汽车制动抖动发生机理研究

同济大学汽车学院博士学位论文汽车制动抖动发生机理研究姓名：尹东晓申请学位级别：博士专业：车辆工程指导教师：余卓平20060301同济大学工学博士学位论文中文摘要中文摘要．制动抖动是由制动引起的低频振动，振动通过车身和底盘零部件传到驾驶员。制动抖动明显的特征是方向盘、仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 板发生剧烈抖动，座椅振动，有时伴随制动踏板的脉动，严重时整个车身都发生抖动。制动抖动是近年来才出现的制动系统故障。制动抖动严重影响了汽车的舒适性和安全性，也为零部件厂带来了巨大的经济负担。制动抖动发生机理研究课题来源于汽车零部件企业。本论文通过试验和理论相结合的研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，系统地研究了制动抖动发生的根源和传递途径以及相应的对策。首先对典型的制动抖动车辆进行了故障再现试验，对故障车制动盘的宏观几何特征进行了详细测量和抽样分析。由此搞清了制动抖动现象的主要特征和影响因素，确定了振源和可能的传递途径，为下一步理论分析提供了方向，奠定了基础。论文对制动抖动的振源进行了理论建模分析，并对分析结果进行了试验验证。将制动盘的宏观几何形状误差归结为厚薄差，包括制动盘本身的厚薄差、端跳厚薄差和热变形厚薄差。建立了制动盘厚薄差引起制动力矩波动的理论模型，并在理论模型的基础上分析了影响因素；建立了制动盘端面跳动等效于制动盘厚薄差的数学模型；通过对制动过程的热机耦合研究得出了热变形厚薄差．对制动力矩波动的各种影响因素进行了台架试验研究，并将试验结果和理论分析的结果进行了比较，对理论分析模型进行了验证。最后讨论了制动盘宏观几何偏差的来源和控制措施。论文还对制动抖动的传递途径进行了理论建模分析和试验验证。利用ADAMS软件建立了车辆动力学仿真模型，针对制动抖动的传递途径以及振动控制方法进行了仿真分析，从理论上分析了振动从制动器到方向盘的传递途径，明确了传递途径中的振动放大环节的来源，提出通过调节悬架橡胶弹性元件刚度可进行移频的振动控制方法。通过试验对传递途径的理论分析进行了验证。论文最后对全文进行了系统的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ，得到研究结论。列出了本论文的创新点，并对未来的研究工作提出建议。关键词：制动抖动，盘式制动器，端面跳动，厚薄差，端跳厚薄差，热机耦合现象，热变形厚薄差，非制动磨损，制动力矩波动，制动压力波动Ⅱ同济大学工学博士学位论文英文摘要ABSTRACTBrakejudderisabrakinginducedvibrationoccurringindifferenttypesofvehicles．Thevibrationtransfersthroughsuspensionpartsandchassisbodytothedriver．Itappeamasvibrationsinthesteeringwheel。brakepedal，fl005andevenofthewholebody．Brakejudderisarelativelyrecentbrakingfault．Itgreatlyaffectsthecomfortandreducesdrivingsafety．Italsoincreasesservicecosttothemanufacturer．”StudyOnMechanismandCountermeasureofDiskBrakeJudderprojectisraisedbyasparepartssupplienThispaperhasstudiedthesourceandthetransferpathofdiscbrakejudderexperimentallyandtheoretically．Brakejudderprimarilyaffectthecomfortbutcould，whenconfrontinganinexperienced．driverforthefirsttime，leadtofaultyreactionsandreduceddrivingsafety．Furthermore，aspec祀CtypeofjuddeESO-calledhotjudder’isrelatedtodisccracking．Therearenumerouspublicationsavailabledealingwithhighfrequencyvibrations，suchasbrakesqueal，includingmathematicalmodelsforanalysisandsimulation．HoweveElowfrequencyphenomena，suchasbrakejudderandgroan，havereceivedmuchlessattention．ThereisagrowinginterestfrOmtheautomotiveindustryconcerningbrakejuddenEventhoughfewcompanieswouldadmitthattheyhavetheproblem。itisnotunusualtomeetpeoplewhohaveexperiencedtheproblemintheirownpassengercars．Muchoftheknowledgeconcemingbrakejudderremainswithinthecompanies．Hence，veryfewpeoplehavethefu¨picture．Thispaperhasstudiedthesourceandthetransferpathofdiscbrakejudderexperimentallyandtheoretically．