基于复特征值的盘式制动器NVH分析及试验研究

摘要

随着汽车工业的迅猛发展，汽车厂商和消费者对汽车的性能要求越来越高，降低制动器的振动噪声等已成为汽车亟待解决的重要问题。本课题采用复特征值的方法对盘式制动器制动噪声进行数值解析，然后进行制动器的NVH（Noise Vibration Harshness）试验，本课题的具体内容如下：　　（1）查阅大量关于制动器的文献资料，综述本课题的研究背景，包括汽车制动器的发展和工作原理、汽车制动噪声的特点、制动噪声的试验研究概况、制动噪声产生机理的研究概况、制动噪声的数值解析方法、制动噪声的控制策略。简单介绍有限元的理论，包括弹性力学假设、基本方程、分析步骤、分析软件。然后阐述了复特征值的理论，进行了复特征值模态的推导，论述了复特征值模态三种分析方法：线性非预应力模态分析、部分非线性摄动模态分析、完全非线性摄动模态分析，同时对比三种分析方法的优缺点。　　（2）建立盘式制动器多自由度非线性振动的数学模型，以某合资A0级轿车为研究对象，在ANSYS Workbench中建立制动器复特征值模态的有限元分析模型，进行制动噪声数值解析，然后改变摩擦系数，摩擦系数变化的范围为0.1~0.65，重新计算模型，结果表明，1kHz~15kHz几乎各个频率段都有不稳定模态产生，特别是在1kHz~2kHz和12kHz~13kHz这两个频率段的复模态实部大，负阻尼比高，模态稳定性差，发生制动噪声的概率高，因此，可判定该制动器的NVH性能差。　　（3）改进制动器结构，优化制动器NVH性能。在制动块背板上铆接消音片，制动块上沿制动半径方向进行扇形的RJ10倒角，重新建模并进行复特征值模态的有限元分析，对比之前的分析结果，改进后制动器的不稳定模态数量大为减少，在3kHz~5kHz和13kHz~15kHz这两个频率段有少量的不稳定模态产生，且不稳定模态的实部和负阻尼比都显著降低，模态稳定性极大提高，制动噪声产生的概率降低，NVH性能得到大幅提升。　　（4）在LMS的Dyno Giant7000 NVH惯性型制动试验台架上进行NVH试验，将原结构和改进后的制动器分别进行试验，试验结果与分析结果基本吻合，原结构的制动器1kHz~16kHz几乎各个频率段都有噪声点，噪声的声压级特别高，最高能达到104.2dB(A)；噪声的发生度特别高，大于70dB的噪声的发生度为54.85％，12kHz~14kHz频率段的噪声声压级和发生度都特别高，NVH性能较差。改进后的制动器噪声点的数量明显减少，只是在频率为2kHz、4kHz和12kHz附近有少量的噪声点，且噪声的声压级和发生度都明显降低，最高的声压级为83.19dB(A)，大于70dB的噪声发生度为1.42%。因此，从理论计算和试验的角度都验证了改进的制动器NVH性能得到大幅提升。　　综上所述，本课题对制动噪声理论和试验的研究可为制动器的设计提供参考。

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1 绪论

1.1 选题依据

1.2 汽车制动器的发展及其工作原理

1.3 制动器的振动与噪声研究现状

1.4 盘式制动器制动噪声控制策略

1.5 本课题研究主要内容

2 复特征值模态及有限元理论基础

2.1 复特征值模态定义及推导

2.2 复特征值模态分析方法

2.3 有限元理论

2.4 本章小结

3 盘式制动器制动噪声数值解析

3.1盘式制动器的振动模型

3.2 制动器噪声分析模型建立及求解

3.3 制动器NVH性能优化

3.4 本章小结

4 盘式制动器NVH试验

4.1 NVH试验台架

4.2 试验工装夹具设计及装配

4.3 盘式制动器NVH测试

4.4 试验结果

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 未来展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果