制动低频噪声和制动低频振颤噪声抑制器

摘要

本发明提供可降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的制动块，该制动块包括具有至少一个凹口的制动块衬片，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。本发明还提供降低制动块中的制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的方法，该方法包括提供具有至少一个凹口的制动块衬片，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。本发明还提供制造可降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的制动块的方法，该方法包括在制动块衬片中形成至少一个凹口，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。

说明书

技术领域

本发明涉及可降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声的装置和方法。更具体地，本发明涉及在制动块衬片中提供位于波传播峰值区域处或其附近的凹口。

背景技术

盘式制动器是用于减缓或停止车轮的旋转，例如汽车车轮的旋转的装置。制动盘(brake rotor)(或制动碟(disc))通常由铸铁或陶瓷制成，并连接到车轮或轮轴。为了停止车轮，形式为制动块(安装在称为制动钳的装置中)的摩擦材料以机械方式、液压方式、气压方式或电磁方式紧压制动盘的两侧。摩擦力使制动盘和所连接的车轮减速或停止。

制动衬片由具有较高动摩擦系数的相对软但坚韧而耐热的材料组成，且通常使用耐高温胶结剂或铆钉安装到固体金属背板上。这样一个完整的总成(包括衬片和背板)通常称为制动块。

盘式制动器在制动时容易产生不期望的噪声，这些噪声以不同方式描述为尖叫声(squeal)、啁啾声(chirp)、轰轰声(grunt)、制动低频噪声(moan)及制动低频振颤噪声(groan)。总的来说，不同的噪声具有不同的频率。例如，制动低频噪声发生在约100Hz-400Hz的频率下，而尖叫声发生在约2000Hz及以上的频率下。在制动盘旋转时制动衬片被压向制动盘，因而会在盘式制动器中产生这些噪声。制动低频噪声和制动低频振颤噪声通常在低于约40mph(英里/小时)的车速下发生。因此，汽车可能在低速行驶时经历制动噪声。该噪声会造成客户投诉并产生高额的保修成本。过去，降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声涉及改变制动块衬片材料，这样的做法复杂且成本高。

发明内容

本发明涉及可降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的制动块，该制动块包括具有至少一个凹口的制动块衬片，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。

本发明还涉及降低制动块中的制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的方法，该方法包括提供具有至少一个凹口的制动块衬片，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。

本发明还涉及制造可降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声之一的制动块的方法，该方法包括在制动块衬片中形成至少一个凹口，该至少一个凹口位于制动块衬片内的至少一个波传播峰值区域处或其附近。

本发明可以包括位于制动块衬片内的每个波传播峰值区域处的凹口。本发明还包括延伸穿过制动块衬片但不延伸穿过背板的凹口。这些凹口可以位于制动块衬片的顶部和制动块衬片的底部。

作为说明书的一部分结合在此的附图示出了现有技术和本发明，并与说明书一起用于说明本发明的原理，使本领域技术人员能够制造和使用本发明。

附图说明

图1示出与本发明的制动块实施例一起使用的盘式制动器总成的正面透视图；

图2示出图1所示盘式制动器总成的背面透视图；

图3示出本发明的制动块的实施例的顶视图；

图4示出图3所示制动块的透视图；

图5示出本发明的制动块的实施例与现有技术在时域中的速度比较；及

图6示出图5所示实施例与现有技术在频域中的速度比较。

具体实施方式

根据本发明的实施例，在制动块衬片中提供一个或多个凹口，以阻止衬片内的波传播。在本发明的一个实施例中，仅在制动块衬片中提供凹口，且凹口不延伸穿过背板，这可以保持背板的结构完整性。凹口位于制动块衬片内的波传播峰值区域处或其附近。本文中所用的术语“凹口”总体上指其中已去除制动衬片材料的区域，并包括小孔或缝隙，且可以不延伸穿过制动块衬片的整个宽度。

可以使用有限元分析，通过例如现有的建模与动画技术来确定波传播峰值区域。在有限元分析中，使用由多个相互链接的离散区域的简化表示-即，非结构网格(或栅格)上的有限元-组成的几何上与物体类似的模型来表示物体。将平衡方程以及应用物理学考虑应用于每个元，并建立联立方程组。根据情况，使用线性代数或非线性数值方法来求解该方程组中的未知值。虽然是一种近似方法，但有限元分析的精度可通过使用更多的元和节点来细化模型中的网格得到提高。应用于示例制动块衬片的有限元分析网格在图4中示出。

有限元分析的运行挠曲振型(ODS)已知可以显示结构在运行中或在运行条件下的振型，在这样的运行挠曲振型中可以看到，不稳定的制动低频噪声和制动低频振颤噪声的声波沿制动盘的圆周方向快速传播。可以确定，这样的波传播会受到提供用于阻止能量在特定的频率上累积的一个或多个凹口干扰。有效的设置凹口的方式取决于该频率的ODS振型。如上所述，制动低频噪声和制动低频振颤噪声的频率通常在100Hz到400Hz的范围中。