Brakejudderprimarilyaffectthecomfortbutcould，whenconfrontinganinexperienceddriverforthefirsttime，leadtofaultyreactionsandreduceddrivingsafety．Furthermore，aspecialtypeofjuddeESO—calledhotjudder，isrelatedtodisccracking．Therearenumerouspublic．ionsavailabledealingwithhighfrequencyvibrations，suchasbrakesqueal，includingmathematicalmodelsforanalysisandsimulation．However,lowfrequencyphenomena，suchasbrakejudderandgroan，havereceivedTH同济大学工学博士学位论文英文摘要muchlessattention．Thereisagrowinginterestfromtheautomotiveindustryconcerningbrakejudder．KeyWords：brakejuddeEdiscbrake，sidefacerun·out，discthicknessvariation，virtualDTV：thermal‘mechanicalcoupling，hotD_Noff-brakeweamess，braketorquevariation，brakepressurevariation代同济大学工学博士学位论文插图清单插图清单图¨制动引起的振动和噪声分类图1．2盘式制动器的工作原理示意图图1．3技术路线框图图2．1故障再现试验框图图2．2方向盘单个方向定义图图2．3方向盘时域内的抖动信号图2．4方向盘切向、径向和法向振动加速度三维谱阵图2．5不同制动强度下方向盘抖动时间历程图2．6离合器结合状态对方向盘抖动的影响图2．7制动过程中发动机振动加速度与方向盘振动加速度的比较图2．8不同制动方式对方向盘抖动的影响图2．19试验车A、B制动盘几何形状的测量结果图2．10相干系数的三维谱阵图2．11传递函数汇总图3．1钳盘式制动器的典型结构图3．2制动过程受力示意图图3．3制动盘厚薄差引起制动压力波动的理论模型图3．4制动盘厚薄差引起制动压力波动情况图3．5厚薄差对压力波动的影响图3．6踏板力刚度对压力波动的影响图3．7摩擦片刚度对制动压力波动幅度的影响图3．8制动盘具有端面跳动时的简化模型图3．9内侧摩擦片位移时域曲线图3．1O外侧摩擦片位移时域曲线图3．11内侧接触点位移频域分析图3．12外侧接触点位移频域分析图3．13Y2一Y1的时域曲线图3．14Y2．Y1频域分析图3．15制动盘虚拟厚薄差的三维谱振图3．16台架试验中虚拟厚薄羞的三维谱振图3．17具有单纯端面跳动的制动盘旋转一周的情况图3．18摩擦片完全弹性的极限状态Vm同济大学工学博士学位论文插图清单图3．19制动盘与摩擦片实际接触情况图3．20台架试验测点布置示意图和试验情况图3．21制动时各参数的时间历程图3．22制动力矩与制动压力三维谱阵图3．23制动盘厚度变化几何特征图3．274制动盘厚薄差和与端面跳动对制动力矩波动的影响图3．25温度对制动力矩的影响图3．26温度对制动力矩波动值的影响图3．27温度对摩擦系数的影响图3．28制动压力对摩擦系数的影响关系图3．29热机耦合模型框架图3．30制动力矩仿真结果图3．31摩擦系数仿真结果图3．32制动钳的夹紧和回位过程图3．33端面跳动引起的非制动状态磨损图3．34端面跳动向厚薄差的转化过程图3．35车轮不平衡对轮毂轴承的弯矩图3．36制造和装配控制 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图4．1制动抖动问题的解决途径图4．2整车多刚体动力学仿真模型图4．3前悬架模型图4．4转向系模型图4．5后悬架模型图4．6转向盘径向法向加速度时间历程仿真结果图4．7制动盘到方向盘的传递函数仿真结果图4．8方向盘径向法向加速度时间历程试验结果图4．9制动盘到方向盘的传递函数试验结果图4．10悬架到转向横拉杆相干系数三维谱阵仿真结果图4．11转向横拉杆到方向盘法向相干系数三维谱阵仿真结果图4．12制动力矩到方向盘垂向加速度的传递函数影响因素分析图4．13传递途径各点振动加速度自功率谱密度图4．14车速、振动频率与阶次关系图5．1制动抖动的影响因素图5．1本论文的主要研究内容lX同济大学工学博士学位论文表格清单表格清单表2．1整车试验传感器布置情况表2．2方向盘各个方向抖动对应转速与车速范围表2．3方向盘振动频率分量与对应转速范围汇总表2．4故障车制动盘几何特征测量结果表2．5随机抽样索赔制动盘几何特征测量结果表3．1各符合的含义和取值表3．2不同制动盘厚薄差和端面跳动组合情况表3．3制动压力对制动转矩的影响表3．4制动盘温度升高引起的厚薄差变化表3．5热机耦合仿真参数表表3．6不同车速下车轮不平衡对轮毂轴承的弯矩表4．1麦弗逊式前悬架子系统各刚体部件问的约束关系表4．2转向子系统各刚体部件问的约束关系表4．3后悬架子系统各刚体部件间的约束关系表4．4整车参数表表4．5橡胶衬套刚度和悬架固有频率的关系X同济大学工学博士学位论文符号说明符号说明制动力矩波动braketorquevariation制动压力波动brakepressurevariation制动盘厚薄差discthicknessvariation虚拟厚薄差visualdiscthicknessvariation(制动盘)端面跳动sidefacerunout非制动状态磨损off--brakewear制动力矩，torque，单位Nm制动压力，pressure，单位MPa；制动分泵活塞面积，area，单位m2：摩擦系数，frictioncoefficient，无量纲摩擦力等效作用半径，radius，单位m+车速，velocity，单位km／h车轮(制动盘)转速，单位rpmⅪⅣⅣⅣ吣胁删．酊阱阴Ⅵ褂叫TPAp，hn学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：伊东晓矿冗修2006年3月10日经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。指导教师签名：年月日学位论文作者签名：烨彤年5月／f日。／士：m明明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。签名：2006年3月10日阿济大学T学博士学位论文第1章绪论第1章绪论随着汽车工业柏发展和路面质量的提高，汽车的保有量日益增多，车辆行驶速度也越来越快。同时人们对车辆舒适性和安全性的要求逐步提高，制动舒适性也越来越成为人们芰注的热点之一。制动抖动是影响制动舒适性的重要因素之一。11制动引起的振动和噪声问题概述111制动5I起的振动和噪声分类制动器是靠摩擦力使车辆减速和停车的．在制动过程中．由于摩擦片和制动盘(毂)之间的相互作用，会产生振动和噪声现象。文献”恨据制动过程中振动和噪声的产生机理将其分为三类；制动抖动(bral‘ejudder)、制动颤振(hth9roan)和制动咖LI(brakesqueal)-在振动频率上。制动抖动的频率低于制动颤振，制动颤振的频率又低于制动啸叫。三类振动的频率范围见圈'1。(1∞～1oooHz)5∞1K1淋20K频率(1lz)图'1制动引起的振动和噪声分类制动抖动主要是由制动力矩波动引起的低频强迫振动，抖动的频率与车轮转速成一定的阶次关系。习惯上把频率与车轮转速额率相同的振动称为一阶，频率两倍于车轮转速的第1页同济大学I学博±学位诒i第l章结论称为二阶，以此类推。$恸抖动般是由低阶扰动(1～5阶)引起的，振动频率在100Hz以下。人们有时叉将制动抖动分为冷抖动(coldJudder)和热抖动(hotjudder)-冷抖动是由制动盘永久性的几何形状误筹造成的，热抖动是由于制动过程中发热造成的磷态抖动，制动盘冷却后，热抖动现象消失。实际的制动过程中热抖动和抟抖动是同时存在的口一。制动颤振是由于制动盘和摩擦块表面问的庠擦特性引起的。车辆低速制动时，在摩擦表面之间存在粘(着)一滑(动)交互的运动状况。粘着状态下，两表面之间的摩擦力是静摩擦力，相对滑动时两表面之间足滑动摩擦力，由于静摩擦系数大于滑动摩攘系数t导致摩擦力在不断变化，从而产生振动。颤振还有a，能由于摩擦系数随速度增加而下降的负阻尼作用造成。颤振频率舟于抖动和啸n“之问，为100—1000Hz。制动引起的颠振一般发生在较低的车速下(低于lOkm／h)rt。o]。制动啸叫则是由T-'％d动系统元件发生模态共振引起的，啸叫频率与车速无关．啸叫频率在1000Hz咀上．通过空气传播。关于制动啸叫，国内外的研究文献很多，针对该现象建立了不同模型用米分析产生机理和如何消除制动啸叫m-1”。112盘式制动器制动抖动现象盘式制动器是轿车的常用制动形式。目前轿车太多采用前盘后鼓或者四轮全部是盘式制动器。典裂的盘式制动器工作原理如下。丰制动时制动时图1．2盘式制动器T作原理示意图第2页响济大学工学博士学位论文第1章绪论制动时摩擦块在制动压力的作用下压紧制动盘，靠摩擦块和制动盘之间的摩擦力使车辆减速。如果制动盘表面不平整或者制动盘厚度不均匀，会导致制动压力的变化和摩擦力的变化，从而导致制动力矩的波动。制动抖动就是由于制动力矩波动引起的低频振动，振动通过车身和底盘零部件传到驾驶员。制动抖动明显的特征是方向盘、仪表板发生剧烈抖动，座椅振动，有时伴随制动踏板的脉动。严重时整个车身都发生抖动。制动抖动发生的一般情况是，车辆高速行驶并实施中等强度制动，车速下降到某数值抖动开始出现，随着车速下降抖动加剧，下降到某特征车速时抖动幅值达到最大，车速再下降抖动幅值减小，直至下降到某一车速时抖动消失．在整个制动过程中，振动幅值经历了小—大一小的过程，是典型的具有共振环节的强迫振动。抖动频率在IOOHz以下，一般为10～50Hz，为低频振动．制动抖动是汽车制动系统的重要故障之一，在各种类型的车辆中均有发生。制动抖动不仅严重影响了车辆的舒适性，增加了驾驶员疲劳和误操作的可能性，同时也影响了整车厂的声誉，大大增加了制动系统的质保费用和维修费用。据世界三大汽车公司统计，制动系统问题是用户投诉中的第一大问题，每辆车在制动系统上的质保费用平均为150美元l'．_151。仅北美地区每年用于制动系统的质保费用就达1亿美元。据国内某汽车零部件厂商统计，该厂由于制动抖动而索赔的制动盘每个月最多达1000只。鉴于以上情况，制动抖动在近几年逐渐成为人们研究的热点问题。鉴于盘式制动器在轿车上应用的广泛性，本论文的研究内容集中在盘式制动器。虽然鼓式制动器失圆也可以导致制动压力波动，从而引起制动踏板抖动，但是据统计这种现象发生的几率很小。同时，由于制动抖动最主要的表现是方向盘抖动，地板振动和踏板脉动现象发生情况并不多，因此本文研究的重点是制动引起的方向盘抖动及其发生机理。1．1．3制动抖动现象的复杂性制动抖动现象从振源到表象，是一个复杂的系统问题。制动抖动的表现形式不一，其复杂性具体表现在如下几个方耐1嗣：_同一厂家的同一型号车辆，只有很少一部分车辆发生制动抖动，其它车辆不发生制动抖动：第3页同济大学工学博士学位论文第l章绪论●一部分车辆发生制动抖动后，更换制动盘可以解决问题，并且更换后永不再发生制动抖动，另一部分车辆更换制动盘不能解决问题，或者更换制动盘后行驶一定里程，制动抖动现象又重复出现。