分析復(fù)模態(tài)分析在制動(dòng)異響問(wèn)題解決中的應(yīng)用

郭真龍++鹿敬必

摘 要：制動(dòng)異響問(wèn)題一直存在，國(guó)內(nèi)外不斷對(duì)其探索、研究。復(fù)模態(tài)分析在解決制動(dòng)異響問(wèn)題中發(fā)揮著不可替代的作用。本文結(jié)合有限元法及復(fù)模態(tài)分析理論，通過(guò)建立制動(dòng)鉗、盤(pán)閉環(huán)耦合系統(tǒng)模型，以對(duì)系統(tǒng)中的不穩(wěn)定模態(tài)進(jìn)行了復(fù)模態(tài)分析。在此過(guò)程中，試驗(yàn)制動(dòng)異響問(wèn)題與模態(tài)在頻率方面保持一致。經(jīng)獲取、分析仿真結(jié)果，可對(duì)引發(fā)制動(dòng)異響問(wèn)題的原因加以識(shí)別、判斷?；诖耍瑢?duì)制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以解決尖叫性制動(dòng)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：復(fù)模態(tài)分析；制動(dòng)異響；問(wèn)題；制動(dòng)盤(pán)；解決

中圖分類(lèi)號(hào)： U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）11-150-2

0 引言

眾所周知，汽車(chē)在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，此過(guò)程與復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題存有密切的聯(lián)系。制動(dòng)器各組成部件動(dòng)態(tài)參數(shù)不匹配及摩擦閉環(huán)耦合所引發(fā)的自激振動(dòng)是產(chǎn)生制動(dòng)尖叫的主要原因。近年來(lái)，復(fù)模態(tài)分析在汽車(chē)制動(dòng)問(wèn)題中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的效果。

1 復(fù)模態(tài)相關(guān)概述

1.1 復(fù)模態(tài)的特點(diǎn)

對(duì)于復(fù)模態(tài)的特點(diǎn)，筆者將其概述為以下內(nèi)容：復(fù)模態(tài)的描述主要依托行波，結(jié)構(gòu)表面是其節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的位置；通過(guò)最大值位置處的點(diǎn)并非全部在同一時(shí)刻，某些點(diǎn)通過(guò)的時(shí)間晚于其他點(diǎn)；全部的點(diǎn)并非在同一時(shí)間通過(guò)零點(diǎn)位置；實(shí)數(shù)無(wú)法對(duì)模態(tài)振型進(jìn)行描述，而復(fù)數(shù)可以；相位關(guān)系不會(huì)體現(xiàn)于存有差異性的自由度之間。此外，并不存在完全相同的相位、完全相反的相位；當(dāng)模態(tài)振型產(chǎn)生于無(wú)阻尼環(huán)境中時(shí)，將不解耦阻尼矩陣等。

1.2 復(fù)模態(tài)與實(shí)模態(tài)的區(qū)別——阻尼

就阻尼而言，其包括機(jī)構(gòu)阻尼、粘性阻尼、結(jié)構(gòu)比例阻尼、粘性比例阻尼四種。實(shí)模態(tài)分析包括粘性與結(jié)構(gòu)比例阻尼及無(wú)阻尼系統(tǒng)，復(fù)模態(tài)分析保羅結(jié)構(gòu)阻尼與粘性阻尼。值得注意的是，復(fù)模態(tài)與實(shí)模態(tài)的關(guān)鍵區(qū)別是其的模態(tài)矢量是屬于復(fù)數(shù)范疇還是屬于實(shí)數(shù)范疇。

