專利名稱：一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制動器摩擦性能測量與確定技術領域，尤其是涉及一種制動器摩擦性 能虛擬臺架測試方法。
背景技術：
目前，對于制動器摩擦副摩擦系數(shù)的測量與確定，主要通過以下三種方式來測定， 即小樣摩擦試驗、實樣摩擦試驗和慣性臺架試驗方法，上述三種試驗方法的共同特點是均 依賴相關設備，但根據(jù)應用目的不同，又具有不同的特點。其中，小樣摩擦試驗就是通過定速摩擦試驗機進行定速摩擦試驗，主要用于基于 相關標準的襯片(塊)產(chǎn)品質量控制、摩阻材料配方的篩選與調整、摩阻材料摩擦性能研究 等方面，實現(xiàn)對材料摩擦磨損性能評價。當前國內的定速摩擦試驗機主要有兩種一種是 D-MS試驗機，為國家標準指定用機，數(shù)量最多；另一種是MD-240試驗機，這是80年代初國 內研制，其原理與前者一致。此外，還有一些從美國引進的Chase摩擦試驗機、MM-1000摩擦 試驗機等測試設備。雖然在小樣摩擦試驗中，試驗條件選擇范圍較寬，影響因素容易控制， 短時間內可以進行較多參數(shù)和較多次數(shù)的試驗，試驗數(shù)據(jù)重復性好，對比性較強，易于發(fā)現(xiàn) 其規(guī)律性，且成本低、速度快，但是小樣試驗不能完全反映摩擦片的實際性能，而且在試驗 程序上，試驗機沒有完全模擬汽車實際的操作，試驗步驟以及試驗條件盡管在溫度、速度、 減速度等采取相應的模擬，但是與車輛實際制動工況相比明顯相對簡單化。而實樣摩擦試驗目前普遍應用Krauss摩擦試驗機完成。Krauss機誕生于1965 年，由德國Alfred Teves公司首先研發(fā)并由Krauss公司首先制造成功。當前Krauss機世 界保有量僅次于慣性臺架。實樣摩擦試驗的特點是采用原尺寸剎車副(即1 1試件，對 鼓式制動器可采用縮比試樣)，且主要使用拖動方式。從技術角度，當前的Krauss試驗機已 逐步發(fā)展成為可附加飛輪系統(tǒng)的綜合性摩擦試驗機，可以較準確反映制動器摩擦副在制動 過程中的能量關系，試驗結果一定程度上體現(xiàn)了摩擦副摩擦磨損特性及其變化規(guī)律。但是 其缺陷也很明顯，試驗沒有考慮實際制動過程中的驅動條件、制動系統(tǒng)特征、汽車動態(tài)特性 等因素，在進行制動器摩擦性能評價中仍具有一定局限性，另外引進的Krauss機價格也較 昂貴，每臺約30萬美元左右(不包括慣性飛輪系統(tǒng))。慣性臺架試驗就是將汽車制動器總成安裝到慣性臺架試驗機上，按照一定的試驗 程序模擬汽車實際制動過程而得到制動器各種性能數(shù)據(jù)。慣性臺架試驗機加載方式是利用 飛輪動能等量模擬汽車動能實現(xiàn)對制動器的加載。慣性臺架試驗能夠真實反映制動器總成 性能(包括摩擦副摩擦性能)，試驗的模擬性最好，最接近實際使用條件，但是試驗中所使 用慣性臺架試驗機，其價格非常昂貴(如一臺美國LINK公司的某型號制動器慣性試驗臺售 價近千萬人民幣)，同時試驗方法復雜，試驗周期長，且成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其設計合理、投資成本低、模擬效果好且使用操作簡便，能有效 解決現(xiàn)有制動器摩擦副摩擦系數(shù)測量系統(tǒng)及方法所存在的試驗投資成本高、模擬性較差、 試驗方法復雜、試驗周期長等多種缺陷和不足。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種制動器摩擦性能虛擬臺架 測試方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、確定被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ = f (T)，被測試制動器為鼓式制動器或盤式制動器，其確定過程如下101、建立三維幾何模型根據(jù)被測試制動器的裝配結構，且采用CAD軟件建立被 測試制動器的三維幾何模型；102、建立三維熱-機耦合有限元模型，其建模過程如下1021、將步驟一中所述三維幾何模型導入多場耦合分析軟件中；1022、在多場耦合分析軟件環(huán)境下，選定分析單元并以所選定的分析單元對所述 三維幾何模型進行網(wǎng)格劃分，所選定的分析單元包括被測試制動器的三維實體結構單元、 摩擦接觸單元和對流輻射單元三種類型單元；1023、輸入根據(jù)工程材料手冊所查詢出的或者通過常規(guī)材料性能測試試驗所測 得的被測試制動器的材料物性參數(shù)，選擇一種收斂快速的摩擦接觸算法，同時選定摩擦系 數(shù)_溫度模型，最終建立三維熱_機耦合有限元模型，所述摩擦系數(shù)_溫度模型為被測試制 動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ =f(T)，式中μ為被測試制動器制 動摩擦副的摩擦系數(shù)，τ為被測試制動器制動摩擦副的摩擦接觸面溫度；所述材料物性參 數(shù)包括被測試制動器制動摩擦副所采用材料的彈性模量、密度、導熱系數(shù)、比熱容、熱膨脹 系數(shù)和泊松比；103、對所建立的三維熱-機耦合有限元模型進行耦合溫度場仿真分析，在被測試 制動器制動摩擦副上選定一個或多個測試點，將對所述三維熱_機耦合有限元模型在各測 試點上的溫度場仿真結果與采用常規(guī)制動器溫升試驗方法對各測試點上所測試的溫度測 試結果進行比較，從而對步驟3中所述函數(shù)關系μ = f(T)進行驗證，實現(xiàn)對函數(shù)關系μ =f(T)中的系數(shù)進行準確辨識，最終得出被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間 的函數(shù)關系μ =f(T)；步驟二、利用運算處理器且采用熱衰退試驗方法對被測試制動器的摩擦性能進行 虛擬臺架測試，其測試過程包括以下步驟201、第一次熱衰退試驗，其試驗過程包括以下步驟2011、參數(shù)初始化根據(jù)熱衰退試驗方法規(guī)定的第一次熱衰退試驗的試驗工況，確 定對被測試制動器進行虛擬試驗的試驗參數(shù)，包括被測試制動器所處車輛的初始車速％、 汽車制動減速度a和被測試制動器的初始溫度Ttl ；調用參數(shù)設置單元輸入所述試驗參數(shù)和 汽車及制動器的結構參數(shù)；此時，V0 = VijB = BijT0 = T1，且將所設定的參數(shù)V1A和T1相 應轉存為K、B1和Ttl后存入存儲單元內；2012、初始參數(shù)設定與存儲根據(jù)第一次熱衰退試驗中被測試制動器的循環(huán)制動 次數(shù)及制動周期對總循環(huán)次數(shù)m和循環(huán)周期t進行設定，同時根據(jù)測試精度及效率需求設 定時間步長Δ t，并計算出每一次循環(huán)制動過程的時間總步數(shù)k = t/ Δ t ；此時m = Hi1, t = t1; Ic1 =、/ Δ t，且將所設定的參數(shù)Hi1、、和Ic1相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；計算調用參數(shù)計算單元且根據(jù)公式呌=^和" = ^T分別
3.6r r ,
計算出被測試制動器中旋轉部件的初始角速度Qci和所述旋轉部件的旋轉角減速度ε，并 將初始角速度%轉存為ω后同步存入存儲單元內；并根據(jù)常規(guī)計算方法且調用參數(shù)計算 單元，計算出被測試制動器所承受的轉動慣量I和慣性載荷Mb ；所述旋轉部件為所述鼓式 制動器的制動鼓或盤式制動器的制動盤；2014、按照步驟2011、步驟2012和步驟2013中所設定與計算得出的參數(shù)，分m次 對所述制動器的摩擦性能熱衰退過程進行循環(huán)虛擬測試，其中每一次熱衰退試驗的虛擬測 試過程均包括制動試驗過程和散熱試驗過程，每一次熱衰退試驗的虛擬測試過程均相同且 所需的時間步數(shù)均為k，每一個時間步對應的時間步長為At ；對于任一次熱衰退試驗的虛 擬測試過程而言，先進行制動試驗，其測試過程如下20141、調用循環(huán)測試模塊進行制動試驗過程中第一個時間步長At內的試驗，其 試驗過程如下20141a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb = Mb ω計算出被測試制動器的吸 收制動功率Pb;20141b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程Pb · dt_h · A[T (t) _TE] dt = m*c ^dTa),求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存 入所述存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新；式中，h為被測試制動 器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c為被測試制動器旋轉部件所采用 材料的比熱，Te為環(huán)境溫度；20141c、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ = f (T)且結 合步驟20141b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T (t)，計算出被測試制動器在此時間步長At內 的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；20141d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計 算方法且結合步驟20141c中計算出來的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出制動器的效能因數(shù)BF 和制動管路壓力P，并存入存儲單元內；20141e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式(Oi = ω - ε X At對此時間步長At結 束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度Qi轉存為ω后 同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新；20142、調用循環(huán)測試模塊進行制動測試過程中下一時間步長At內的測試，其測 試過程如下20142a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb = Mb ω計算出被測試制動器的吸 收制動功率Pb，此時ω為當前所述存儲單元內更新后的角速度參數(shù)；20142b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程PbXdt-hXA[T(t)_TE] dt = mXcXdT(t)，求解出此時間步長At內制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述 存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；20142c、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ = f (T)且 結合步驟20142b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T (t)，計算出制動器在此時間步長Δ t內的熱 態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；
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20142d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計 算方法且結合步驟20142c中計算得出的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出被測試制動器的效能 因數(shù)BF和制動管路壓力ρ，并存入存儲單元內；20142e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式ω i = ω - ε X Δ t對此時間步長Δ t結 束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度Qi轉存為ω后 同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新；20142f、本時間步長Δ t結束時，對當前所述存儲單元內更新后的角速度ω進行 判斷當ω > O時，返回步驟20142a，繼續(xù)進行制動試驗過程中的下一時間步長At內的 試驗測試，如此不斷循環(huán)；當ω <0時，說明已經(jīng)完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的制 動試驗過程，則進入步驟20143，此時本次熱衰退試驗中制動試驗過程所用時間步數(shù)為Ii1 ；20143、散熱試驗，其試驗過程如下20143a、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中第一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述存儲單元內， 且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；公式-hXA[T(t)-TE] dt = mX c X dT (t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質 量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；20143b、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述存儲單元內， 且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；20143c、重復步驟20143b，直至對所述被測試制動器相應進行k-叫次散熱子循環(huán) 試驗，至此則完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的散熱試驗，本次熱衰退試驗虛擬測試 過程中的散熱試驗所用時間步數(shù)為k_ni ；20144、重復步驟20141-步驟20143，直至完成m次循環(huán)虛擬測試過程，從而完成第
一次熱衰退試驗；202、中間冷卻試驗，其試驗過程包括以下步驟202a、調用中間冷卻模塊進行第一個時間步長Δ t內的中間冷卻試驗由中間 冷卻模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)，求解出此 時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，且對所 述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c 為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；202b、調用中間冷卻模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式_hX A[T (t)-TJ dt = mX c X dT (t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并存入所述存儲單元內，且對 所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；202c、重復步驟202b，直至完成對所述被測試制動器相應進行L次冷卻子循環(huán)試 驗，則完成中間冷卻試驗且中間冷卻試驗過程中所用時間步數(shù)為L =、/ Δ t，、為中間冷卻時間；203、恢復試驗中間冷卻過程結束后，對所述制動器進行恢復試驗且恢復試驗過 程與步驟201-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同，參照 步驟2011，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟2011中被測試制動 器所處車輛的初始車速Vtl = V2, T0 = T2, k2 = t2/ Δ t且將所設定的參數(shù)V2、a2和T2相應轉 存為\、B1和Ttl后存入存儲單元內，T2為步驟202c中中間冷卻試驗過程結束時所述存儲 單元內實時更新的溫度參數(shù)，即中間冷卻試驗過程結束時被測試制動器的溫度；參照步驟 2012，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m = m2，t = t2，k2 = t2/ Δ t且將所設定的參數(shù)m2、t2和k2相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；恢 復試驗時，分m次對所述制動器進行循環(huán)虛擬恢復試驗，此時m = m2，每一次循環(huán)虛擬恢復 試驗過程均相同且均包括k個時間步長At的制動過程；且對于任一次循環(huán)虛擬恢復試驗 過程而言，其試驗過程與步驟20141-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗 的試驗過程相同；204、第二次熱衰退恢復試驗結束后，對所述制動器進行第二次熱衰退且第二次 熱衰退過程與步驟201-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程 相同，參照步驟2011，按照第二次熱衰退試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟 2011中被測試制動器所處車輛的初始車速Vtl = V3, T0 = T3, k3 = t3/At且將所設定的參 數(shù)V3、a3和T3相應轉存為Vc^a1和Ttl后存入存儲單元內；參照步驟2012，按照第二次熱衰退 試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m = %，t = t3，k3 = t3/ Δ t 且將所設定的參數(shù)m3、t3和k3相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；第二次熱衰退試驗 時，分m次對所述制動器進行循環(huán)熱衰退試驗，此時m = m3，每一次循環(huán)熱衰退試驗過程均 相同且均包括k個時間步長At的制動過程；且對于任一次熱衰退試驗過程而言，其試驗過 程與步驟20141-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同；205、輸出所述存儲單元所存儲的所有計算數(shù)據(jù)，測試過程結束。上述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征是步驟201中進行第一 次熱衰退試驗之前、步驟203中所述的恢復試驗結束后和步驟204中所述的第二次熱衰退 結束后需分別進行冷態(tài)效能試驗、第一次熱態(tài)效能試驗和第二熱態(tài)效能試驗，其中冷態(tài)效 能試驗的試驗過程如下I、調用參數(shù)設置模塊輸入制動器的初始溫度Ttli，并調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)制 動器效能因數(shù)的常規(guī)計算方法且結合當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ和初始溫度Ttli，計算 得出制動器的效能因數(shù)BF，所述初始溫度Ttli = 80°C 士5°C，當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ 根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ = f (T)計算得出；II、調用參數(shù)設置模塊，輸入制動器的制動管路壓力Pi ；調用參數(shù)計算模塊且結合 步驟I中計算出來的效能因數(shù)BF、制動管路壓力Pi和步驟2011中輸入的制動器結構參數(shù)， 根據(jù)常規(guī)制動器輸出力矩Mb的計算方法，計算得出制動器的輸出力矩Mb ；進行第一次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與步驟I-步驟III中的試驗步驟相同， 且此時步驟I中的初始溫度Ttli為步驟203中所述的恢復試驗之后制動器的溫度；進行第二次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與步驟I-步驟III中的試驗步驟相同， 且此時步驟I中的初始溫度Ttli為步驟204中所述的第二次熱衰退結束后制動器的溫度。
上述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征是步驟1021中所述的多 場耦合分析軟件為ADINA軟件。上述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征是步驟103中所述的常 規(guī)制動器溫升試驗方法為采用底盤綜合試驗臺對制動器后橋總成進行的定速溫升試驗方 法或者采用制動器試驗臺上對所述制動器總成進行定速溫升試驗方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、設計合理、操作簡便且實現(xiàn)方便，明顯簡化了慣性臺架試驗過程，大大縮短試驗 周期，大幅減小試驗成本。例如對于根據(jù)標準QC/T564-1999試驗規(guī)范進行制動器總成臺架 試驗一般需要12-14小時，而采用所發(fā)明測試方法步驟，至少縮短一半以上時間。2、計算精度較高。3、實用價值高，能簡便投入工業(yè)生產(chǎn)應用中，可以在制動器生產(chǎn)過程中很方便地 用于進行制動性能的評估與監(jiān)控，可經(jīng)濟、高效地對制動器的設計、生產(chǎn)、鑒定、銷售等環(huán)節(jié) 進行實時跟蹤測試，不僅保證產(chǎn)品質量，還可及時調整產(chǎn)品各項性能指標，增強產(chǎn)品生產(chǎn)的 柔性。4、推廣應用前景廣泛，符合當前我國汽車制動器摩擦性能測試行業(yè)對測試方法所 要求的最有效、最精準、最節(jié)約的目標要求。5、適用面廣，可方便地用于對制動器摩擦性能熱衰退的單因素或多因素分析、極 限工況分析等方面的虛擬試驗檢測研究。綜上所述，本發(fā)明設計合理、試驗投資成本低、模擬效果好且使用操作簡便，能有 效解決現(xiàn)有制動器摩擦副摩擦系數(shù)測量系統(tǒng)及方法所存在的投資成本高、模擬性較差、試 驗方法復雜、試驗周期長等多種缺陷和不足。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明的試驗方法流程圖。
具體實施例方式如圖1所示的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，包括以下步驟步驟一、確定被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ = f (T)，被測試制動器為鼓式制動器或盤式制動器，其確定過程如下101、建立三維幾何模型根據(jù)被測試制動器的裝配結構，且采用CAD軟件建立被 測試制動器的三維幾何模型；102、建立三維熱_機耦合有限元模型，其建模過程如下1021、將步驟一中所述三維幾何模型導入多場耦合分析軟件中；本實施例中，所述 多場耦合分析軟件為ADINA軟件；1022、在多場耦合分析軟件環(huán)境下，選定分析單元并以所選定的分析單元對所述 三維幾何模型進行網(wǎng)格劃分，所選定的分析單元包括被測試制動器的三維實體結構單元、 摩擦接觸單元和對流輻射單元三種類型單元；1023、輸入根據(jù)工程材料手冊(具體為由馬之庚和任陵柏主編的《現(xiàn)代工程材料手冊》一書，也可參考常規(guī)使用的相關材料手冊)所查詢出的或者通過常規(guī)材料性能測試試 驗所測得的被測試制動器的材料物性參數(shù)，選擇一種收斂快速的摩擦接觸算法，同時選定 摩擦系數(shù)_溫度模型，最終建立三維熱_機耦合有限元模型，所述摩擦系數(shù)_溫度模型為被 測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ =f(T)，式中μ為被測試制 動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)，T為被測試制動器制動摩擦副的摩擦接觸面溫度；所述材料 物性參數(shù)包括被測試制動器制動摩擦副所采用材料的彈性模量、密度、導熱系數(shù)、比熱容、 熱膨脹系數(shù)和泊松比；103、對所建立的三維熱-機耦合有限元模型進行耦合溫度場仿真分析，在被測試 制動器制動摩擦副上選定一個或多個測試點，將對所述三維熱_機耦合有限元模型在各測 試點上的溫度場仿真結果與采用常規(guī)制動溫升試驗方法對各測試點上所測試的溫度測試 結果進行比較，從而對步驟3中所述函數(shù)關系μ = f(T)進行驗證，實現(xiàn)對函數(shù)關系μ = f (T)中的系數(shù)進行準確辨識，最終得出被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)-溫度之間的 函數(shù)關系μ =f(T)。