-有的车辆是在冷车制动时发生抖动，等制动盘发热后制动抖动现象消失，有的车恰恰相反，在冷车制动时不发生抖动，制动盘温度升高后，出现制动抖动。_同一个具有几何形状偏差的制动盘装在不同的车辆上，有不同的制动抖动表现。·不同型号的车辆，在相同的加工、装配控制标准下，发生制动抖动的概率相差很大。_制动抖动与很多因素有关，包括车辆制动盘材料、制动盘锈蚀、行驶里程、驾驶习惯等。可见，制动抖动现象影响因素多，机理复杂，是一个系统问题。所以有必要从系统的角度进行深入研究．1．2国内外研究现状1．2．1总体状况制动抖动现象最早报道于20世纪80年代，直到90年代中期，随着用户抱怨呼声的提高才逐渐引起重视，相关研究逐渐多了起来。其中的原因包括车辆速度的提高、高速公路的发展、制动材料的改变、以及人们对舒适性要求的提高。制动抖动上世纪八十年代最早报道于欧洲大陆，随后是英国和美国，后来是日本和韩国，最近我国也陆续出现相关报道。制动抖动在不同的国家有不同的叫法，欧洲叫brakejudder(shudder，nibble)，美国人称brakeroughness，日本人叫brakeshimmy，指的都是同一个现象【悃。制动抖动现象在近几年越来越受到关注。但是由于制动抖动现象影响因素多，机理复杂，加上各汽车公司的技术保密等原因，对制动抖动现象至今没有形成一个统一的认识，制动抖动问题也没有彻底地解决。国外有关研究资料也比较少，目前的研究主要集中在对抖动现象的描述、试验研究和定性分析。在本课题进行之前，国内未见有关研究报道。第4页同济大学工学博士学位论文第1章绪论1．2．2研究方法有关制动抖动的研究方法包括试验研究和理论研究。·试验研究包括整车道路试验研究和台架试验研究。整车道路试验能够真实再现制动抖动的实际情况，研究制动抖动的传递途径。Sffingham等在整车试验时安装了自制的应变式力矩传感器和非接触式位移传感器。能够实时监测制动力矩的波动和制动盘形状的变化[171。Ford汽车公司底盘部在做制动抖动整车试验时采用了40个传感器，监测抖动时各部分的参数l佃。台架试验能够方便地控制制动压力、制动起始速度和制动温度，能够详细研究制动盘厚薄差、端面跳动对制动力矩波动的影响程度，以及制动过程中车速、温度与制动压力的制动力矩波动影响。缺点是不能对传递途径进行分析，而且台架上的压力控制方式与实际的踏板控制方式有所不同。有关振源的试验研究主要是通过试验研究导致制动力矩波波动(BTV)的各种因素、各因素的影响程度以及如何消除其影响。研究标明产生制动力矩波动的主要因素是制动盘的厚薄差和制动盘在安装状态下的端面跳动。制动盘厚薄差是引起制动力矩波动的最主要原因，而制动盘的厚薄差主要由安装状态的端面跳动转化形成，端面跳动不仅来自于加工误差、安装误差、还可能来自于最初的热变形的残留11q。试验表明，在一定的车况下，15IIm的DTV，细心的司机就能感觉到制动抖动11l。在非制动状态下，由于浮动钳回位不及时，制动盘高出的部分和摩擦块有轻微的接触，虽然接触力不大，但是由于摩擦时间长，会使制动盘局部磨薄，从而产生厚薄差嘲。即使制动盘的形状没有误差，由于外圈的相对速度大于内圈的相对速度，随着制动的延续，会在外圈产生一个热带(hotband)．研究表明，当速度超过某临界速度时(比如95km／h)，热带会演变成一个个热点(hotspom)。热点之处的温度最高可达800℃，与其它地方的温差最高可达300一∞0℃。250℃的温差可以产生10um的DTV。同时热点会导致制动盘表面发生局部金相改变，不同的金相组织加速了DTV的产生田嘲。由此产生的DTV在冷却后可以恢复，由此引起的抖动称为热抖动(hotjudder)第5页同济大学工学博士学位论文第1章绪论或瞬态抖动。Stringham等通过连续监测制动盘的变形发现，在制动过程中，卟，随着温度的升高线形增长，在一次制动过程中DTV可能增加30％闭。当制动盘处于高温时，从摩擦块磨下的颗粒或路面甩来的颗粒可能被植入制动盘表面，形成小凸起，由此也可产生矿Ⅳ。此外，车轮的不平衡、驾驶习惯等对制动抖动产生一定的影响14][Sl。制动力矩波动作为振动源会对周围环境施加激励，当激励频率和周围环境或传递途径上某子系统频率重合或接近时，由于共振作用，振动幅值会被放大。大量试验表明，制动力矩波动多是由于一阶或二阶的扰动引起，频率与车速相同或两倍于车速，对应于制动车速从120km／h到50km／h，一阶激励频率为18—7．5Hz，二阶激励频率为36-15Hz。Jacobsson通过试验得出，悬架前后方向的固有频率在非制动状态下为18Hz，制动状态下为13．8Hz。转向系统的自激振动的固有频率也处于10。20Hz之间∞_2|j，陈欣等通过试验和仿真得到悬架前后方向的固有频率为20Hz和45Hz[2s_碉，可见，在制动的过程中，激励源和传递途径上的元件正好存在共振环节。试验也证明了这一点。Stringham等试验中发现，在台架上做制动试验(不装悬架和转向系统)，B1、，随转速的下降呈下降趋势。在整车上试验时(当然包含悬架和转向系统)，酊、，有一个逐渐增大，然后再减小的过程。B1、，的峰值数值是台架试验的3．5倍lm。Gassman等通过对不同特性参数悬架的三辆车试验，得出不同的悬架对振源的传递特性具有很大的差别1271。试验数据分析方法包括时域分析、频域分析、三维谱振分析和阶次分析。时域分析从时间历程上分析信号的整体特征、最大值和感兴趣的区域。频域分析用来分析特定的频段及其振动幅值。三维谱振能够反映制动过程中抖动频率和幅值随时间的变化情况。阶次分析能够反映振幅与转速的关系。·理论研究用理论建模的方法，分析制动抖动的影响因素和传递途径。主要包括纯数学建模、ADAMS动力学建模和有限单元法。