一个或多个凹口的形状、尺寸及位置可以基于制造上的考虑，以及特定制动块中的波传播峰值区域。可以通过多种制造方法在制动块衬片中形成一个或多个凹口，包括模制出凹口或在衬片形成之后从中去除材料以形成凹口(如，通过切割、冲压或机械加工)。在各种汽车中，制动块的尺寸、形状及材料通常不同，因此峰值的位置也会不同。在本发明的一个实施例中，凹口的形状可以对应于为确定波传播峰值区域而应用于制动块的有限元分析网格中的一个或多个离散元的形状。在对个别的制动块设计进行分析不合乎实际的情况下，也可以基于有限元分析的一般结果近似地得出凹口的尺寸、形状及位置。

图1示出与本发明的制动块实施例一起使用的盘式制动器总成的正面透视图及图2示出图1中的盘式制动器的后面透视图。盘式制动器可以在安装于制动钳(caliper)中的制动块(brake pad)紧压制动盘时减缓或停止车轮旋转。制动盘的设计可以变化。例如，制动盘可以是实心铸铁或为空心并具有连接接触面的叶片。制动钳是其中装有制动块和活塞的装置。制动块，如本发明所公开的制动块，可以具有不同的尺寸、形状和材料，并安装在制动钳内且可以通过活塞移动。制动钳通常是浮动式或固定式的。在可相对于制动盘移动的浮动式制动钳中，制动盘一侧的活塞推动内侧制动块，直到其与制动面接触，然后通过外侧制动块拉动制动钳体，从而向制动盘的两侧施加压力。固定式制动钳向制动盘表面同时应用两个制动块。

制动盘和制动钳通过支架安装到关节上。该关节也称为轮缘，通过称为控制臂的吊杆连接到车架。通常使用球节或衬套将控制臂连接到关节。系杆(tie blade)和趾型连接臂(toe link)是将车轮连接到车体的悬挂组件。

控制臂、关节、系杆及趾型连接臂都是汽车悬挂系统的组件。这些组件通过轮胎将负荷从地面传递到汽车结构(车体结构)并保持汽车的机动性。这些组件的设置是引起制动块中的制动低频噪声的一个因素。

图3示出本发明的制动块的实施例的顶视图；如图所示，制动块衬片包括三个凹口，其中包括位于制动块衬片顶部的第一凹口及位于制动块衬片底部的第二和第三凹口。虽然示出了三个凹口，但本发明可以包括一个或多个位于每个制动块的波传播峰值区域处或其附近的凹口，且可以使用有限元分析，通过现有的建模与动画技术来确定这些区域。并不是所有的波传播峰值区域都必须具有关联的凹口，然而在每个峰值区域处提供凹口可以更好地降低制动低频噪声和制动低频振颤噪声。

在诸如图3和图4所示的示例实施例中，制动块的尺寸约为70mm×40mm。在确定波传播峰值区域之后，确定第一凹口的尺寸约为6mm×7mm，而第二和第三凹口中的每个尺寸约为4mm×6mm。虽然凹口的尺寸一般随制动块衬片尺寸的增加而增加，但这样的相关性并不是必然的，且优选地可通过研究每个制动块的波传播峰值区域来确定凹口尺寸。

图3和图4还示出可用于有限元分析的示例网格(或栅格)。网格创建出多个相互链接的离散区域的简化表示，可以基于此研究波传播特性。对这些特性的研究允许识别波传播峰值区域，从而确定设置一个或多个凹口的期望位置。在图3和图4所示的实施例中，凹口的形状对应于网格中的离散元的形状。

图5示出本发明的制动块的实施例与现有技术在时域中的速度比较。x轴表示频率，单位为Hz；y轴表示速度，单位为mm/秒。该图示出具有凹口及不具有凹口的制动块表面在模拟的汽车运行期间随着时间推移在速度振幅上的变化。对图3和图4中示出的示例制动块在具有凹口和不具有凹口两种情况下使用如上所述的有限元分析，以对汽车运行建模，从而得到该图。如图所示，不具有凹口的制动块的速度振幅较大。峰值处的振幅通常可表示汽车驾驶者会听到的噪声量。因此，如图所示，使用具有位于波传播峰值区域处的凹口的制动块时，即使有此类噪声，驾驶者也只会听到较少的制动低频噪声和制动低频振颤噪声。

图6示出图5所示制动块实施例与现有技术在频域中的速度比较。x轴表示时间，单位为秒；y轴表示速度，单位为mm/秒。可以对图5中的时间域数据使用例如已知的数值分析方法得到该图。峰值表示图3和图4所示的示例制动块在具有凹口和不具有凹口两种情况下于变化的频率下的噪声。如图所示，对于不具有凹口的制动块，在约350Hz处存在噪声峰值，该频率对应于制动低频噪声的频率(100Hz-400Hz)。对于具有位于振动峰值区域处的凹口的制动块，在所示的频率范围内不存在对应的峰值。因此，使用具有位于波传播峰值区域处的凹口的制动块，可以降低或消除制动低频噪声和制动低频振颤噪声。

应理解，本发明总体上包括具有一个或多个凹口的制动块衬片，该一个或多个凹口位于制动块衬片内的一个或多个波传播峰值区域处或其附近。凹口的数量、尺寸和形状可以变化并仍然落在本发明的范围之内，本发明的范围由所附权利要求限定。