盘式制动器尖叫声单模态和多模态不稳定性非线性稳态动力学的研究(二)

本文重点说明和讨论制动系统承受摩擦诱导的振动,由于多不稳定模式可能发生的非线性动力学特性。采用具有摩擦副的有限元模型分析制动系统的稳定性和预测尖叫声稳态非线性波动。尖叫声不稳定机理看成是一模式偶合现象,它通常看成为一种组合。     

制动力对制动尖叫噪声及磨损特性的影响

在自行研制的新型摩擦制动噪声试验台上,采用锻钢制动盘和铜基粉末冶金制动片作为摩擦副,研究制动力对制动尖叫噪声特性和界面磨损特征的影响。结果表明:随着制动力的增大,摩擦系统不稳定振动加强,系统产生高强度制动尖叫噪声的倾向增强;制动力的增大导致摩擦界面磨损更加严重,黏着撕裂和剥落、犁削、磨屑堆积等"不平顺"因素对接触界面产生连续激励并加剧系统的不稳定振动,进一步诱导高强度制动尖叫噪声的产生。     

盘式制动器非线性模型的复模态分析及改进

采用复特征值分析方法对某车盘式制动器多自由度非线性模型制动噪声进行复模态分析和试验验证。应用振型、频率等指标分析不同摩擦因数(0.20~0.65)的制动噪声。采取制动块背板铆接消音片和沿其半径倒角RJ10的改进措施,并进行改进前、后的对比研究。结果表明,摩擦因数对系统固有频率影响不大;摩擦因数减小,制动器不稳定模态数量减少,不稳定系数下降。改进后的制动器不稳定模态数量减少,不稳定模态实部显著减小,模态稳定性提高,制动噪声产生度降低,NVH性能得到改善。     

铁道车辆防滑控制仿真

列车的可靠制动是其安全运行的必要保证,而制动过程中的防滑控制又是安全制动和缩短制动距离的有效途径.建立车辆制动动力学模型和单轮对制动动力学模型,车辆系统自由度为42,建模中考虑车辆系统悬架力非线性、轮轨接触几何关系非线性和轮轨蠕滑力非线性.考虑到盘型制动系统的摩擦特性和制动缸压力变化特性,建立了制动系统力学模型.采用P控制方法,用数值仿真方法研究准高速列车制动过程的防滑控制.计算结果表明,P控制能有效防止车轮在轮轨粘着力较低时的滑行,从而提高制动的可靠性和缩短制动距离,并减小制动过程中车辆的纵向振动.     

盘式制动器尖叫声起因

在制动器噪音研究领域已被工程师们和科学家们普遍公认,盘式制动器的尖叫声起因于因摩擦力导致自激振动造成不稳定性,自激系统当时发生振荡,达到极限周波.Papp等在2002年基于一个十分简单的模型阐述了摩擦力实际工作(即尖叫声的激励)的先决条件.本文作者为激励机理起因的研究采用-多自由度系统,用观测的衬片上的平均摩擦力功率和典型稳定分析相比较,基于这些理论研究开发了一测量技术探测抑制尖叫声的参量的范围(例如,对制动压力和相当的尖叫频率).     

电磁与摩擦集成制动系统稳定性分析

针对轿车电磁与摩擦集成制动系统能够改善制动热衰退性的特点,将电磁制动器的力矩输出进行适当的控制并施加在前轮上,与前轮摩擦制动器制动力共同形成了复合制动力.基于汽车理论,分析了电磁与摩擦集成制动系统稳定性能,为集成制动系统制动力分配策略提供理论支撑.     

轿车电磁制动与摩擦制动集成系统的模糊控制

电磁制动与摩擦制动集成系统能有效地改善汽车的制动性能,而合理的控制策略是集成系统实现的关键.由于车辆制动系统存在非线性和时变性,为此,基于1/4车辆模型电磁制动与摩擦制动集成系统模型分析、模糊控制理论,提出采用模糊控制电磁制动器线圈电流大小的控制策略.在控制策略中以车辆滑移率为输入量,以电磁制动器线圈通电电流为输出量,设计出系统模糊控制器.为检验控制策略的有效性和可行性,以某一安装有电磁制动与摩擦制动集成系统的轿车为应用实例,运用Matlab/Simulink软件对系统进行仿真分析,对比采用模糊控制器汽车与未采用模糊控制器的制动时间和制动距离.仿真结果表明,采用模糊控制策略的集成系统可以有效地减少汽车制动所需时间,缩短制动距离,所提出的控制策略切实可行.     