本實施例中，常規(guī)制動溫升試驗方法為采用底盤綜合試驗臺或制動器 試驗臺上對所述制動器的后橋總成或制動器總成進行的定速溫升試驗方法。步驟二、利用運算處理器且采用熱衰退試驗方法對被測試制動器的摩擦性能進行 虛擬臺架測試，其測試過程包括以下步驟201、第一次熱衰退試驗，其試驗過程包括以下步驟2011、參數(shù)初始化根據(jù)熱衰退試驗方法規(guī)定的第一次熱衰退試驗的試驗工況，確 定對被測試制動器進行虛擬試驗的試驗參數(shù)，包括被測試制動器所處車輛的初始車速％、 汽車制動減速度a和被測試制動器的初始溫度Ttl ；調用參數(shù)設置單元輸入所述試驗參數(shù)和 汽車及制動器的結構參數(shù)；此時，V0 = VijB = BijT0 = T1，且將所設定的參數(shù)V1A和T1相 應轉存為K、B1和Ttl后存入存儲單元內。本實施例中，V1= 65km/h(TL 類車)或 50km/h(TM、Tk 類車)，B1 = 0. 45g, T1 = 80°c 士5°C。實際使用過程中，還可以根據(jù)實際需要對參數(shù)Vpa1和T1進行相應調整。2012、初始參數(shù)設定與存儲根據(jù)第一次熱衰退試驗中被測試制動器的循環(huán)制動 次數(shù)及制動周期對總循環(huán)次數(shù)m和循環(huán)周期t進行設定，同時根據(jù)測試精度及效率需求設 定時間步長Δ t，并計算出每一次循環(huán)制動過程的時間總步數(shù)k = t/ Δ t ；此時m = Hi1, t = t1; Ic1 =、/ Δ t，且將所設定的參數(shù)Hi1、、和Ic1相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內。本實施例中，Hi1 = 15，、= 60s，實際使用過程中，還可以根據(jù)實際需要對參數(shù)Hi1 和、進行相應調整。
νa2013、初始固定參數(shù)計算調用參數(shù)計算單元且根據(jù)公式餌和& 分別
3.6r r ,
計算出被測試制動器中旋轉部件的初始角速度Qci和所述旋轉部件的旋轉角減速度ε，并 將初始角速度%轉存為ω后同步存入存儲單元內；并根據(jù)常規(guī)計算方法且調用參數(shù)計算 單元，計算出被測試制動器所承受的轉動慣量I和慣性載荷Mb ；所述旋轉部件為所述鼓式 制動器的制動鼓或盤式制動器的制動盤。轉動慣量I計算時，對于兩軸車(含雙后軸的三軸車)，其前軸制動器和驅動軸制 動器所承受的轉動慣量I分別為
13 若為雙后軸的三軸車，其后制動器應承受的轉動慣量I為 式中If、Ir, Idr-分別為前、后制動器和雙后軸的三軸車后制動器應承受的轉動慣 量，kg · m · S2 ；β-前后軸制動力比，對于雙后軸的三軸車，兩后軸制動力之和作為后軸制動力；G0, Ga、r、g-分別為汽車空車總質量(kg)、汽車滿載總質量(kg)、車輪滾動半徑 (m)、重力加速度(m/s2)。對于三軸鉸接式客車，其轉動慣量I的計算過程如下 式中Iffl-中軸制動器應承受的轉動慣量，kg · m · S2 ；-前、中軸制動力比；β 2-前、后軸制動力比。計算慣性載荷Mb時，根據(jù)公式Mb = I ε進行計算得出制動器所承擔的慣性載荷 Mb(N. m)，式中，轉動慣量I根據(jù)所研究問題不同，可以是If、Im或仁。2014、按照步驟2011、步驟2012和步驟2013中所設定與計算得出的參數(shù)，分m次 對所述制動器的摩擦性能熱衰退過程進行循環(huán)虛擬測試，其中每一次熱衰退試驗的虛擬測 試過程均包括制動試驗過程和散熱試驗過程，每一次熱衰退試驗的虛擬測試過程均相同且 所需的時間步數(shù)均為k，每一個時間步對應的時間步長為At ；對于任一次熱衰退試驗的虛 擬測試過程而言，先進行制動試驗，其測試過程如下20141、調用循環(huán)測試模塊進行制動試驗過程中第一個時間步長At內的試驗，其 試驗過程如下20141a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb = Mb ω計算出被測試制動器的吸 收制動功率Pb;20141b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程Pb · dt_h · A[T (t) _TE] dt = m*c ^dTa),求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存 入所述存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新；式中，h為被測試制動 器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱，Te為環(huán)境溫度；20141c、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ = f (T)且結 合步驟20141b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T (t)，計算出被測試制動器在此時間步長At內 的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；20141d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計 算方法且結合步驟20141c中計算出來的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出制動器的效能因數(shù)BF 和制動管路壓力P，并存入存儲單元內；具體而言根據(jù)制動器結構參數(shù)和摩擦系數(shù)μ，可求得制動器的效能因數(shù)BF 不 同型式的制動器，計算公式也不同。對于常見典型的鉗盤式制動器，制動器效能因數(shù)BF為BF = 2 μ，式中μ——盤與制動襯塊間的摩擦系數(shù)。支點固定的領從蹄鼓式制動器，領蹄、從蹄的效能因數(shù)BF分別為 若兩蹄張開力Fp F2相同，則其制動器效能因數(shù)BF為BF = BFfBF2α —最大壓力線與包角平分線夾角； I0—壓力中心圓直徑Λ =沒+ sin沒及.y——摩擦角，Y = arctan μ , μ為摩擦副摩擦系數(shù)；
ο
制動管路壓力P的計算過程如下對于氣壓制動系統(tǒng)，可利用制動器輸出力矩表 達式Mb = (P-P0) -Ac- Ilm-BF-P τ'(即管路壓力P，由Mb、BF和ρ間關系表達式)來 計算得到，式中ρ, ρ0——管路壓力、推出壓耗；p、A。、nm、r'、BF——制動氣室至制動器杠桿比、制動氣室面積、制動氣室至制動 器驅動機構機械效率、制動鼓或制動盤的作用半徑、制動器效能因數(shù)；對于液壓制動系統(tǒng)，根據(jù)管路壓力p，由Mb、BF和ρ間關系表達式，即其制動器輸出 力矩為Mb = (p-p。)· Awc · na · BF · r'式中Awc, na——制動輪缸工作面積、制動驅動機構中制動主缸之后機械效率，r'為被 測試制動器的制動鼓或制動盤的作用半徑。
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20141e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式(Oi = ω - ε X At對此時間步長At結 束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度Qi轉存為ω后 同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新。