2 有限元模型的建立及復(fù)模態(tài)分析

通過(guò)利用有限元分析軟件，建立系統(tǒng)模型，其由盤(pán)耦合摩擦閉環(huán)、制動(dòng)鉗兩部分構(gòu)成[1]。如圖1所示：

經(jīng)觀察、分析可知，該模型中體現(xiàn)了兩種關(guān)系：其一，滑動(dòng)關(guān)系。發(fā)生于制動(dòng)鉗鉗架及制動(dòng)鉗鉗體之間；其二，接觸關(guān)系。發(fā)生于制動(dòng)盤(pán)與摩擦片之間、鉗體及鉗架與摩擦片之間。將相互作用力施加于鉗體與制動(dòng)油缸兩者之間，對(duì)鉗架安裝孔的平動(dòng)自由度、制動(dòng)盤(pán)安裝孔加以約束。待獲得分析結(jié)果之后，將系統(tǒng)阻尼比及結(jié)構(gòu)的復(fù)特征值提取出來(lái)，以對(duì)系統(tǒng)中的不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行查找。

3 制動(dòng)異響問(wèn)題實(shí)踐

當(dāng)實(shí)車(chē)安裝仿真的制動(dòng)器總成系統(tǒng)時(shí)，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)尖叫現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)試（測(cè)試采用LMS振動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)采集設(shè)備）、處理數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)當(dāng)頻段約為6600Hz時(shí)，制動(dòng)器會(huì)發(fā)生尖叫。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理，如圖2所示：

實(shí)車(chē)測(cè)試活動(dòng)的開(kāi)展，可在一定程度上證明復(fù)模態(tài)分析解決制動(dòng)異響問(wèn)題的成效。此外，在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，會(huì)激發(fā)不穩(wěn)定模態(tài)，以致產(chǎn)生尖叫，換句話說(shuō)，產(chǎn)生制動(dòng)異響。

4 制動(dòng)異響產(chǎn)生的影響因素、成因查找與改進(jìn)

4.1 造成制動(dòng)異響的因素

實(shí)踐證明，制動(dòng)力不足、制動(dòng)拖滯、制動(dòng)跑偏等因素皆會(huì)引發(fā)制動(dòng)異響[2]。其中，制動(dòng)力不足：制動(dòng)力不足的現(xiàn)象需要進(jìn)行汽車(chē)制動(dòng)性能的檢驗(yàn)，一般情況下，汽車(chē)制動(dòng)時(shí)間或者制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)則會(huì)使制動(dòng)性能變差，進(jìn)而使得整體的制動(dòng)氣壓偏低，在這樣的狀態(tài)下，會(huì)造成空氣壓縮機(jī)故障、氣缸墊漏氣、裝配調(diào)整不良等現(xiàn)象。另外，制動(dòng)鼓磨損失圓，摩擦片表面的磨損、變形，制動(dòng)鼓與摩擦片之間過(guò)大的間隙，管路的不密封、折斷，制動(dòng)系統(tǒng)閥漏氣等也會(huì)造成制動(dòng)力不足的現(xiàn)象出現(xiàn)；制動(dòng)拖滯：制動(dòng)拖滯現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，存在分離不徹底的現(xiàn)象，使得汽車(chē)在行駛過(guò)程中出現(xiàn)較大的阻力。另外，對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行檢查時(shí)，會(huì)存在制動(dòng)鼓過(guò)熱的現(xiàn)象。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要是因?yàn)橹苿?dòng)鼓與制動(dòng)蹄片之間存在著間隙過(guò)小的問(wèn)題，并且在不當(dāng)?shù)恼{(diào)整中造成制動(dòng)間隙不當(dāng)和輪轂軸承間隙不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，這就會(huì)使汽車(chē)在運(yùn)行中出現(xiàn)一定程度的偏斜，而造成局部間隙的消失，進(jìn)而出現(xiàn)制動(dòng)鼓發(fā)熱和行駛拖滯現(xiàn)象；制動(dòng)跑偏：汽車(chē)在制動(dòng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)緊急制動(dòng)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏的現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)造成制動(dòng)甩尾，正常運(yùn)行中，如果是輕微的跑偏現(xiàn)象還可以將就使用，但如果出現(xiàn)嚴(yán)重的跑偏就可能會(huì)造成事故的發(fā)生。四個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)器出現(xiàn)制動(dòng)力的不均勻現(xiàn)象，并且在調(diào)節(jié)過(guò)程中出現(xiàn)不當(dāng)現(xiàn)象，就會(huì)使車(chē)輪的制動(dòng)力變小，進(jìn)而在制動(dòng)氣壓偏低的狀態(tài)下造成同車(chē)輪制動(dòng)不一致現(xiàn)象，出現(xiàn)制動(dòng)跑偏。如果汽車(chē)的行駛制動(dòng)在留滑路面上進(jìn)行，對(duì)于車(chē)輪間的制動(dòng)進(jìn)行了最大化的調(diào)整，但是還是存在不一致的現(xiàn)象，還是會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏的現(xiàn)象，狀況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)調(diào)頭的狀態(tài)。另外，制動(dòng)鼓間隙和制動(dòng)摩擦片之間存在的不均勻現(xiàn)象和摩擦片材質(zhì)的差異現(xiàn)象會(huì)使摩擦系數(shù)降低，進(jìn)而影響到制動(dòng)的有效性，出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