Jacobsson针对制动系统建立了二自由度模型，把制动系统看作是转子和定子，制动力矩的波动是在常值的基础上附加一个正弦扰动，利用幅值函数的表达方法展示了转子在一定的速度下，制动力矩的微小扰动会引起定子的剧烈振动，后来又在此模型基础上建立第6页同济大学工学博士学位论文第1章绪论了整车模型团_241。Augsburg针对制动系统建立了三自由度模型，把保持架看作是由弹性元件连接起来的两部分，把摩擦块作为弹性体，活塞作为质量块，液压系统作为蓄能元件刚。Gouya等建立了制动盘、摩擦块和制动钳的理论模型来分析制动颤振，考虑了制动钳绕X轴和Z轴的两个转动自由度嘲。Sawanoboro等对离合器建立了三自由度模型，分析了离合器抖动现象，对制动抖动的研究有一定的参考价值嘲。Yevtushenko等建立了制动系统摩擦生热的模型，得到了热流量与坐标位置和时间的关系130I。资料‘刁介绍了利用ADAMS软件进行制动抖动仿真的具体建模过程，底盘和悬架采用了刚体模型，文章中进行了试验结果与仿真结果的比较。为了更准确地仿真，文章建议采用柔体模型，并且需对软件中弹性衬套的特性进行改进。资料p'l采用多刚体动力学和刚体+柔体的方法得到了比较好的仿真效果，但是没有给出具体模型。Kao等对制动盘建立了三维热一机耦合的有限元模型，并与台架试验作了比较，研究表明制动盘翘曲是产生热点从而导致热弹性不稳定性的主要原因阉。Kim对鼓式制动器系统建立了有限元模型和多柔体动力学模型．通过正交试验法对各参数进行了灵敏度分析，探讨制动系统如何建立对制动抖动的鲁棒性鳓。Aviles等建立了制动抖动的理论模型和仿真模型，对悬架建立了有限元模型，自己编写了仿真程序，能够仿真不同摩擦材料、不同制动系统和不同制动条件的抖动情况pq。1．2．3主要研究结论虽然制动抖动发生的机理很复杂，还有很多不明的现象，但是有些方面还是达成了一定的共识。目前得到的主要研究结论如下：·制动抖动是由制动系统引起的低频振动，抖动的频率与车速成阶次关系，一般为一阶或二阶，抖动频率<50Hz；●制动抖动主要是由于制动盘的厚薄差和端面跳动引起的。其中又以厚薄差影响为最明显。●制动抖动的传递与悬架前后方向的固有频率和转向系统的固有频率有关，共振作用使振幅放大。·制动盘温度变化对制动抖动特性有一定的影响，存在所谓的热抖动(hotjudder)。第7页同济大学工学博士学位论文第1章绪论1．2．4控制措施纵观目前的研究现状，制动抖动的控制措施主要包括以下几个方面。一设计方面制动系统的形式、各元件形状、材料以及相互匹配都会对制动抖动产生影响。制动盘的热容量、热传导系数、热膨胀系数、通风形式等都直接影响制动盘的热变形。例如通过特殊的设计，可以使制动盘具有良好的抗翘曲。采用整体式的制动盘可以减少装配环节，从而降低制动抖动发生的可能性。通过改变浮动钳导向销的设计和分泵密封圈的结构等可以减少非制动状态下的磨损等13-41．从路面到驾驶员之间，制动抖动的发生和传递经过三个子系统。分别是车轮和制动器子系统、悬架子系统和转向子系统。通过整车的合理设计可以使系统对制动盘厚薄差不敏感或有很好的适应性，或将悬架前后方向的固有频率与振动激励的频率范围错开，使振动得到抑制等．当然，有时汽车的各种性能之间是互相矛盾的，提高这方面的性能意味着损伤另外的性能，需要综合考虑。●加工和装配方面随着对制动抖动问题研究的深入，汽车厂家意识到制动盘初始的厚薄差和端面跳动是产生制动抖动的主要根源。对其严格控制，可以有效地减缓制动盘的磨损和延迟制动抖动发生的时间。另外在加工过程中还应注意材料的均一性、消除热应力等。除了控制制动盘和轮毂的初始厚薄差和端面跳动外，还应注意装配误差的控制。过去一般认为只要零部件合格，装配后也一定合格，装配后没有检测工序。实际上如果轮毂和制动盘的端面跳动的高点正好重合，就有可能使装配后的端面跳动超标。同时，若在制动盘和轮毂端面之间夹杂异物(如铁屑、锈斑或毛刺)，也可能使最终的端面跳动超标。试验表明，头发丝粗细的异物，在制动盘上引起的端面跳动就足以引起日后的制动抖动，因此增加装配后的检测是非常必要的。_维修方面一旦车辆发生制动抖动，应该首先检测前轮左右两侧制动盘在装配状态下的端面跳动和厚薄差，以及轮毂本身的端面跳动，然后根据情况进行更换。更换新的元件后，需要检第8页同济大学工学博士学位论文第1章绪论测装配后是否合格。需要说明的是，如果更换制动盘，需要同时更换与其配对的摩擦块。近年国外的汽车维修市场上出现了一种新的解决制动抖动的机器．称为在车修复车床(on-carlathe)。在车修复车床可以保持制动盘在安装状态下，修复制动盘厚薄差和端面跳动．使其达到标准范围内。这样可以消除安装误差，一次修复到位。1．2．5目前存在的主要问题有关制动抖动问题的研究目前还处在初级阶段，主要是通过试验研究制动抖动发生的根源和传递途径，大多停留在现象描述和定性分析，理论模型和仿真模型还比较缺乏，也很粗糙．做了很多并不符合实际的假设，不能满足精确分析的要求；制动抖动发生的情况很分散，影响因素很多，发生机理很复杂，目前还有很多现象解释不清楚；虽然试验研究得出制动盘几何形状的误差是导致制动抖动的主要原因，但针对不同的制动盘初始几何形状的误差应控制在什么范围内，发展到什么程度就会引起制动抖动等问题还没有相关研究；制动盘的摩擦表面存在几何变形一发热—加剧变形的热—机耦合现象，目前研究还很不够；仿真模型中假设了摩擦系数不变、制动半径不变、悬架和副车架为刚体等都与实际不相符；有关传递途径的研究还只是定性分析，基于物理模型的研究和试验还很缺乏。1．3本文的研究内容和技术路线．1．3．1本论文的研究内容本课题将在综合国内外相关研究资料的基础上，从系统角度考察制动抖动现象，将试验研究和理论研究相结合，对制动抖动的发生机理做深入研究，在此基础上，对制动抖动形成一个系统的认识和结论；通过试验研究得出制动盘几何形状误差应控制的什么范围内：建立制动力矩波动理论模型和传递途径的整车模型，通过理论模型分析各种因素对制动抖动的影响，从而找出关键因素，为消除抖动源奠定基础。