專利名稱：一種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法，主要應(yīng)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(chǎn)生的熱衰退計算。
背景技術(shù)：
隨著汽車エ業(yè)的發(fā)展,車速越來越高,載荷也越來越大,而對制動器的結(jié)構(gòu)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。
制動器工作吋，是通過零部件之間的摩擦把動能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，以達(dá)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(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，從而導(dǎo)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(tǒng)的制動器熱衰退分析有兩種方法ー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(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)格數(shù)量大，因此運算時間比較長，對計算機(jī)的要求也比較高。另ー種方法是建立制動器的ニ維有限元模型，由于制動器是ー個軸對稱結(jié)構(gòu)，因此在忽略制動過程中的周向熱傳導(dǎo)時，可以只計算其徑向一個ニ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(dāng)制動器的結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)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(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，提取ニ維對稱截面，定義材料屬性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，定義分析エ況(是緊急制動エ況、勻速制動エ況、SAE100次循環(huán)エ況、還是德國15次循環(huán)制動エ況)、定義邊界條件，最后提交分析等，重復(fù)的工作量相當(dāng)大，不利于分析效率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法，該方法在保證熱衰退計算精度的基礎(chǔ)上，提供ー種工作量較小而有效的參數(shù)化分析方法，以提高制動器熱衰退的分析效率。為了節(jié)省分析時間，提高計算效率，本發(fā)明在上述第二種方法的基礎(chǔ)上，將計算熱衰退所需的參數(shù)數(shù)量化，主要包括制動器的結(jié)構(gòu)尺寸、材料屬性、空氣參數(shù)、汽車的質(zhì)量、滾動半徑、載荷分配比，制動エ況等，定義不同エ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(fā)明所述的ー種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法，包括以下步驟第一歩，確定整車參數(shù)制動器類型的選擇；(I. I)確定整車參數(shù)包括車重，制動カ分配系數(shù)、滾動半徑；(I. 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(shù)；包括空氣的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度和粘度；
第三步，確定制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料屬性；包括制動盤和制動襯塊材料參數(shù)或制動鼓和制動蹄材料參數(shù)；將已知制動器結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，提取制動器的對稱截面尺寸參數(shù)；第四步，確定制動工況；(4. I)緊急制動如果是緊急制動エ況，需要輸入的制動エ況參數(shù)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，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、制動減速度、滑移率、制動時間； (4.3)多次ィ盾環(huán)制動如果是多次ィ盾環(huán)制動，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、循環(huán)次數(shù)、循環(huán)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；第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)；(5. I)根據(jù)輸入的整車、制動器、空氣參數(shù)計算得到熱流密度、對流換熱系數(shù)及熱輻射等效對流換熱系數(shù)；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(chǎn)生的熱量；對于對流換熱系數(shù)，不同制動器的對流換熱系數(shù)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(shù)，同時將熱輻射等效為對流換熱。(5. 2)根據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)入微元體的總熱量+微元體內(nèi)熱源的生成熱=導(dǎo)出微元體的總熱量+微元體熱力學(xué)(即內(nèi)能)的増量，建立制動器溫度場的導(dǎo)熱微分方程；(5. 3)根據(jù)得到的制動器熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)及導(dǎo)熱微分方程，利用有限差分法計算出制動器截面節(jié)點在不同時刻的溫度及最高溫度；第六歩，繪制制動器最高溫度及溫度變化曲線。根據(jù)上ー步計算得到的結(jié)果，通過對比得到制動器截面節(jié)點的最高溫度并做出該節(jié)點的溫度變化曲線。本發(fā)明采用有限差分法主要是將連續(xù)函數(shù)進(jìn)行離散化并用差商代替微商，這樣就使制動器任意単元體隨時間連續(xù)變化的溫度函數(shù)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(yōu)點；采用該分析方法對相同制動器進(jìn)行不同エ況的熱衰退分析時，只需修改制動初速度、減速度、制動時間等參數(shù)，就可以完成不同エ況下的熱衰退分析；對于不同制動器進(jìn)行確定エ況的熱衰退分析時，只需制動器的尺寸參數(shù)，就可完成不同制動器相同エ況的熱衰退分析，相對之前的分析減少了大量重復(fù)性的工作，提高了工作效率。