用模糊逻辑控制(ABS)系统改善制动性能和方向稳定性

ABS系统设计了一简单有效的模糊逻辑控制,可改善汽车制动时的制动性能,以及在均匀和不均匀(μ-分离表面)的摩擦表面上的转向制动的机动性。该系统由前后两工作控制器组成。第一控制器工作于纵向滑动,第二控制器负责车辆侧向滑动控制。在非线性轮胎特性的四轮非线性车辆模型上实行模糊逻辑控制。同时与没有模糊逻辑控制ABS系统的车辆模型比较,评估控制器性能。     

盘式制动器的结构场有限元分析

首先探讨盘式制动器在制动过程中的摩擦接触和非线性动力学问题.具体的分析方法包括:摩擦接触算法,非线性有限元方法.按照制动盘与摩擦片的实际几何尺寸,建立了具有速度可变效应的三维瞬态结构应力有限元模型,利用非线性有限元方法,较真实地模拟了制动器的制动过程.通过以上分析得出制动过程的一些结构上的性能变化.将同相同制动条件下的实心盘式制动器和通风盘式制动器对比,得出通风盘式制动器在制动过程中的接触应力,各向位移等.     

轿车电磁与摩擦制动集成系统混杂控制方法

针对电磁与摩擦制动集成系统在车辆制动模式切换过程中存在的混杂动态特性,在建立电磁与摩擦制动集成系统的数学模型的基础上,建立电磁与摩擦制动集成系统的混杂Petri网模型,利用共同Lyapunov函数法分析集成制动系统在制动模式切换过程中的稳定性,提出制动模式切换动态协调控制的基本算法和改进算法。得出以下结论:在制动模式切换过程中控制车轮纵向滑移率使其始终低于路面的最佳滑移率,可以充分保证电磁与摩擦集成制动系统在制动模式切换过程中的稳定性。由于电磁制动器相比于电子液压制动具有较好的控制性能,因此在进行电磁制动与电子液压制动的协调控制的过程中,电子液压制动主要用于提供一定的制动强度,而使用电磁制动跟随驾驶员的制动意图;同时这也可以显著降低高速电磁阀的作用频次,提高电子液压制动的可靠性。     

盘式制动器复模态摩擦耦合制动稳定性分析

为研究影响汽车制动噪声的因素,以通风盘式制动器为研究对象,应用有限元软件ABAQUS,建立制动尖叫有限元模型,通过自由模态试验及制动尖叫台架试验验证了模型正确性,进行复特征值分析和自由模态分析,探讨系统部件自由模态与摩擦耦合模态的关系,摩擦系数及制动系统关键部件刹车盘刹车片的弹性模量对制动稳定性的影响,结果显示在摩擦耦合作用下,系统中固有频率接近的部件产生模态耦合,导致系统不稳定振动;系统摩擦系数越大,摩擦耦合程度也越大,系统不稳定性越大,但主振频率不变;刹车盘和刹车片弹性模量增大分别起到增强和削弱摩擦耦合对系统不稳定性的影响。     

提升机闸瓦摩擦特性研究

针对现有闸瓦很难保证制动系统运行安全的问题,通过实验研究滑动速度、制动压力和工作温度对闸瓦摩擦特性影响规律,证明摩擦系数与主动盘转动速度、制动压力和制动盘表面温度变化成反比,磨损率与这三个因素成正比.该结论可为提升机设计新的制动系统和控制模式提供很好的原始数据和理论依据.     

四种车辆制动闸瓦材料摩擦特性试验研究

使用MM-1000型摩擦试验机,在不同的压力和速度下作了4种铁路车辆制动闸瓦材料与车轮钢的摩擦试验,测试它们的制动摩擦特性。试验结果表明,闸瓦材质对制动摩擦性能有较大的影响。高磷铸铁A、B两种材料的摩擦因数比较不稳定,在制动过程中摩擦因数出现了较大的波动,而且易受制动压力和速度的影响。高分子树脂复合材料C的摩擦因数比较稳定,受制动速度的影响较小但是受压力的影响较大。高分子树脂复合材料D的摩擦因数受制动速度的影响较大,但是受制动压力的影响则较小。     

基于瞬态分析法的轮盘制动系统摩擦自激振动研究

在制动噪声的有限元分析方法中,复特征值方法预测得到的不稳定频率过于保守,而瞬态分析方法在理论上可以得到较为真实的不稳定频率。考虑制动闸片与制动盘接触点间的摩擦力耦合作用,基于建立的高速动车轮盘制动系统的有限元模型,采用瞬态分析法对高速动车轮盘制动系统进行摩擦自激振动分析,并与复特征值分析法得到结果的进行比较。结果表明,接触面间法向接触力的振动主频与闸片法向振动的主频一致;制动系统瞬态动力学分析得到的振动主频与其复特征值分析得到的不稳定频率基本相符。     

