專利名稱：一種制動器熱衰退參數化分析方法
技術領域：
本發明涉及ー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：
隨著汽車エ業的發展,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。
制動器工作吋，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，提取ニ維對稱截面，定義材料屬性、進行網格劃分，對網格進行局部加密，定義分析エ況(是緊急制動エ況、勻速制動エ況、SAE100次循環エ況、還是德國15次循環制動エ況)、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ー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，提供ー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。本發明所述的ー種制動器熱衰退參數化分析方法，包括以下步驟第一歩，確定整車參數制動器類型的選擇；(I. I)確定整車參數包括車重，制動カ分配系數、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；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. 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)多次ィ盾環制動如果是多次ィ盾環制動，需要輸入的制動エ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；第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數；(5. I)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)的増量，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；第六歩，繪制制動器最高溫度及溫度變化曲線。根據上ー步計算得到的結果，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単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；采用該分析方法對相同制動器進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，就可以完成不同エ況下的熱衰退分析；對于不同制動器進行確定エ況的熱衰退分析時，只需制動器的尺寸參數，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性的工作，提高了工作效率。


圖I為本發明流程框圖；圖2為整車參數、制動器類型選擇圖；圖3為空氣參數輸入圖；圖4為空心盤制動器相關參數輸入界面示意圖；圖5為鼓式制動器相關參數輸入界面示意圖；圖6為實心盤相關參數輸入界面示意圖；圖7為空心盤三維內部節點示意圖8為實心盤或制動鼓內部節點示意圖；圖9為制動器緊急制動熱裳退結果意圖；圖10為制動器長坡制動熱衰退結果示意圖；圖11為制動器循環制動熱衰退結果示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳述。本發明的步驟參見圖I:第一歩，確定整車參數制動器類型的選擇；(I. I)確定整車參數包括車重，制動カ分配系數、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；包括空氣的密度、導熱系數、溫度和粘度，參見圖3 ；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的材料參數或制動鼓和制動蹄的材料參數；將已知制動器結構進行適當的簡化，并提取出對稱截面尺寸參數，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)多次ィ盾環制動如果是多次ィ盾環制動，需要輸入的制動エ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；第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數；(5. I)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)的増量，建立制動器溫度場的導熱微分方程；圖7表示的是空心盤三維內部節點，且將制動器網格定義為均勻網格。對空心盤采用柱坐標的形式，其內部節點溫度計算過程為將節點(i，j+1，k)表示為節點0，節點(i+l，j，k)表示為節點2，節點(i，j_l，k)表示為節點3，節點(i_l，j，k)表示為節點4，節點(i，j, k+1)表示為節點5，節點(i，j, k-1)表示為節點6。從I點所在單元向0點所在單元(簡稱為從I點向0點)導入熱流量為Qi=^ Ar/k =MrAz 中1 よ
式中小p (K分別為節點I和節點0的當前時刻t的溫度值。同理可以分別計算出節點2、3、4、5、6向節點0導入的熱量,從而得到各節點向單
元體導入的總熱流量
權利要求
1.ー種制動器熱衰退參數化分析方法，包括以下步驟 第一歩，確定整車參數制動器類型的選擇； (I. I)確定整車參數包括車重，制動カ分配系數、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；包括空氣的溫度、密度、導熱系數和粘度； 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. 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，需要輸入的制動エ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； 第五歩，計算熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數； (5. I)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+微元體熱力學的増量，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； 根據上ー步計算得到的結果，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。
全文摘要
本發明公開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；第二步，確定空氣參數；包括空氣的溫度、密度、導熱系數和粘度；第三步，確定制動器結構參數及材料屬性；第四步，確定制動工況；第五步，計算熱流密度、對流換熱系數、等效對流換熱系數；第六步，繪制制動器最高溫度及溫度變化曲線。采用本發明對相同制動器進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，就可以完成不同工況下的熱衰退分析；對于不同制動器進行確定工況的熱衰退分析時，只需制動器的尺寸參數，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 優先權日2012年4月6日
發明者張坤, 楊財 申請人:重慶長安汽車股份有限公司