[发明专利]一种面向制动尖叫的制动盘结构优化设计方法及制动盘

说明书

本发明提供一种面向制动尖叫的制动盘结构优化设计方法及制动盘，包括以下步骤：选择设计变量及目标函数；获取关于所有设计变量的初始取值建立盘式制动器系统的制动尖叫复模态有限元简化模型；根据所有设计变量的初始取值,采用中心复合试验设计方法采样获取样本点；求解盘式制动器系统复特征值，判断不稳定模态，计算加权制动尖叫倾向系数；构造加权制动尖叫倾向系数的二阶近似响应面模型；检验响应面模型是否满足要求；通过多岛遗传算法对响应面模型进行优化，得到设计变量的优化值；检验优化结果。本发明以加权制动尖叫倾向系数为优化目标建立制动盘制动尖叫优化模型,用多岛遗传算法对模型进行优化,使得制动盘发生制动尖叫的可能性降到最低。

技术领域

本发明属于汽车制动噪声领域，尤其涉及一种面向制动尖叫的制动盘结构优化设计方法及制动盘。

背景技术

制动尖叫，又被称为刹车尖叫，是指车辆在制动时因制动器工作振动而引起的1-16k赫兹频率的噪声。尽管经过多年研究，汽车行业中的“制动尖叫”问题仍然存在，制动尖叫不仅会对车辆驾驶员和乘客带来相当大的身心伤害，而且会大幅度降低车辆产品的竞争力。因此，如何有效地消减或消弭在制动过程当中车辆发出的制动尖叫噪声，是现如今汽车行业面临的一个重大难题。目前，鲜有研究特别针对制动器某一部件的关键设计参数，或者全部设计参数进行优化设计，对于如何合理选择制动尖叫评价指标也未形成共识。而制动盘是盘式制动器最主要的零部件之一，在制动时制动盘与制动块通过直接接触，产生摩擦作用。制动盘的模态振型对制动系统的模态耦合具有重要影响，是影响制动尖叫的关键因素。因此，针对制动盘进行面向制动尖叫的结构优化设计具有重要的工程价值。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明提出了一种面向制动尖叫的制动盘结构优化设计方法及制动盘，简单而可靠，快速而高效，为解决制动尖叫问题提供新方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种面向制动尖叫的制动盘结构优化设计方法，包括以下步骤：

1)选择设计变量及目标函数；

2)获取关于所有设计变量的初始取值建立盘式制动器系统的制动尖叫复模态有限元简化模型；

3)根据所有设计变量的初始取值,采用中心复合试验设计方法采样获取样本点；

4)求解盘式制动器系统复特征值，判断不稳定模态，计算加权制动尖叫倾向系数；

5)构造加权制动尖叫倾向系数的二阶近似响应面模型；

6)检验响应面模型是否满足要求；

7)通过多岛遗传算法对响应面模型进行优化，得到设计变量的优化值；

8)检验优化结果。

上述方案中，所述步骤1)中选取制动盘的弹性模量，制动盘内外面厚度，散热筋的高度，以及盘帽高度为设计变量，以加权制动尖叫倾向系数为目标函数。

进一步的，所述加权制动尖叫倾向系数通过以下表达式计算：

其中，为盘式制动器系统复特征值实部最大值除以其对所在不稳定频率的虚部值，为盘式制动器系统复特征值实部与其对所在不稳定频率的虚部值的比值的最大值，j为不稳定频率个数，i为正实数，i＝1、2、3...j，A_i为盘式制动器系统复特征值的实部,B_i为盘式制动器系统复特征值的虚部且A_i0,,B_i0，W₁,W₂,W₃为加权系数,分别取值为0.45，0.45，0.1。