一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法与流程

1.本发明属于摩擦片测试技术领域，具体的说是一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法。


背景技术：

2.阻尼系数是影响nvh问题最重要的参数之一，在汽车制动系统nvh的开发过程中，考虑系统阻尼至关重要。汽车制动系统中各零部件均具有阻尼系数，但是制动钳钳体、制动钳支架、制动盘、转向节等零部件多由金属制成，阻尼较小，所以，由多种材料组合制成的制动摩擦片是汽车制动系统阻尼主要的提供者，汽车制动摩擦片通常由摩擦材料、金属背板及消音片三部分组成，制动摩擦片的阻尼主要源于摩擦材料和消音片两部分。为了进一步分析汽车制动系统nvh问题、明确汽车制动系统阻尼构成、改善制动尖叫等噪声、提高制动系统噪声开发及控制能力，测试制动摩擦片阻尼系数十分必要。
3.申请号cn201910780480.0，此发明涉及阻尼系数测定的技术领域，具体公开了一种增材制造材料结构阻尼系数测试装置，包括支撑机构和测量系统，支撑机构包括承托板、滑座和至少两个支撑件，支撑件水平滑动连接在滑座上，承托板置于支撑件顶部上，测量系统包括激励承托板振动的无接触式激振器和用于采集承托板振动信号的无接触式采集器，无接触式激振器位于承托板和所述无接触式采集器作用于承托板端部的上侧或者下侧。本发明还保护了采用上述测试装置测试待测试样的阻尼系数的测试方法。相较于现有技术而言，本发明避免了夹持待测试样，既不用控制夹定力、夹定面积的参数保持一致，极大地增强了重复性/复现性和精准度，又避免了夹定力对待测试样的损伤破坏，实用性强。
4.申请号cn201310136549.9，提出了一种旋转机械模态阻尼系数的测量方法，首先测量旋转机械相位随转速变化曲线，其次数值计算匹配试验曲线，得到目标函数取极小值对应的模态阻尼系数为该旋转机械的模态阻尼系数。本发明中通过计算相位随转速变化曲线以及数值计算匹配试验曲线得到旋转机械的模态阻尼系数，由于相位随转速变化曲线为近似中心对称图形且和模态阻尼系数一一对应的，所以采用本发明的方法在测量模态阻尼系数不需要将转子系统开过临界转速，从而降低了测量成本、提高了测量安全性和通用性。
5.申请号cn202111554497.8，申请属于飞机部件模态阻尼比测量技术领域，具体涉及一种模态阻尼比测量装置，包括：激振器；柔性绳；位移表征传感器，连接在柔性绳的一端；弹性件，连接在柔性绳的另一端；模态阻尼比测量装置具有：模态调谐状态，激振器上的激振部位与柔性绳连接；阻尼比测量状态，激振器上的激振部位与柔性绳脱开。此外，涉及设计模态阻尼比测量方法，该方法基于上述的模态阻尼比测量装置实施。
6.当前关于阻尼系数的测量主要集中于机械结构整体阻尼测试和接触面阻尼测试，直接测试汽车零部件阻尼系数的专利较少，直接测量制动摩擦片阻尼系数的专利尚未能检索到。