20142、調用循環(huán)測試模塊進行制動測試過程中下一時間步長At內的測試，其測 試過程如下20142a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb = Mb ω計算出被測試制動器的吸 收制動功率Pb，此時ω為當前所述存儲單元內更新后的角速度參數(shù)；20142b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程PbXdt-hXA[T(t)_TE] dt = mXcXdT(t)，求解出此時間步長At內制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述 存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；20142c、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ = f (T)且 結合步驟20142b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T (t)，計算出制動器在此時間步長Δ t內的熱 態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；20142d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計 算方法且結合步驟20142c中計算得出的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出被測試制動器的效能 因數(shù)BF和制動管路壓力ρ，并存入存儲單元內；20142e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式(Oi = ω - ε X At對此時間步長At結 束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度Qi轉存為ω后 同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新；20142f、本時間步長Δ t結束時，對當前所述存儲單元內更新后的角速度ω進行 判斷當ω > O時，返回步驟20142a，繼續(xù)進行制動試驗過程中的下一時間步長At內的 試驗測試，如此不斷循環(huán)；當ω <0時，說明已經(jīng)完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的制 動試驗過程，則進入步驟20143，此時本次熱衰退試驗中制動試驗過程所用時間步數(shù)為ηι。20143、散熱試驗，其試驗過程如下20143a、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中第一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述存儲單元內， 且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；公式-hXA[T(t)-TE] dt = mX c X dT (t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質 量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；20143b、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并同步存入所述存儲單元內， 且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；20143c、重復步驟20143b，直至對所述被測試制動器相應進行k-叫次散熱子循環(huán) 試驗，至此則完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的散熱試驗，本次熱衰退試驗虛擬測試 過程中的散熱試驗所用時間步數(shù)為k_ni ；20144、重復步驟20141-步驟20143，直至完成m次循環(huán)虛擬測試過程，從而完成第
一次熱衰退試驗。
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本實施例中，進行第一次熱衰退試驗之前，需對被測試制動器進行冷態(tài)效能試驗， 其冷態(tài)效能試驗的試驗過程如下I、調用參數(shù)設置模塊輸入制動器的初始溫度Ttli，并調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)制 動器效能因數(shù)的常規(guī)計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行計算)且 結合當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ和初始溫度Ttli，計算得出制動器的效能因數(shù)BF，所述初 始溫度Ttli = SCTC 士5°C，當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關 系μ = f (T)計算得出，此時冷態(tài)效能試驗中的摩擦系數(shù)μ為根據(jù)步驟1023中所驗證的 函數(shù)關系μ =f(T)計算得出的80°C 士5°C溫度條件下的制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)。II、調用參數(shù)設置模塊，輸入制動器的制動管路壓力Pi ；調用參數(shù)計算模塊且結合 步驟I中計算出來的效能因數(shù)BF、制動管路壓力Pi和步驟2011中輸入的制動器結構參數(shù)， 根據(jù)常規(guī)制動器輸出力矩Mb的計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行 計算)，計算得出制動器的輸出力矩Mb。所輸入制動器的制動管路壓力Pi根據(jù)中華人民共 和國行業(yè)標準QC/T479-1999以及國家當前隨時更新的試驗標準進行確定。202、中間冷卻試驗，其試驗過程包括以下步驟202a、調用中間冷卻模塊進行第一個時間步長At內的中間冷卻試驗由中間 冷卻模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)，求解出此 時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，且對所 述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；公式-hXA[T(t)-TE]dt = mXcXdT(t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c 為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；202b、調用中間冷卻模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長At內的試 驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式_hX A[T (t)-TJ dt = mX c X dT (t)， 求解出此時間步長At內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T (t)并存入所述存儲單元內，且對 所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中Te為環(huán)境溫度；202c、重復步驟202b，直至完成對所述被測試制動器相應進行L次冷卻子循環(huán)試 驗，則完成中間冷卻試驗且中間冷卻試驗過程中所用時間步數(shù)為L =、/ Δ t，、為中間冷卻 時間。本實施例中，、= 3min，實際使用過程中，還可以根據(jù)實際具體需要對、的數(shù)值進 行相應調整，具體是以相當30km/h的車速運轉打開風機以lOm/s的風速使被測試制動器冷卻。203、恢復試驗中間冷卻過程結束后，對所述制動器進行恢復試驗且恢復試驗過 程與步驟201-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同，參照 步驟2011，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟2011中被測試制動 器所處車輛的初始車速Vtl = V2, T0 = T2, k2 = t2/ Δ t且將所設定的參數(shù)V2、a2和T2相應轉 存為\、B1和Ttl后存入存儲單元內，T2為步驟202c中中間冷卻試驗過程結束時所述存儲 單元內實時更新的溫度參數(shù)，即中間冷卻試驗過程結束時被測試制動器的溫度；參照步驟 2012，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m = m2，t = t2，k2 = t2/ Δ t且將所設定的參數(shù)m2、t2和k2相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；恢 復試驗時，分m次對所述制動器進行循環(huán)虛擬恢復試驗，此時m = m2，每一次循環(huán)虛擬恢復試驗過程均相同且均包括k個時間步長At的制動過程；且對于任一次循環(huán)虛擬恢復試驗 過程而言，其試驗過程與步驟20141-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗 的試驗過程相同。