的发声风险,并且辅助制动系统组件设计。[0058]实施例二、参见图1说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法进一步限定,所述制动系统各组件包括:制动卡钳、制动盘、制动支架、制动摩擦片和转向节。[0059]实施例三、本实施例是对实施例二所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法进一步限定,所述制动摩擦片的各向异性材料特性通过etek测试获得,通过模态测试修正制动摩擦片的各向异性材料参数,前4阶仿真结果与试验结果误差在1%以内。[0060]其中,具体的材料参数表如表1所示:[0061]表1[0062][0063]实施例四、本实施例是对实施例一所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法进一步限定,所述材料参数中材料为铸铝、铸铁和钢。[0064]实施例五、参见图1和图2说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法进一步限定,所述根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件对不稳定模态的组件贡献量的获取公式为:[0065][0066]其中,[0067]式中,ccf是组件贡献量,是系统不稳定模态k中组件c对应的模态特征向量,wc是权重系数,n是所有参与计算的组件数量,i是系统内参与计算组件的代号。[0068]实施例六、参见图1、图3和图4说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法进一步限定,所述根据不稳定模态的组件贡献量获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量的获取公式为:[0069][0070]其中,cmcf是组件模态贡献量,代表为向量在组件c的实模态归一化向量上的投影量;是组件c的第j阶实模态。[0071]进一步,优化贡献量最大的组件结构特征。表中制动盘第10阶模态对不稳定模态贡献量最大,可针对制动盘该阶模态进行结构优化,对其通风筋结构进行改进,优化前后结果如表2所示。[0072]表2[0073]模态原制动盘模态新制动盘模态频率(hz)15681412[0074]制动系统再次复模态求解,输出特征值实部大于零的不稳定模态及对应的负阻尼系数。从图4可知,系统在1500hz、2300hz、2450hz附近产生不稳定模态,从图5可知,负阻尼系数变小,制动系统尖叫噪声发声概率降低。[0075]实施例七、本实施例所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取装置,所述获取装置包括:[0076]建模单元,用于基于实体车几何数模参数建立制动系统各组件有限元模型;[0077]材料参数获取单元,用于获取制动系统各组件的材料参数,所述材料参数包括弹性模量、密度和泊松比;[0078]组件状态获取单元,用于获取制动系统各组件有限元模型组件状态,所述组件状态包括:各组件的接触关系、模型约束位置及特性、不同的制动压力载荷、不同旋转速度及方向、不同制动摩擦片和制动盘的摩擦系数;[0079]组件实模态求解单元,用于根据各组件的材料参数和有限元模型组件状态进行制动系统各组件实模态求解;[0080]复模态求解单元,用于根据实模态求解结果进行制动系统各组件复模态求解,输出特征值实部大于零的不稳定模态及对应的负阻尼系数;[0081]组件贡献量获取单元,用于根据不稳定模态及对应的负阻尼系数获取制动系统各组件不稳定模态的组件贡献量;[0082]模态贡献量获取单元,用于根据不稳定模态的组件贡献量获取对制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量。[0083]实施例八、本实施例所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量分析的制动尖叫噪声优化方法,采用实施例一至实施例六任意一种方法获取制动系统不稳定模态贡献量最大的组件的模态贡献量,选择贡献量最大的组件进行优化处理,优化贡献量最大的组件几何形貌特征,包括:局部材料填充加厚,筋结构的优化,摩擦片的开槽、倒角等。[0084]实施例九、一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序,所述计算机程序执行实施例一至实施例六任一项所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量获取方法。[0085]实施例十、一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时,所述处理器执行根据实施例八中所述的制动系统不稳定模态的组件及组件贡献量的制动尖叫噪声优化方法。当前第1页12当前第1页12
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