技术实现要素：

7.针对以上问题，本发明提供了一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，能够准确获取制动摩擦片阻尼系数，增加对零部件的了解；有助于完善零部件开发要求，在时间维度上前移对制动nvh问题的掌控；提高制动系统nvh问题分析的准确性，有限元计算中输入测试得到的准确的阻尼系数可以提高仿真精度；有助于积累摩擦片阻尼系数数据库，为后续开发过程中摩擦片材料选型提供数据支撑，也为消音片匹配提供数据支持。依靠本专利可以实现准确的测量不同温度下制动摩擦片的阻尼系数，为制动摩擦片、制动系统的阻尼分析及测试提供方法支撑，为仿真分析的参数准确化提供助力，为汽车制动系统nvh开发控制提供新思路。
8.本发明技术方案如下，一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，包括以下步骤：
9.s1将制动摩擦片通过弹性悬挂件悬挂；
10.s2标记第一圆圈和第二圆圈，布置力锤和传声器；
11.s3将制动摩擦片置于不同温度中，在低噪音环境中用力锤敲击第一圆圈；
12.s4采集力锤激励数据与传声器数据；
13.s5分析数据，得到阻尼系数。
14.进一步的，步骤s3中，低噪音环境为环境声音在40db以下。
15.进一步的，步骤s1中，悬挂件最高刚体模态频率≤制动摩擦片一阶弹性模态频率的10％。
16.进一步的，步骤s2中，以制动摩擦片表面距离两个边界2-10mm为原点，4mm为半径画第一圆圈，在制动摩擦片相同表面与第一圆圈轴对称位置画第二圆圈，第二圆圈中心法线方向布置传声器，传声器与制动摩擦片表面距离10mm。
17.进一步的，步骤s3中，温度为-30℃-50℃，制动摩擦片在目标温度下浸润2小时后测试。
18.进一步的，步骤s3中，力锤激励为10-20n。
19.进一步的，步骤s4中，共采集5次力锤激励数据和传声器数据，以5次测试的平均数为计算数据。
20.进一步的，传声器采集频率范围为1-10240hz。
21.进一步的，步骤s5中，阻尼系数ξ通过下式计算：
22.ξ＝50
×
η
23.其中，η为损失因子，通过下式计算：
[0024][0025]
其中，fr为模态中心频率，f1与f2分别为模态中心频率响应幅值-3db所对应的频率。
[0026]
进一步的，计算全部模态的阻尼系数。
[0027]
本发明的有益效果为：
[0028]
准确获取制动摩擦片阻尼系数，增加从阻尼系数维度上对零部件的了解；有助于完善零部件开发要求，使采购得到的制动摩擦片更符合开发要求，在时间维度上前移对制动nvh问题的掌控，减少后期nvh问题出现的概率，降低问题出现的严重性，减轻优化压力；
提高制动系统nvh问题分析的准确性，制动尖叫是汽车制动系统影响最严重的噪声问题之一，也是出现客户抱怨频率最高的问题之一，依靠有限元工具开展复模态仿真是分析制动尖叫问题的有效方法，有限元计算中输入测试得到的准确的阻尼系数可以提高仿真精度，增加制动尖叫分析能力；有助于积累摩擦片阻尼系数数据库，结合制动系统的噪声实际表现与制动摩擦片阻尼系数测量结果，可以便于寻找阻尼系数与噪声表现良好与否的关系，为后续开发过程中摩擦片材料选型提供数据支撑，也为消音片匹配提供数据支持。
附图说明
[0029]
图1为本发明制动摩擦片测试示意图。
[0030]
图2为本发明模态计算示意图。
[0031]
图中：
[0032]
1-弹簧；2-制动摩擦片；3-第一圆圈；4-第二圆圈。
具体实施方式
[0033]
需要说明的是，在本发明的描述中术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
[0034]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；连接可以是机械连接，也可以是电连接；相连可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
技术方案：
[0036]
nvh要求：试验过程中一部分数据由传声器采集，设备对噪声与振动敏感，因此环境噪声对试验结果影响较大，所以试验场地应为全消声试验室、半消声试验室或隔声试验室，以减少外界噪声干扰试验结果，试验进行时尽可能停转设备运转，减少振动或噪声干扰源。
[0037]
温度要求：制动摩擦片在实际工程中会工作于多种不同温度下，且不同温度下阻尼系数差别大，在实际工程中也存在一些制动系统噪声频繁发生于某个特定温度下，为保证试验结果的准确性与全面性，需要对不同温度下阻尼系数开展测试。
[0038]
试验要求在温度控制舱内开展，共设置-30℃、-20℃、-10℃、0℃、20℃、50℃温度工况。为确保整个制动摩擦片温度全部被浸润至目标温度，要求当试验舱到达目标温度后浸润2小时再开展试验，测试工况由低温升至高温时可以适当缩减浸润时间，高温降至低温时要严格执行浸润时间。
[0039]
悬挂要求：将待测汽车制动摩擦片用弹性件悬挂，如图片1，一般采用两端带钩的弹簧，一端连接于坚实稳定不移动的固定点，另一端连接试验样件，若样件上有孔或便于勾住，则用弹簧直接钩住摩擦片，若无可钩点，则采用橡皮筋捆住摩擦片，再用弹簧勾住橡皮筋。
[0040]
选用悬挂件的标准为：试件作为刚体与弹性支撑装置组成的悬挂系统最高刚体模态频率不大于试件本身的一阶弹性模态频率的10％。
[0041]
激励方式：试验采取力锤激励。相比于声源激励、电磁激励、液压激励等方式，力锤激励能量上更聚焦，激励位置更加准确，更适用于制动摩擦片等体积小的试验件。试验采取力锤激励开展更加方便快捷。
[0042]
拾振方式：试验采用传声器拾振。因为制动摩擦片体积小、重量轻，若采用粘贴振动传感器的方式采集振动会影响制动摩擦片固有频率，导致模态测量结果偏小的情况，影响试验精度。若采用激光拾振的方式，样件晃动对试验精度影响较大，且将激光测振器移动至消音的温度舱内较难实现，低温也可能对设备造成损坏。
[0043]
传声器布置时应垂直于制动摩擦片的摩擦面，这有助于准确接收试验结果，也保证不同制动摩擦片开展试验时容易复现布置角度，增加试验一致性。传声器布置应距离制动摩擦片10mm，若距离过近可能会导致摩擦片在受激励晃动时撞击传声器，影响试验结果；若距离过远会导致采集能量低，影响试验精度。
[0044]
试验整体布置：图片1为试验装置整体布置图，a点为力锤敲击点，处于制动摩擦片左下角，b点为音频采集点，处于制动摩擦片右下角，c为悬挂弹簧，每个制动摩擦片需要由2根弹簧悬挂，d为制动摩擦片。力锤与传声器均连接数据采集器，数据采集器连接笔记本电脑，试验应用软件为testlab。
[0045]
试验范围：试验频率范围一般为1-10240hz。
[0046]
试验方法：用力锤敲击图1中a点，用传声器垂直布置于图1中b点，距离10mm，力锤敲击后，制动摩擦片振动并发声，力锤激励数据与传声器采集数据都将体现在笔记本电脑的测试软件中，观察软件显示的力锤激励曲线及传递函数曲线，力锤激励曲线应充实饱满，幅度适中，保证在测试频率内曲线充盈，不同频率内均有激励。传递函数曲线应清晰无毛刺，且峰谷清晰，有助于后续找到理想准确的目标频率与阻尼系数。当曲线不理想时删去当次试验数据，需要重新敲击开展试验，每次测试共记录5次理想的敲击结果，最终结果为5次理想测试的平均数。
[0047]
数据处理方法：
[0048]
首先要找到汽车制动摩擦片的各阶模态，在模态对应频率处计算阻尼系数。
[0049]
寻找模态的方法为：在传递函数曲线中找到清晰的波峰，波峰最中间处对应的频率为模态，波峰从0hz起先后出现顺序即为模态出现顺序，以此为第一阶模态、第二阶模态、第三阶模态
···
，直至10240hz传递函数曲线中最后一个波峰出现。
[0050]
在波峰出现频率处采用3db带宽法计算制动摩擦片的损失因子和阻尼系数，损失因子为模态中心频率响应幅值-3db对应的带宽与中心频率，如图片2，按以下公式计算：
[0051][0052]
其中，η为损失因子，fr为模态中心频率，f1与f2分别为模态中心频率响应幅值-3db对应的频率。
[0053]
(4)根据损失因子可以算得阻尼系数，阻尼系数ξ按以下公式计算：ξ＝50
×
η。
[0054]
(5)依次计算各阶模态对应的阻尼系数即为当前温度下制动摩擦片不同频率对应的阻尼系数。
[0055]
(6)整合不同频率、不同温度下的摩擦片阻尼系数拟合绘制成3维的曲面图，即可得到该汽车制动摩擦片的阻尼系数测量结果。
[0056]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
[0057]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