4.2 制動(dòng)異響問(wèn)題成因查找及改進(jìn)

根據(jù)不穩(wěn)定模態(tài)分析結(jié)果顯示，波浪形振型會(huì)產(chǎn)生于制動(dòng)盤(pán)表面。錘擊模態(tài)試驗(yàn)活動(dòng)的開(kāi)展所采用的設(shè)備與測(cè)試設(shè)備相同。經(jīng)試驗(yàn)，筆者得知當(dāng)頻段小于6600Hz時(shí)，一階模態(tài)在制動(dòng)盤(pán)中有所體現(xiàn)。深入研究、分析，總成低于6555Hz時(shí)，受制動(dòng)盤(pán)影響，制動(dòng)器會(huì)出現(xiàn)模態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象[3]。

為解決制動(dòng)盤(pán)存在的問(wèn)題，須對(duì)其結(jié)構(gòu)加以調(diào)整，主要表現(xiàn)為以下內(nèi)容：改變制動(dòng)盤(pán)模態(tài)特征、用外通風(fēng)結(jié)構(gòu)替代制動(dòng)盤(pán)內(nèi)通風(fēng)結(jié)構(gòu)。在仿真過(guò)程中，制動(dòng)復(fù)模態(tài)該頻率不穩(wěn)定模態(tài)消失，對(duì)解決實(shí)車(chē)測(cè)試中出現(xiàn)的制動(dòng)異響問(wèn)題具有積極的意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為解決制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的尖叫異響問(wèn)題，本文利用有限元仿真方法對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)展開(kāi)了復(fù)模態(tài)研究。由研究、分析結(jié)果可知，當(dāng)不穩(wěn)定模態(tài)的阻尼處于較大狀態(tài)時(shí)，其在制動(dòng)情況下極易被激發(fā)，從而產(chǎn)生尖叫性的制動(dòng)異響。復(fù)模態(tài)分析的存在，可有效識(shí)別制動(dòng)系統(tǒng)中的不穩(wěn)定部件，對(duì)結(jié)構(gòu)中的不穩(wěn)定因素進(jìn)行查找，且采用科學(xué)調(diào)整以對(duì)制動(dòng)異響問(wèn)題加以解決。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 趙靜海，李國(guó)鵬，王德宸.復(fù)模態(tài)分析在制動(dòng)異響問(wèn)題解決中的應(yīng)用[J].汽車(chē)零部件，2015，05：70-71.

[2] 李德山.濕式制動(dòng)器制動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué)，2013.

[3] 刁坤，張立軍，孟德建，余卓平.提高制動(dòng)尖叫復(fù)模態(tài)有限元模型預(yù)測(cè)精度的方法[J].汽車(chē)工程，2013，10：908-914.