同时制动力矩波动模型也是制动抖动整体模型的输入端，准确的输入才能保证整体模型的正确。针对目前研究的薄弱环节和难点，综合摩擦学、热学、机械学、动力学知识，建立制动力矩波动的热——机耦合理论模型，并将计算结果和仿真结果与试验结果比较，验证模型的正确性。第9页同济大学工学博士学位论文第1章绪论论文的主要研究内容包括：论文第一章为绪论，阐述论文选题背景、立题依据和重大意义。综述了国内外在制动抖动领域的研究现状和存在的问题。论文第二章针对某制动抖动故障车进行了道路再现试验，并针对制动抖动故障制动盘进行了抽样分析。通过试验搞清了制动抖动现象的主要特征和影响因素，排除了一些不明确的因素，确定了振源和可能的传递途径，为下一步理论分析提供了方向，奠定了基础。论文第三章对制动抖动的振源进行了理论建模分析，并对理论分析的结果进行了试验验证，对制动过程中的热一机耦合现象进行了初步的理论分析。将制动盘的几何形状的误差归结为厚薄差，包括制动盘本身的厚薄差、端面跳动引起的虚拟厚薄差和热现象引起的暂时的厚薄差。建立了制动盘厚薄差引起制动力矩产生波动的理论模型，并在理论模型的基础上分析了影响因素；建立了制动盘端面跳动等效于制动盘厚薄差的数学模型。对制动的热机耦合过程建立了理论模型，对制动力矩、制动压力、摩擦系数等参数以及制动盘几何形状的变化进行了初步理论分析，建立了基于Matlab／Simulink的闭环仿真模型，为将来的深入研究提供了素材。对制动力矩波动的各种影响因素进行了台架试验研究，并将试验结果和理论分析的结果进行了比较，对理论分析模型进行了验证。本章最后还分析了制动盘宏观几何偏差的各种来源以及控制标准。论文第四章对制动抖动的传递途径进行了理论建模分析和试验验证。建立了基于ADAMS／CAR的多刚体车辆动力学仿真模型，针对制动抖动的传递途径以及振动控制方法进行了仿真分析，从理论上分析了振动从制动器到方向盘的传递途径，明确了传递途径中的振动放大环节的来源，最后在分析悬架系统橡胶弹性元件对振动传递特性的影响的过程中提出了通过调节橡胶弹性元件刚度的振动控制方法。通过悬架和转向系统的模态试验对传递途径的理论分析进行了验证。论文第五章对论文全文进行系统的总结，得到研究结论，提出了可能的预防和解决措旖。列出了本论文的创新点，并对未来的研究工作提出建议。1．3．2本论文采用的技术路线本文采用的技术路线和实施 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 如下：第10页同济大学工学博士学位论文第1章绪论·针对某故障车进行整车道路试验再现制动抖动现象：研究制动抖动的表现形式和特征，探明发生制动抖动的车速范围、制动强度、抖动振源和传递途径；_对制动抖动振源机理理论分析和试验验证：建立制动盘厚薄差引起制动压力波动的理论模型、制动盘端面跳动引起虚拟厚薄差的理论模型、车轮不平衡引起偏磨的理论模型等。建立制动盘温升模型、摩擦系数动态变化模型、制动盘厚薄差随温度变化模型。并在此基础上建立制动抖动的热一机耦合模型。通过制动力矩波动台架试验，进一步研究制动盘厚薄差、端面跳动对制动力矩波动的影响，从而验证有关振源的理论模型。-制动抖动传递途径理论分析和试验验证：在ADAMS下建立整车模型，从理论模型上再现制动抖动现象，并对传递途径上元件做敏感性分析。通过道路试验和零部件特性试验验证振源和传递途径的理论模型；·全文总结：综合试验研究和理论研究的结论，对制动抖动形成一个系统的认识，对制动抖动提出改进措施。技术路线框图见图1．3。制动抖动问题的提出上制动抖动特性分析土振源理论分析和试验验证土传递途径理论分析和试验验证土课题总结和展望图1．3技术路线框图第11页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析第2章制动抖动特性分析为了深入研究制动抖动的发生机理，首先必须对制动抖动的特征详细了解和掌握。通过对故障车进行故障再现试验，记录制动抖动时各参数的变化，对记录结果进行分析，捧除一些干扰因素，为下一步理论分析提供方向和依据。2．1制动抖动现象描述制动抖动发生典型情况是，新车行驶一定的里程数后出现轻微的制动抖动现象，随着行驶里程的增加，制动抖动变得严重，慢慢发展到无法忍受的程度。一般的维修方式是更换制动盘和刹车片，更换后制动抖动情况得到暂时解决，再行驶6000一8000kin左右后，抖动现象又出现，如此反复。试验中选用的车辆总行程总行程40000Lin。在新车行驶14000km后出现制动时方向盘明显抖动现象，开始修理，陆续更换过制动盘、刹车片、横拉杆、悬架总成等，刚更换后情况有所减轻，再行驶(沁OOLm左右后，抖动现象又出现。问题反复发生，没有最终解决。维修站的解决措施基本上是根据猜测更换元件，对制动抖动发生的原因没有做检测。2．2制动抖动故障再现整车道路试验通过故障再现整车道路试验应达到如下目的：明确制动时方向盘抖动特征、车速范围；明确制动时方向盘抖动与行驶工况的关系；确定方向盘抖动的振源；确定从振源到方向盘的可能的振动传递路径。为了实现以上目的，对试验车共布置了16个测点，测点布置具体如下：(1)在方向盘上布置了一个三向加速度传感器，分别测量方向盘的径向、法向和切向的振动加速度；(2)在左右前轮上各安装了一个测速电机，测量车轮转速的动态变化过程；(3)在制动踏板上安装一个踏板力传感器，测量脚踏板力的大小来控制制动强度。(4)在左右前轮的制动管路上各安装一个压力传感器，测量制动压力的动态变化过程。(5)在左右前悬架横向和垂向、转向拉杆的轴线方向分别布置加速度传感器，以获取各部位的振动信号。测点布置情况见表2．1。第12页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析表2．