技术特征：
1.一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，包括：s1将制动摩擦片通过弹性悬挂件悬挂；s2标记第一圆圈和第二圆圈，布置力锤和传声器；s3将制动摩擦片置于不同温度中，在低噪音环境中用力锤敲击第一圆圈；s4采集力锤激励数据与传声器数据；s5分析数据，得到阻尼系数。2.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s1中，所述悬挂件最高刚体模态频率≤制动摩擦片一阶弹性模态频率的10％。3.如权利要求2所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s2中，以制动摩擦片表面距离两个边界2-10mm为原点，4mm为半径画第一圆圈，在制动摩擦片相同表面与第一圆圈轴对称位置画第二圆圈，第二圆圈中心法线方向布置传声器，传声器与制动摩擦片表面距离10mm。4.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s3中，温度为-30℃-50℃，制动摩擦片在目标温度下浸润2小时后测试。5.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s3中，力锤激励为10-20n。6.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s3中，所述低噪音环境为环境声音在40db以下。7.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s4中，共采集5次力锤激励数据和传声器数据，以5次测试的平均数为计算数据。8.如权利要求1所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，步骤s5中，阻尼系数ξ通过下式计算：ξ＝50
×
η其中，η为损失因子，通过下式计算：其中，f
r
为模态中心频率，f1与f2分别为模态中心频率响应幅值-3db所对应的频率。9.如权利要求1至8任一项所述的一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，其特征在于，传声器采集频率范围为1-10240hz。

技术总结
本发明公开了一种汽车制动摩擦片阻尼系数测量方法，属于摩擦片测试技术领域，能够准确获取制动摩擦片阻尼系数，增加对零部件的了解；有助于完善零部件开发要求，在时间维度上前移对制动NVH问题的掌控；提高制动系统NVH问题分析的准确性，有限元计算中输入测试得到的准确的阻尼系数可以提高仿真精度；有助于积累摩擦片阻尼系数数据库，为后续开发过程中摩擦片材料选型提供数据支撑，也为消音片匹配提供数据支持。依靠本专利可以实现准确的测量不同温度下制动摩擦片的阻尼系数，为制动摩擦片、制动系统的阻尼分析及测试提供方法支撑，为仿真分析的参数准确化提供助力，为汽车制动系统NVH开发控制提供新思路。NVH开发控制提供新思路。NVH开发控制提供新思路。


技术研发人员：甘祥吉 姜大吉 杨树凯 于淼 沈远航 陈晓梅 周涛 王兴凯
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/9