利用不稳定系数TOI分析盘式制动器噪声

针对某型号车辆前轮盘式制动器低速制动时出现的制动噪声现象,应用ABAQUS软件,建立由制动盘、制动支架及摩擦衬块组成的盘式制动器有限元模型。通过对关键零部件自由模态仿真分析和模态的锤击试验,验证有限元模型的准确性。利用复特征值法,结合系统不稳定系数TOI,分析摩擦因数、材料弹性模量、制动衬块厚度参数变化量对盘式制动器制动噪声特性参数的影响规律。优化制动盘和摩擦片的结构,装车试验后解决了制动噪声问题。     

考虑非线性特性的电控助力制动系统多闭环压力控制策略

针对电控助力制动系统(Electro-booster brake system, Ebooster)主动制动时面临的液压系统时变特性扰动、传动机构动静态摩擦阻碍以及底层伺服电机电磁特性耦合等诸多非线性难题,提出一种考虑非线性特性的压力—位置—电流多闭环压力控制策略。分析Ebooster主动制动工作原理并建立面向控制器设计的等效简化模型;基于自抗扰理论设计压力环控制器,补偿了液压系统时变特性扰动;采用鲁棒滑模变结构设计位置环控制器,考虑传动机构动静态摩擦阻碍和系统未建模扰动;通过李雅普诺夫稳定性理论设计电流环控制器,解决永磁同步电机双轴电流耦合问题。基于d SPCAE设备搭建了硬件在环台架进行算法测试验证。结果表明,提出的多闭环压力控制策略能够控制Ebooster实现主动制动功能,压力跟随的稳态误差在0.2 MPa之内,同时在多种压力跟随工况下表现出良好的控制效果。研究成果为机-电-液耦合的线控制动系统进行制动压力控制时面临的多种非线性扰动问题,提供了一种良好的解决思路。     

踏面与盘式两种制动模式温度分布特征的模拟分析

探究1∶1踏面制动与缩比盘式制动得到的温度场存在偏差的原因,有利于提高利用缩比制动模式评价制动摩擦副热负荷能力的精度。基于TM-I型缩比车辆制动试验台和1∶1制动试验台,采用ADINA有限元软件,在制动压力10、15、20 kN和初速度60、80、105 km/h条件下,模拟计算2种制动模式的温度场,并分析影响2种制动模式温度偏差的因素。结果表明：1∶1踏面制动模式和缩比盘式制动模式得到的温度存在明显差别,踏面制动的温度均高于缩比盘式制动的温度;2种制动模式的温度差别随压力的变化不明显,但随制动初速度增加而明显加大;踏面制动由于摩擦面积集中,散热程度不良,随初速度从60 km/h增加到105 km/h,制动温度增加幅度为56%~77%,盘式制动由于摩擦弧长沿盘半径方向的不均匀,散热面积大,制动温度随初速度增加幅度为32%~44%。     

拖曳与启停制动模式下盘式制动器热-机耦合特性研究

建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。     

降低制动摩擦振动的制动器结构拓扑优化设计

本文建立起某车型盘式制动系统三维有限元模型,分析了该制动系统的摩擦振动噪声特性,并基于ABAQUS/Optimization模块对该制动系统进行结构拓扑优化设计,在满足轻量化的目标要求下改善摩擦振动噪声问题.结果表明:制动系统在摩擦力作用下可能出现四种振动模态,且产生频率为3632.4 Hz的振动噪声的倾向和强度最大.产生该频率摩擦振动噪声的原因是由于制动钳的第4阶模态频率与制动盘的第11阶模态频率非常接近,在摩擦力作用下容易产生共振.通过对制动钳进行结构拓扑优化设计,移除制动钳两侧区域的材料,使其在满足重量最小的目标前提下将第4阶模态频率降低到2804 Hz,从而避免与制动盘发生共振,且制动钳的重量减轻了17.1％.进一步采用复特征值分析对结构优化后的制动系统进行摩擦振动噪声特性预测,结果表明制动系统仅有两组相邻模态出现模态耦合现象,且原始制动系统出现的3632.4 Hz的振动噪声频率已经消失,制动系统摩擦振动噪声问题得到显著改善.     

副立井直流提升机制动系统恒减速改造

由于副立井直流提升机为多绳摩擦式提升机,制动系统目前采用恒力矩制动方式,不满足煤矿安全质量标准化中规定的大型多绳摩擦式提升机应采用恒减速制动系统的要求,因此通过提出主要改造技术的要求与所需设备,对制动系统进行技术改造以实现恒减速制动。