干摩擦诱发汽车制动系统非线性振动特性研究

摘要

汽车制动系统是汽车最重要的安全性能安全部件。盘式制动系统的制动盘与制动器在制动工况下会由于相对运动而产生干摩擦作用，鼓式制动系统是制动鼓与制动蹄间产生干摩擦作用，制动噪声的产生机理被认为和干摩擦有着重要关系。制动器系统参数会对制动过程中产生的粘滑振动产生影响使其呈现不同的振动特性。而制动系统的工作往往不是独立的，它与传动系统，包括轮胎都会产生不同程度的耦合作用。对干摩擦诱发的汽车制动系统动力特性进行研究，能够为制动的系统设计参数的确定提供理论参考，为抑制或消除振动与噪声提供方法，具有一定的理论意义和工程应用价值。
　　为研究制动工况下系统动力特性，本文分别建立了盘式制动系统单自由度扭转方向动力学模型、考虑半轴和轮胎的汽车盘式制动系统四自由度扭转方向动力学模型和考虑凸轮促动机构的鼓式制动器三自由度动力学模型。通过MATLAB应用数值分析方法与非线性理论对所建立的系统进行了分析，得到了干摩擦振动特性随系统参数的变化规律。论文主要研究内容如下:
　　(1)建立盘式制动单自由度扭转振动模型，利用具有Stribeck效应的干摩擦模型计算了制动盘转动惯量、动静摩擦系数差值、制动盘的扭转刚度、干摩擦模型斜率调整参数和制动压力对制动系统Hopf分岔特性的影响。
　　(2)将汽车盘式制动系统简化为四自由度扭转振动模型，建立纯制动工况下系统的运动微分方程，基于合适的干摩擦模型运用数值分析方法计算低速制动区制动盘与制动器角速度差关于车速分岔特性以及系统参数制动器-制动盘转动惯量之比、动静摩擦系数之比及制动压力对系统粘滑振动分岔与混沌的影响规律。
　　(3)基于最新研究的含夹层的盘式制动器制动块，细化该制动块，建立汽车盘式制动系统四自由度扭转振动模型，研究该系统在干摩擦力的作用下产生的粘-滑振动特性，通过分析车速分岔图以及分层制动块每层间的刚度对粘滑振动分岔与混沌的影响，找到刚度匹配的稳定区间，为该制动块的优化设计提供理论依据。
　　(4)综合考虑凸轮促动机构在重卡制动过程中的运动特性，建立了考虑凸轮促动机构扭转振动特性的汽车鼓式制动器三自由度抖动模型，利用数值计算的方法研究带有新型凸轮张紧机构的鼓式制动器在制动工况下系统制动蹄和凸轮在干摩擦力作用下出现了极限环振动，并分析了干摩擦系数参数和制动初速度对凸轮张紧机构和制动蹄极限环振动特性的影响。
　　(5)对论文工作进行总结，提出对研究课题进一步的展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题提出

1．2 汽车制动系统概述

1．2．1 盘式制动器的关键因素

1．2．2 鼓式制动器的关键因素

1．3 研究的目的与意义

1．4 国内外研究现状

1．4．1 干摩擦动力学系统研究现状

1．4．2 基于干摩擦的汽车盘式制动系统研究现状

1．4．3 基于干摩擦的汽车鼓式制动系统研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 干摩擦动力特性描述与非线性振动理论的应用

2．1 引言

2．2 关于摩擦力特性描述

2．2．1 摩擦力行为特性

2．3 干摩擦力模型介绍

2．3．1 静态干摩擦模型

2．3．2 动态干摩擦模型

2．4 混沌的Lyapunov指数识别

2．4．1 Lyapunov指数简述

2．4．2 Lyapunov指数求解-’克隆’法

2．5 非线性动力学基本理论

2．5．1 数值分析方法

2．5．2 非线性系统的数值计算

2．6 本章小结

第三章 单自由度盘式制动系统扭转振动特性机理

3．1 引言

3．2 盘式制动系统扭转动力学模型建立

3．2．1 力学模型

3．2．2 系统微分方程

3．2．3 干摩擦模型选用

3．3 稳定性分析

3．3．1 Hopf分岔的判据

3．3．2 制动系统Hopf分岔分析

3．3．3 系统参数对Hopf分岔的影响

3．4 系统非线性粘-滑运动分析

3．4．1 制动压力的影响

3．4．2 摩擦系数差值的影响

3．4．3 干摩擦模型斜率的影响

3．5 本章小结

第四章 四自由度盘式制动系统粘-滑振动的分岔与混沌特性

4．1 引言

4．2 四自由制动系统动力学模型

4．2．1 制动系统动力学模型及其运动方程

4．2．2 干摩擦模型的选用

4．3 计算与分析

4．3．1 制动器与制动盘转动惯量之比的影响

4．3．2 动静摩擦系数的影响

4．3．3 制动压力FN对系统粘滑特性的影响

4．4 汽车制动系统混沌粘滑运动的Lyapunov指数识别

4．5 总结

第五章 含新型复合制动块的盘式制动系统动力学特性

5．1 引言

5．2 盘式制动系统扭转动力学模型建立

5．2．1 力学模型建立

5．2．2 系统运动微分方程

5．3 数值计算分析

5．3．1 夹层刚度相同时系统动力特性影响

5．3．2 夹层刚度不同时系统动力特性

5．4 总结

第六章 含新型促动装置的鼓式制动系统动力学特性

6．1 引言

6．2 鼓式制动器三自由度动力学模型的建立

6．2．1 制动系统动力学模型及其运动方程

6．2．2 干摩擦模型的选用

6．3 数值计算与分析

6．4 凸轮块计算结果与讨论

6．4．1 静摩擦系数μs的影响

6．4．2 动静摩擦系数比值ξ的影响

6．4．3 制动鼓转速νo的影响

6．5 制动蹄计算结果与讨论

6．5．1 静摩擦系数μs的影响

6．5．2 动静摩擦系数比值ξ的影响

6．5．3 制动鼓转速νo的影响

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况