本實施例中，V2 = 30km/h, B1 = 0. 45g，m2 = 15，t2 = 60s，實際使用過程中，還可 以根據(jù)實際需要對上述參數(shù)進行相應調整。本實施例中，恢復試驗結束后還需對被測試制動器進行第一次熱態(tài)效能試驗，進 行第一次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與進行冷態(tài)效能試驗中步驟I-步驟III中的試驗步 驟相同，其第一次熱態(tài)效能試驗的試驗過程如下I、調用參數(shù)設置模塊輸入制動器的初始溫度Ttli，并調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)制 動器效能因數(shù)的常規(guī)計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行計算)且 結合當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ和初始溫度Ttli，計算得出制動器的效能因數(shù)BF，此時所 述初始溫度Ttli為步驟203中所述的恢復試驗之后制動器的溫度，當前溫度狀態(tài)下的摩擦系 數(shù)μ根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ = f (T)計算得出，第一次熱態(tài)效能試驗中的 摩擦系數(shù)μ為根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ = f (T)計算得出的恢復試驗之后溫 度條件下的制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)。II、調用參數(shù)設置模塊，輸入制動器的制動管路壓力Pi ；調用參數(shù)計算模塊且結合 步驟I中計算出來的效能因數(shù)BF、制動管路壓力Pi和步驟2011中輸入的制動器結構參數(shù)， 根據(jù)常規(guī)制動器輸出力矩Mb的計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行 計算)，計算得出制動器的輸出力矩Mb。所輸入制動器的制動管路壓力Pi根據(jù)中華人民共 和國行業(yè)標準QC/T479-1999以及國家當前隨時更新的試驗標準進行確定。204、第二次熱衰退恢復試驗結束后，對所述制動器進行第二次熱衰退且第二次 熱衰退過程與步驟201-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程 相同，參照步驟2011，按照第二次熱衰退試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟 2011中被測試制動器所處車輛的初始車速Vtl = V3, T0 = T3, k3 = t3/At且將所設定的參 數(shù)V3、a3和T3相應轉存為Vc^a1和Ttl后存入存儲單元內；參照步驟2012，按照第二次熱衰退 試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m = %，t = t3，k3 = t3/ Δ t 且將所設定的參數(shù)m3、t3和k3相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；第二次熱衰退試驗 時，分m次對所述制動器進行循環(huán)熱衰退試驗，此時m = m3，每一次循環(huán)熱衰退試驗過程均 相同且均包括k個時間步長At的制動過程；且對于任一次熱衰退試驗過程而言，其試驗過 程與步驟20141-步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同。本實施例中，V3= 40km/h(IY 類車)或 30km/h(TM、Tk 類車)，= 0. 07g，t3 = 1800s，m3= 18(油壓式)或60 (氣壓式)，實際使用過程中，還可以根據(jù)實際需要對上述參 數(shù)進行相應調整。本實施例中，第二次熱衰退試驗結束后還需對被測試制動器進行第二次熱態(tài)效能 試驗，進行第二次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與進行冷態(tài)效能試驗中步驟I-步驟III中 的試驗步驟相同，其第二次熱態(tài)效能試驗的試驗過程如下I、調用參數(shù)設置模塊輸入制動器的初始溫度Ttli，并調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)制 動器效能因數(shù)的常規(guī)計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行計算)且 結合當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ和初始溫度Ttli，計算得出制動器的效能因數(shù)BF，此時所述初始溫度Ttli為步驟204中所述的第二次熱衰退結束后制動器的溫度，當前溫度狀態(tài)下的 摩擦系數(shù)μ根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ = f (T)計算得出，第二次熱態(tài)效能試 驗中的摩擦系數(shù)μ為根據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ =f(T)計算得出的第二次熱 衰退試驗之后溫度條件下的制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)。II、調用參數(shù)設置模塊，輸入制動器的制動管路壓力Pi ；調用參數(shù)計算模塊且結合 步驟I中計算出來的效能因數(shù)BF、制動管路壓力Pi和步驟2011中輸入的制動器結構參數(shù)， 根據(jù)常規(guī)制動器輸出力矩Mb的計算方法(具體上述步驟20141d中所運用的計算公式進行 計算)，計算得出制動器的輸出力矩Mb。所輸入制動器的制動管路壓力Pi根據(jù)中華人民共 和國行業(yè)標準QC/T479-1999以及國家當前隨時更新的試驗標準進行確定。205、輸出所述存儲單元所存儲的所有計算數(shù)據(jù)，測試過程結束。也就是說，本實施例中，步驟201中進行第一次熱衰退_恢復試驗之前、步驟203 中所述的恢復試驗結束后和步驟204中所述的第二次熱衰退結束后需分別進行冷態(tài)效能 試驗、第一次熱態(tài)效能試驗和第二熱態(tài)效能試驗。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技 術方案的保護范圍內。
權利要求
一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、確定被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù) 溫度之間的函數(shù)關系μ＝f(T)，被測試制動器為鼓式制動器或盤式制動器，其確定過程如下101、建立三維幾何模型根據(jù)被測試制動器的裝配結構，且采用CAD軟件建立被測試制動器的三維幾何模型；102、建立三維熱 機耦合有限元模型，其建模過程如下1021、將步驟一中所述三維幾何模型導入多場耦合分析軟件中；1022、在多場耦合分析軟件環(huán)境下，選定分析單元并以所選定的分析單元對所述三維幾何模型進行網(wǎng)格劃分，所選定的分析單元包括被測試制動器的三維實體結構單元、摩擦接觸單元和對流輻射單元三種類型單元；1023、輸入根據(jù)工程材料手冊所查詢出的或者通過常規(guī)材料性能測試試驗所測得的被測試制動器的材料物性參數(shù)，選擇一種收斂快速的摩擦接觸算法，同時選定摩擦系數(shù) 溫度模型，最終建立三維熱 機耦合有限元模型，所述摩擦系數(shù) 溫度模型為被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù) 