1整车试验传感器布置情况传感器通道序号测量信号布置位置类型数量，加速度方向盘X／Y／Z三方向振动频率方向盘外圈3加速度左右下摇臂前后方向振动频率下摇臂侧面2l加速度制动钳绕主销摆振频率制动钳保持架侧面2加速度悬架垂向振动频率主销牛腿转向摇臂下方2加速度转向横拉杆轴向振动频率左右横拉杆靠球头处22压力变送器左右前轮制动压力波动情况左右前制动器软硬管接头处23测速电机前轮转速波动情况左右前轮轮辋饰盖上24力传感器制动踏板力铂动踏板l合计16试验系统框图见图2．1。试验中改变制动初速度、制动强度，并控制离合器断开和结合、液压制动和单纯手制动等工况，详细记录制动过程各测点的实时信号，供处理和分析。图2．1故障再现试验框图对于故障车进行了50种工况组合的试验，通过这些组合的工况摸清了制动抖动发生的车速范围、抖动特征。获取的大量试验数据为振源和传递途径的分析提供了素材。在试验中还发现其中一辆车在冷车制动时发生抖动，当连续制动使制动盘温度升高后再制动时，车辆抖动现象减轻甚至不出现，冷却后制动抖动现象复现，说明温度升高对制动抖动的特征产生影响。2．2．1制动抖动现象时间域特性分析第13页问济人学I学博{“学位论女第2章制动抖动特性H析时间域分析上耍考察制动抖动的幅值在整个制动过群中的变化情况以及对应的车速范围。如图2．2为方向盘三个方向的定义。削2．3为试验车辆在制动减速度为23ra／s2时，记录得到的踏扳力信号、前车轮转速信号以及方向盘三个方向的振动加速度信号的时间历程。从图中可咀明显看到，在制动的过程中方向盘发生明显的抖动现象。圈2．2方向盘=个方向的定义圈㈣B)2a方向盘时域内的抖动情母通过对时域信号的考察．可以得到咀F结论-盎制动过程中，方向盘发生明显的抖动现象，但抖动起始时女U相对丁制动起始时刻存庄一定的滞后；同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析●方向盘的抖动发生在一定的转速范围内，在该转速范围内振动幅值基本按照小一大---,,I,规律变化，超出该转速范围后，抖动衰减；_方向盘三个方向的抖动现象发生的起始和结束时刻存在一定的差别，各个方向上振动区间对应的速度范围如表2．2所示。表2．2方向盘各个方向抖动对应转速与车速范围抖动起始抖动结束振动方向车轮转速对应车速车轮转速对应车速(rpm)(km／h)(rpm)(km，h)法向(X)93010346051切向(Y)10401153∞42径向(Z)∞0103460512．2．2制动抖动现象频率域特性分析频率域分析采用阶次分析方法进行处理，通过短时傅立叶分析得到反映振动阶次特征的三维谱阵，考察振动频率与车轮转速之间的相关关系，以及振动能量在频率域的分布规律，为振动发生原因分析提供依据。对方向盘振动信号进行三维谱阵频谱分析，同时考察其频谱特征与车轮转速之间是否存在相关关系。三维谱阵的横轴为频率轴，纵轴为车轮转速轴，功率谱密度函数利用等高线表示。图2．4所示为方向三个方向振动加速度的三维谱阵图，对应于图2．3所示的振动信号的时问历程。由图2．4可知：(1)方向盘三个方向的振动加速度信号的频谱特征都表现出明显地与汽车前轮转速之间的阶次相关关系，阶次关系公式为．f==llum-裔泛，)式中，，——领率，单位：Hz；丹——汽车前轮转速，单位：rpm=num——骱次，hum一1,2,3,4，⋯第15页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析(2)方向盘三个方向的振动加速度信号都存在多阶的振动分量，表现出较宽频带的特征，但是总体上都在100Hz以下，充分说明方向盘抖动主要为固体振动，只能通过固体结构进行振动的传播，需要进行传递途径的进一步测试和识别。(3)在根据时间域信号分析确定的方向盘抖动车轮转速范围40卜1000rpm区间内，方向盘三个方向振动都以二阶振动成分为主，对应的振动频率范围为13．3—33．3Hz，但是具体考察仍然发现存在一定的差别，具体如表2．3所示。说明方向盘三个不同方向的振动敏感频带有所差别。Yli,J如曲加进I堑功串晰密J征X：川搬训加速J亟功牟淅南儿￡I·，li7Z。一。戳7，a)．径向)Z翔数朗棚矬l竖功串酯崭嫂JI}。．·-9J扩·0’扩’罐j{l移办，l●l，fIlrlj．一，^o鼍。I■矿··，，办一，050100150200250锄半tHZ，b)切向li!半‘H臣Jc)．法向’图2．4方向盘切向、径向和法向振动加速度三维谱阵表2．3方向盘振动频率分量与对应转速范围汇总第16页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析2．2．3制动抖动与工况的关系2．2-3．1与制动初速度的关系对于试验车分别做了初始速度为140、120、110、100、90、80、70、60、50、40km／h的制动试验，试验结果表明，制动初速度对方向盘是否发生抖动没有影响，只要是速度能够达到前述的速度范围内，制动时就会发生抖动现象。2．2．3．2与制动强度的关系试验过程中通过控制制动踏板力达到轻微制动、中等强度制动和紧急制动工况。从数据分析结果得到制动强度对方向盘抖动的影响为：在各种制动强度下，方向盘都发生抖动现象，但是轻微制动时的抖动非常明显，与用户反应的轻踩制动时方向盘抖动现象一致，驾驶员“震手”感觉非常咀显。随着制动强度的加大，虽然也发生方向盘抖动现象，但是由于积蓄能量的时间变短，抖动幅值明显减小，持续时间缩短，试验过程中的驾驶员“震手一感觉不明显。图2．5为轻微制动和中等强度制动时的方向盘抖动信号的时间历程对比，明显可以看出大制动强度下方向盘抖动现象的减小现象。2．2．3．3与离合器结合状态的关系为了考察离合器结合与否对方向盘抖动的影响，进行了离合器结合和断开两种制动工况试验。图2．6所示为离合器结合和离合器断开两种制动工况下的方向盘抖动信号时间历程对比。