圖I為本發(fā)明流程框圖；圖2為整車參數(shù)、制動器類型選擇圖；圖3為空氣參數(shù)輸入圖；圖4為空心盤制動器相關(guān)參數(shù)輸入界面示意圖；圖5為鼓式制動器相關(guān)參數(shù)輸入界面示意圖；圖6為實心盤相關(guān)參數(shù)輸入界面示意圖；圖7為空心盤三維內(nèi)部節(jié)點示意圖8為實心盤或制動鼓內(nèi)部節(jié)點示意圖；圖9為制動器緊急制動熱裳退結(jié)果意圖；圖10為制動器長坡制動熱衰退結(jié)果示意圖；圖11為制動器循環(huán)制動熱衰退結(jié)果示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳述。本發(fā)明的步驟參見圖I:第一歩，確定整車參數(shù)制動器類型的選擇；(I. I)確定整車參數(shù)包括車重，制動カ分配系數(shù)、滾動半徑；(I. 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，參見圖2 ；第二步，確定空氣參數(shù)；包括空氣的密度、導(dǎo)熱系數(shù)、溫度和粘度，參見圖3 ；第三步，確定制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料屬性；包括制動盤和制動襯塊的材料參數(shù)或制動鼓和制動蹄的材料參數(shù)；將已知制動器結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，并提取出對稱截面尺寸參數(shù)，參見圖4、圖5、圖6 ;第四步，確定制動工況；(4. I)緊急制動如果是緊急制動エ況，需要輸入的制動エ況參數(shù)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，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、制動減速度、滑移率、制動時間；(4.3)多次ィ盾環(huán)制動如果是多次ィ盾環(huán)制動，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、循環(huán)次數(shù)、循環(huán)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；第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)；(5. I)根據(jù)輸入的整車、制動器、空氣參數(shù)計算得到熱流密度、對流換熱系數(shù)及熱輻射等效對流換熱系數(shù)；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(chǎn)生的熱量；對于對流換熱系數(shù)，不同制動器的對流換熱系數(shù)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(shù)，同時將熱輻射等效為對流換熱。(5. 2)根據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)入微元體的總熱量+微元體內(nèi)熱源的生成熱=導(dǎo)出微元體的總熱量+微元體熱力學(xué)(即內(nèi)能)的増量，建立制動器溫度場的導(dǎo)熱微分方程；圖7表示的是空心盤三維內(nèi)部節(jié)點，且將制動器網(wǎng)格定義為均勻網(wǎng)格。對空心盤采用柱坐標(biāo)的形式，其內(nèi)部節(jié)點溫度計算過程為將節(jié)點(i，j+1，k)表示為節(jié)點0，節(jié)點(i+l，j，k)表示為節(jié)點2，節(jié)點(i，j_l，k)表示為節(jié)點3，節(jié)點(i_l，j，k)表示為節(jié)點4，節(jié)點(i，j, k+1)表示為節(jié)點5，節(jié)點(i，j, k-1)表示為節(jié)點6。從I點所在單元向0點所在單元(簡稱為從I點向0點)導(dǎo)入熱流量為Qi=^ Ar/k =MrAz 中1 よ
式中小p (K分別為節(jié)點I和節(jié)點0的當(dāng)前時刻t的溫度值。同理可以分別計算出節(jié)點2、3、4、5、6向節(jié)點0導(dǎo)入的熱量,從而得到各節(jié)點向單
元體導(dǎo)入的總熱流量
權(quán)利要求
1.ー種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法，包括以下步驟 第一歩，確定整車參數(shù)制動器類型的選擇； (I. I)確定整車參數(shù)包括車重，制動カ分配系數(shù)、滾動半徑； (I. 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初始溫度； 第二步，確定空氣參數(shù)；包括空氣的溫度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)和粘度； 第三步，確定制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料屬性； 包括制動盤和制動襯塊材料參數(shù)或制動鼓和制動蹄材料參數(shù)；將已知制動器結(jié)構(gòu)進(jìn)行 適當(dāng)?shù)暮喕?，提取制動器的對稱截面尺寸參數(shù)； 第四步，確定制動工況； (4. I)緊急制動如果是緊急制動エ況，需要輸入的制動エ況參數(shù)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，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、制動減速度、滑移率、制動時間； (4.3)多次循環(huán)制動如果是多次循環(huán)制動，需要輸入的制動エ況參數(shù)為制動初速度、循環(huán)次數(shù)、循環(huán)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； 第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)； (5. I)根據(jù)輸入的整車、制動器、空氣參數(shù)計算得到熱流密度、對流換熱系數(shù)及熱輻射等效對流換熱系數(shù)；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(chǎn)生的熱量；對于對流換熱系數(shù)，不同制動器的對流換熱系數(shù)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(shù)，同時將熱輻射等效為對流換熱； (5. 2)根據(jù)能量守恒定律，導(dǎo)入微元體的總熱量+微元體內(nèi)熱源的生成熱=導(dǎo)出微元體的總熱量+微元體熱力學(xué)的増量，建立制動器溫度場的導(dǎo)熱微分方程； (5. 3)根據(jù)得到的制動器熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)及導(dǎo)熱微分方程，利用有限差分法計算出制動器截面節(jié)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(jù)上ー步計算得到的結(jié)果，通過對比得到制動器截面節(jié)點的最高溫度并做出該節(jié)點的溫度變化曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開一種制動器熱衰退參數(shù)化分析方法，包括以下步驟第一步，確定整車參數(shù)制動器類型的選擇；第二步，確定空氣參數(shù)；包括空氣的溫度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)和粘度；第三步，確定制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料屬性；第四步，確定制動工況；第五步，計算熱流密度、對流換熱系數(shù)、等效對流換熱系數(shù)；第六步，繪制制動器最高溫度及溫度變化曲線。采用本發(fā)明對相同制動器進(jìn)行不同工況的熱衰退分析時，只需修改制動初速度、減速度、制動時間等參數(shù)，就可以完成不同工況下的熱衰退分析；對于不同制動器進(jìn)行確定工況的熱衰退分析時，只需制動器的尺寸參數(shù)，就可完成不同制動器相同工況的熱衰退分析，相對之前的分析減少了大量重復(fù)性的工作，提高了工作效率。
文檔編號G06F17/50GK102663186SQ20121009982
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張坤, 楊財 申請人:重慶長安汽車股份有限公司