溫度之間的函數(shù)關系μ＝f(T)，式中μ為被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù)，T為被測試制動器制動摩擦副的摩擦接觸面溫度；所述材料物性參數(shù)包括被測試制動器制動摩擦副所采用材料的彈性模量、密度、導熱系數(shù)、比熱容、熱膨脹系數(shù)和泊松比；103、對所建立的三維熱 機耦合有限元模型進行耦合溫度場仿真分析，在被測試制動器制動摩擦副上選定一個或多個測試點，將對所述三維熱 機耦合有限元模型在各測試點上的溫度場仿真結果與采用常規(guī)制動器溫升試驗方法對各測試點上所測試的溫度測試結果進行比較，從而對步驟3中所述函數(shù)關系μ＝f(T)進行驗證，實現(xiàn)對函數(shù)關系μ＝f(T)中的系數(shù)進行準確辨識，最終得出被測試制動器制動摩擦副的摩擦系數(shù) 溫度之間的函數(shù)關系μ＝f(T)；步驟二、利用運算處理器且采用熱衰退試驗方法對被測試制動器的摩擦性能進行虛擬臺架測試，其測試過程包括以下步驟201、第一次熱衰退試驗，其試驗過程包括以下步驟2011、參數(shù)初始化根據(jù)熱衰退試驗方法規(guī)定的第一次熱衰退試驗的試驗工況，確定對被測試制動器進行虛擬試驗的試驗參數(shù)，包括被測試制動器所處車輛的初始車速V0、汽車制動減速度a和被測試制動器的初始溫度T0；調用參數(shù)設置單元輸入所述試驗參數(shù)和汽車及制動器的結構參數(shù)；此時，V0＝V1，a＝a1，T0＝T1，且將所設定的參數(shù)V1、a1和T1相應轉存為V0、a1和T0后存入存儲單元內；2012、初始參數(shù)設定與存儲根據(jù)第一次熱衰退試驗中被測試制動器的循環(huán)制動次數(shù)及制動周期對總循環(huán)次數(shù)m和循環(huán)周期t進行設定，同時根據(jù)測試精度及效率需求設定時間步長Δt，并計算出每一次循環(huán)制動過程的時間總步數(shù)k＝t/Δt；此時m＝m1，t＝t1，k1＝t1/Δt，且將所設定的參數(shù)m1、t1和k1相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；2013、初始固定參數(shù)計算調用參數(shù)計算單元且根據(jù)公式和分別計算出被測試制動器中旋轉部件的初始角速度ω0和所述旋轉部件的旋轉角減速度ε，并將初始角速度ω0轉存為ω后同步存入存儲單元內；并根據(jù)常規(guī)計算方法且調用參數(shù)計算單元，計算出被測試制動器所承受的轉動慣量I和慣性載荷Mb；所述旋轉部件為所述鼓式制動器的制動鼓或盤式制動器的制動盤；2014、按照步驟2011、步驟2012和步驟2013中所設定與計算得出的參數(shù)，分m次對所述制動器的摩擦性能熱衰退過程進行循環(huán)虛擬測試，其中每一次熱衰退試驗的虛擬測試過程均包括制動試驗過程和散熱試驗過程，每一次熱衰退試驗的虛擬測試過程均相同且所需的時間步數(shù)均為k，每一個時間步對應的時間步長為Δt；對于任一次熱衰退試驗的虛擬測試過程而言，先進行制動試驗，其測試過程如下20141、調用循環(huán)測試模塊進行制動試驗過程中第一個時間步長Δt內的試驗，其試驗過程如下20141a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb＝Mbω計算出被測試制動器的吸收制動功率Pb；20141b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程Pb·dt h·A[T(t) TE]dt＝m·c·dT(t)，求解出此時間步長Δt內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新；式中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱，TE為環(huán)境溫度；20141c、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ＝f(T)且結合步驟20141b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T(t)，計算出被測試制動器在此時間步長Δt內的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；20141d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計算方法且結合步驟20141c中計算出來的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出制動器的效能因數(shù)BF和制動管路壓力p，并存入存儲單元內；20141e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式ωi＝ω ε×Δt對此時間步長Δt結束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度ωi轉存為ω后同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新；20142、調用循環(huán)測試模塊進行制動測試過程中下一時間步長Δt內的測試，其測試過程如下20142a、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)公式Pb＝Mbω計算出被測試制動器的吸收制動功率Pb，此時ω為當前所述存儲單元內更新后的角速度參數(shù)；20142b、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)溫度變化微分方程Pb×dt h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)，求解出此時間步長Δt內制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，并對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中TE為環(huán)境溫度；20142c、調用所述參數(shù)計算單元，且根據(jù)步驟103中驗證的函數(shù)關系μ＝f(T)且結合步驟20142b中計算出來的瞬時動態(tài)溫度T(t)，計算出制動器在此時間步長Δt內的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ并相應存入存儲單元內；20142d、調用所述參數(shù)計算單元，根據(jù)制動器效能因數(shù)和制動管路壓力的常規(guī)計算方法且結合步驟20142c中計算得出的熱態(tài)摩擦系數(shù)μ，計算得出被測試制動器的效能因數(shù)BF和制動管路壓力p，并存入存儲單元內；20142e、調用角速度計算模塊且根據(jù)公式ωi＝ω ε×Δt對此時間步長Δt結束時所述旋轉部件的實時角速度進行計算，并將實時所計算出來的角速度ωi轉存為ω后同步存入存儲單元內，以對所述存儲單元內所存儲的角速度參數(shù)進行實時更新；20142f、本時間步長Δt結束時，對當前所述存儲單元內更新后的角速度ω進行判斷當ω＞0時，返回步驟20142a，繼續(xù)進行制動試驗過程中的下一時間步長Δt內的試驗測試，如此不斷循環(huán)；當ω≤0時，說明已經(jīng)完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的制動試驗過程，則進入步驟20143，此時本次熱衰退試驗中制動試驗過程所用時間步數(shù)為n1；20143、散熱試驗，其試驗過程如下20143a、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中第一個時間步長Δt內的試驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)，求解出此時間步長Δt內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中TE為環(huán)境溫度；公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；20143b、調用循環(huán)散熱模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長Δt內的試驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)，求解出此時間步長Δt內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中TE為環(huán)境溫度；20143c、重復步驟20143b，直至對所述被測試制動器相應進行k