显然，无论制动时离合器结合还是断开，方向盘都会发生抖动现象。实际测量得到的离合器断开和结合情况下的方向盘抖动幅值存在的小差别可以认为是试验过程中各种因素的干扰所致。由于离合器断开后，发动机开始怠速运转，振动加速度明显变小，其振动特征与方向盘制动抖动的特征有显著区别，见图2．7，这样也排除了发动机对制动抖动的影响。2．2．3．4与制动方式的关系这里的制动方式分别是指四轮液压制动和机械手刹后轮制动。目的在于考察后轮是否对方向盘抖动存在影响。整车试验时，分别进行了液压制动和单纯手刹车后轮制动。图2．8第17页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析为四轮液压制动与单独后轮手制动时的方向盘振动信号时间历程对比图。由图可知，‘对于该试验车单独后轮制动时方向盘不发生任何抖动现象。其原因是单纯手制动时，液压系统没有工作，所以不会引起制动压力波动，也就不会导致制动抖动。值得说明的是，如果后轮制动鼓失圆严重，单纯手制动也会引起后轮制动力矩的波动，通过后车架可能传到车身，但是传递途径比较长，由于传递途径上的吸收作用，驾驶员一般感觉不到。旌行液压制动时，后轮制动鼓失圆则可能引起制动系统压力波动，此时会导致制动踏板抖动和方向盘抖动。2．2．3．5与制动盘温度的关系通过对两辆故障车多次连续制动，制动盘温度都升到了相当高的温度，此时驾驶员反映与当初的抖动特征有所不同，从记录的信号上看振动加速度有所增加。等制动盘冷却后，抖动特征又恢复到开始的情况。说明制动盘的温度对制动抖动特征是有影响的，具体的影响关系有待进一步试验研究。主~一R鞲_1善、，麓窭{，V挈^鼍1争(a)轻微制动a12．3m／s2(b)大强度制动a一5．4m／s2图2．4不同制动强度下方向盘抖动时间历程第18页同济大学工学博士学位论文一二星-震Z、一-费墨誓(的离合器结合第2章制动抖动特性分析]]fX1‘lij-——．．』1ll一24681012对啊(●)0')离合器断开图2．5离合器结合状态对方向盘抖动的影响I：——’_-o。—!O5101520●一—__■L“一。一。·r—T一151015加1一l’1。■P一一●·：l5101520～-J圳L眦：⋯⋯～～!⋯=‘⋯⋯⋯⋯⋯■⋯_旷1邗”Tr。1⋯。’一。：：⋯⋯⋯⋯⋯⋯F⋯⋯一时目t●)图2．7制动过程中发动机振动加速度与方向盘振动加速度的比较第19页^童u)★，，，母同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析ZVR曩■】I—’’’-卜——～■、、～Ili善u一窜]1]J(a)四轮液压制动(b)单独后轮机械手刹图2．8不同制动方式对方向盘抖动的影响2．3制动抖动振源分析2．3．1通过试验判断振源通过以上的故障再现试验，可以帮助我们分析振源的所在。从制动抖动频率与车轮转速呈阶次关系的特征可知，制动抖动与旋转部件即车轮或制动器子系统有关。为了确定振源，又做了下面两个辅助试验。_对故障车更换左右两个前制动盘后，制动抖动现象不再出现。一将故障车上拆下的制动盘安装到不存在制动抖动的试验车上，试验车也出现了制动抖动现象。由此可以判断制动抖动的振源是制动器子系统。2．3．3故障再现试验车制动盘几何特征分析为了探明制动器子系统成为振源的原因，对故障再现试验车的制动盘进行了详细测量。测量项目包括制动盘在安装状态下的端面跳动、制动盘自身的端面跳动和厚薄差。测量结果如下，见表2．4和图2．9。第20页同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析表2．4故障车制动盘几何特征测量结果盘号厚薄差(1Im)制动盘本身端面跳(IJm)安装状态端面跳(pm)试验车A左侧9．020．060试验车A右侧．35．O50．O320试验车B左侧45．030．060试验车B右侧30．040．071蝴蛊车A左翻琉盘蠕膏冀劝和蠢薄麓谢2辜B左舅翻磅盘曩■奠功和■辱It验车A右一动量一■默璃和曩曩■童V翟■试验辜B右一■功量蠕啊珐葫和■簿麓图2．9试验车A、B制动盘几何形状的测量结果试验车A右侧制动盘在安装状态下端面跳动达到320IIm，远远超过了80IIm的最大允许界限。试验车A右侧制动盘的厚薄差为35IIm，也超过25IIm的最大允许界限。试验车B的左右两侧制动盘厚薄差均超标。更换为合格的制动盘，并控制安装误差在标准范围内，重新试验，制动抖动现象消失，这说明制动盘成为振源的根本原因是制动盘宏观几何形状的偏差造成的．观察端面跳动和厚薄差的特征，发现端面跳动基本上是一圈波动一次，厚薄差的特征第21页^量v一餐嚣曩曩麓嚣零^fjv一露嚣瞄曩翎墓^呈u制謦■(I§v一嚣黎曝莒确蒋墨^§v捌孽t^呈v一曩■l嗣眷曩同济大学工学博士学位论文第2章制动抖动特性分析均为每圈波动两次，是两峰两谷的特征，正好每周产生两次激励，这与故障再现试验中抖动频率主要以车轮转速的2阶为主是相互呼应的。观察厚薄差和端面跳动的相位关系还可以发现，端面跳动的最高点和最低点，都对应着厚薄差的最低点，说明端面跳动最大的地方磨损最严重，制动盘最薄。这种测量结果验证了有关非制动磨损的理论分析。试验车A左侧制动盘和端面跳动都在标准控制范围内，说明一侧制动盘不合格足以引起制动抖动。对于两侧制动盘均不合格的情况，存在左右两侧制动盘振动激励相位的问题。经过打滑、转弯等工况，左右两侧车轮的相位关系会发生变化。当左右两侧的激励同相位时，会加剧制动抖动现象；相位相反时，有减轻制动抖动的趋势。根据厂家推荐的标准厚薄差≤25um，端面跳动≤∞lIm，从上表数据可知，两辆故障车的4只制动盘中有3只几何特征存在偏差。故障车A产生抖动的原因是右侧制动盘在安装状态的端面跳动超差严重，厚薄差也超标。故障车B的左右制动盘厚薄差都超标。2．3．3故障车制动盘抽样测量为了获得共