[發明專利]一種制動器熱衰退參數化分析方法

在審

• 申請號: 201210099825.4
• 申請日: 2012-04-06
• 公開（公告）號: CN102663186A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 張坤;楊財
• 申請（專利權）人: 重慶長安汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 徐先祿

技術領域

本發明涉及一種制動器熱衰退參數化分析方法，主要應用在汽車制動時由于摩擦作用所引起的制動器溫度升高而產生的熱衰退計算。

背景技術

隨著汽車工業的發展，車速越來越高，載荷也越來越大，而對制動器的結構尺寸卻要求越來越小，這就意味著制動器所承受的載荷及制動時所吸收的能量越來越多，因此對制動器性能提出了更高的要求。

制動器工作時，是通過零部件之間的摩擦把動能轉化為熱能消耗掉，以達到汽車減速甚至停車目的的。摩擦熱將使制動器溫度升高產生熱衰退現象，從而導致制動效能降低，引起安全事故，所以研究制動器的熱衰退是非常有必要的。傳統的制動器熱衰退分析有兩種方法：一種方法是通過建立三維實體有限元模型來分析制動器的熱衰退，由于制動器結構復雜，網格數量大，因此運算時間比較長，對計算機的要求也比較高。另一種方法是建立制動器的二維有限元模型，由于制動器是一個軸對稱結構，因此在忽略制動過程中的周向熱傳導時，可以只計算其徑向一個二維軸對稱截面的溫度分布，摩擦熱以熱流密度的形式作為載荷直接施加到摩擦面上。這種方法雖然相對容易，但是當制動器的結構尺寸發生變化時，需要將分析工作從頭至尾的再做一次，包括對制動器模型進行適當的簡化，提取二維對稱截面，定義材料屬性、進行網格劃分，對網格進行局部加密，定義分析工況(是緊急制動工況、勻速制動工況、SAE100次循環工況、還是德國15次循環制動工況)、定義邊界條件，最后提交分析等，重復的工作量相當大，不利于分析效率的提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種制動器熱衰退參數化分析方法，該方法在保證熱衰退計算精度的基礎上，提供一種工作量較小而有效的參數化分析方法，以提高制動器熱衰退的分析效率。

為了節省分析時間，提高計算效率，本發明在上述第二種方法的基礎上，將計算熱衰退所需的參數數量化，主要包括制動器的結構尺寸、材料屬性、空氣參數、汽車的質量、滾動半徑、載荷分配比，制動工況等，定義不同工況分析時只需確定初始速度、制動加速度、制動時間，然后利用有限差分法來計算制動器的熱衰退。

本發明所述的一種制動器熱衰退參數化分析方法，包括以下步驟：

第一步，確定整車參數制動器類型的選擇；

(1.1)確定整車參數：包括車重，制動力分配系數、滾動半徑；

(1.2)確定需分析的制動器的類型：是鼓式制動器、實心盤式制動器或空心盤式制動器；并確定需分析的制動器(前或后)初始溫度；

第二步，確定空氣參數；

包括空氣的密度、導熱系數、溫度和粘度；

第三步，確定制動器結構參數及材料屬性；

包括制動盤和制動襯塊材料參數或制動鼓和制動蹄材料參數；將已知制動器結構進行適當的簡化，提取制動器的對稱截面尺寸參數；

第四步，確定制動工況；

(4.1)緊急制動：如果是緊急制動工況，需要輸入的制動工況參數為：制動初速度、制動減速度、滑移率；

(4.2)長坡勻速制動：如果是長坡勻速制動，需要輸入的制動工況參數為：制動初速度、制動減速度、滑移率、制動時間；

(4.3)多次循環制動：如果是多次循環制動，需要輸入的制動工況參數為：制動初速度、循環次數、循環周期、加速時間、制動減速度、滑移率、制動時間、另外還需確定是否為高速冷卻；

第五步，計算熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數；

(5.1)根據輸入的整車、制動器、空氣參數計算得到熱流密度、對流換熱系數及熱輻射等效對流換熱系數；以熱流密度的形式通過公式計算出制動器在制動過程中所產生的熱量；對于對流換熱系數，不同制動器的對流換熱系數計算公式是不相同的，通過MATLAB編程計算出制動器不同車速下各個表面的對流換熱系數，同時將熱輻射等效為對流換熱。

(5.2)根據能量守恒定律，導入微元體的總熱量+微元體內熱源的生成熱＝導出微元體的總熱量+微元體熱力學(即內能)的增量，建立制動器溫度場的導熱微分方程；

(5.3)根據得到的制動器熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數及導熱微分方程，利用有限差分法計算出制動器截面節點在不同時刻的溫度及最高溫度；

第六步，繪制制動器最高溫度及溫度變化曲線。

根據上一步計算得到的結果，通過對比得到制動器截面節點的最高溫度并做出該節點的溫度變化曲線。

本發明采用有限差分法主要是將連續函數進行離散化并用差商代替微商，這樣就使制動器任意單元體隨時間連續變化的溫度函數變成隨時間變化的有限個溫度值，該方法具有實施簡單，計算所需時間短的優點；