n1次散熱子循環(huán)試驗，至此則完成本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的散熱試驗，本次熱衰退試驗虛擬測試過程中的散熱試驗所用時間步數(shù)為k n1；20144、重復步驟20141 步驟20143，直至完成m次循環(huán)虛擬測試過程，從而完成第一次熱衰退試驗；202、中間冷卻試驗，其試驗過程包括以下步驟202a、調用中間冷卻模塊進行第一個時間步長Δt內的中間冷卻試驗由中間冷卻模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)，求解出此時間步長Δt內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并同步存入所述存儲單元內，且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中TE為環(huán)境溫度；公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)中，h為被測試制動器的對流換熱系數(shù)，m為被測試制動器旋轉部件的質量，c為被測試制動器旋轉部件所采用材料的比熱；202b、調用中間冷卻模塊進行循環(huán)散熱試驗過程中下一個時間步長Δt內的試驗由循環(huán)散熱模塊調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)公式 h×A[T(t) TE]dt＝m×c×dT(t)，求解出此時間步長Δt內被測試制動器的瞬時動態(tài)溫度T(t)并存入所述存儲單元內，且對所述存儲單元內的溫度參數(shù)進行實時更新，式中TE為環(huán)境溫度；202c、重復步驟202b，直至完成對所述被測試制動器相應進行L次冷卻子循環(huán)試驗，則完成中間冷卻試驗且中間冷卻試驗過程中所用時間步數(shù)為L＝tL/Δt，tL為中間冷卻時間；203、恢復試驗中間冷卻過程結束后，對所述制動器進行恢復試驗且恢復試驗過程與步驟201 步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同，參照步驟2011，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟2011中被測試制動器所處車輛的初始車速V0＝V2，T0＝T2，k2＝t2/Δt且將所設定的參數(shù)V2、a2和T2相應轉存為V0、a1和T0后存入存儲單元內，T2為步驟202c中中間冷卻試驗過程結束時所述存儲單元內實時更新的溫度參數(shù)，即中間冷卻試驗過程結束時被測試制動器的溫度；參照步驟2012，按照恢復試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m＝m2，t＝t2，k2＝t2/Δt且將所設定的參數(shù)m2、t2和k2相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；恢復試驗時，分m次對所述制動器進行循環(huán)虛擬恢復試驗，此時m＝m2，每一次循環(huán)虛擬恢復試驗過程均相同且均包括k個時間步長Δt的制動過程；且對于任一次循環(huán)虛擬恢復試驗過程而言，其試驗過程與步驟20141 步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同；204、第二次熱衰退恢復試驗結束后，對所述制動器進行第二次熱衰退且第二次熱衰退過程與步驟201 步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同，參照步驟2011，按照第二次熱衰退試驗所需要的試驗工況進行參數(shù)設定此時，步驟2011中被測試制動器所處車輛的初始車速V0＝V3，T0＝T3，k3＝t3/Δt且將所設定的參數(shù)V3、a3和T3相應轉存為V0、a1和T0后存入存儲單元內；參照步驟2012，按照第二次熱衰退試驗所需要的試驗工況進行初始參數(shù)設定此時，步驟2012中m＝m3，t＝t3，k3＝t3/Δt且將所設定的參數(shù)m3、t3和k3相應轉存為m、t和k后存入存儲單元內；第二次熱衰退試驗時，分m次對所述制動器進行循環(huán)熱衰退試驗，此時m＝m3，每一次循環(huán)熱衰退試驗過程均相同且均包括k個時間步長Δt的制動過程；且對于任一次熱衰退試驗過程而言，其試驗過程與步驟20141 步驟20144中對所述制動器進行一次熱衰退循環(huán)試驗的試驗過程相同；205、輸出所述存儲單元所存儲的所有計算數(shù)據(jù)，測試過程結束。FSA00000172297700021.tif,FSA00000172297700022.tif
2.按照權利要求1所述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征在于步驟 201中進行第一次熱衰退試驗之前、步驟203中所述的恢復試驗結束后和步驟204中所述 的第二次熱衰退結束后需分別進行冷態(tài)效能試驗、第一次熱態(tài)效能試驗和第二熱態(tài)效能試 驗，其中冷態(tài)效能試驗的試驗過程如下I、調用參數(shù)設置模塊輸入制動器的初始溫度Ttli，并調用所述參數(shù)計算單元根據(jù)制動器 效能因數(shù)的常規(guī)計算方法且結合當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ和初始溫度Ttli，計算得出 制動器的效能因數(shù)BF，所述初始溫度Ttli = 80°C 士5°C，當前溫度狀態(tài)下的摩擦系數(shù)μ根 據(jù)步驟1023中所驗證的函數(shù)關系μ = f (T)計算得出；II、調用參數(shù)設置模塊，輸入制動器的制動管路壓力Pi；調用參數(shù)計算模塊且結合步驟 I中計算出來的效能因數(shù)BF、制動管路壓力Pi和步驟2011中輸入的制動器結構參數(shù)，根據(jù) 常規(guī)制動器輸出力矩Mb的計算方法，計算得出制動器的輸出力矩Mb ；進行第一次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與步驟I-步驟III中的試驗步驟相同，且此 時步驟I中的初始溫度Ttli為步驟203中所述的恢復試驗之后制動器的溫度；進行第二次熱態(tài)效能試驗時，其試驗過程與步驟I-步驟III中的試驗步驟相同，且此 時步驟I中的初始溫度Ttli為步驟204中所述的第二次熱衰退結束后制動器的溫度。
3.按照權利要求1或2所述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征在于 步驟1021中所述的多場耦合分析軟件為ADI NA軟件。
4.按照權利要求1或2所述的一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，其特征在于 步驟103中所述的常規(guī)制動器溫升試驗方法為采用底盤綜合試驗臺對制動器后橋總成進行的定速溫升試驗方法或者采用制動器試驗臺上對所述制動器總成進行定速溫升試驗方 法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制動器摩擦性能虛擬臺架測試方法，包括以下步驟一、確定被測試制動器摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ＝f(T)，過程如下建立三維幾何模型，建立三維熱-機耦合有限元模型，對所建立三維熱-機耦合有限元模型進行耦合溫度場仿真分析，得出被測試制動器摩擦系數(shù)-溫度之間的函數(shù)關系μ＝f(T)；二、采用熱衰退試驗方法對被測試制動器的摩擦性能進行虛擬臺架測試，包括步驟第一次熱衰退-恢復試驗和第二次熱衰退及效能試驗。本發(fā)明設計合理、投資成本低、模擬效果好且使用操作簡便，能有效解決現(xiàn)有制動器摩擦副摩擦系數(shù)測量系統(tǒng)及方法存在的投資與試驗成本高、模擬性較差、試驗方法復雜、試驗周期長等多種缺陷和不足。
文檔編號G06F17/50GK101916304SQ20101021906
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權日2010年7月5日
發(fā)明者劉華峰, 袁望方, 趙凱輝, 陳濤, 魏朗 申請人:長安大學