制动摩擦尖叫的不确定理论与稳健性设计方法

摩擦诱发的振动与噪声是机械振动学与摩擦学交叉领域的国际前沿与世界性学术难题。本项目以汽车盘式制动器为对象，提出以接触面表面形貌的随机性为切入点，基于不确定性方法揭示制动尖叫发生机理的新思路。利用制动器声-振-热综合试验台架进行实际制动器与 "制动盘-销支制动块"2种系统的摩擦尖叫试验，综合分析表面形貌、3向动态接触力与摩擦尖叫的随机性及联合作用机制。建立考虑接触面形貌的集总参数尖叫动力学模型，研究表面形貌随机性诱发系统失稳的机理；基于实测3维表面形貌测量与统计数据，采用蒙特卡洛方法重构获得虚拟表面形貌样本，建立考虑3维形貌的制动尖叫复模态有限元模型，基于随机结构系统方法确定表面形貌等关键控制参数到尖叫倾向性的概率密度演化规律。在此基础上，建立以制动尖叫倾向性概率为目标的关键设计控制参数的稳健性设计方法。本项目研究将为国际上尚未解决的摩擦尖叫机理与控制问题，提供新的理论支撑。

制动尖叫具有频率高（1kHz~16kHz）、强度大（60~120dB）的特性，会导致严重的环境噪声污染，进而造成巨额的经济损失。制动尖叫具有显著的的时变性与不确定性是其公认的研究难点之一，也为制动尖叫的机理研究及控制方法研究带来了较大困难。研究制动尖叫的时变性与不确定性，具有重要的理论价值和工程意义。.本课题通过制动尖叫试验与理论研究，发现了制动尖叫具有时变性与不确定性，进而深入研究了制动摩擦尖叫时变性及不确定性的发生机理，并研究了制动尖叫的稳健性设计方法。本课题在研究中取得了如下有代表性的研究成果：.试验研究方面：搭建摩擦—声—振耦合试验台架，完成了制动器摩擦特性测试，得到了摩擦特性的半经验模型；进行表面形貌的测量、统计与构建，建立完整、有效的表面形貌三维评价体系，同时建立考虑实测表面形貌的盘-块系统复模态有限元模型；进行盘-销系统摩擦尖叫的时变性研究，发现了摩擦尖叫的发生、频率与幅值具有时变性；进行制动尖叫摩擦尖叫台架试验与不确定性统计分析，发现摩擦尖叫频率与声压级具有不确定性。.理论研究方面：建立四自由度集总参数模型，研究发现盘端面跳动引起了摩擦接触力的变化，进而导致了摩擦振动的时变性特征；研究了制动摩擦尖叫机理之间的联系,研究表明能量馈入理论依赖于模态耦合理论，模态耦合与摩擦系数速度负斜率共同效果能决定粘滑运动的产生与发展；揭示了制动尖叫不确定性的产生机理，即结构参数与接触参数的不确定性导致了制动尖叫的不确定性，并推导出制动尖叫不确定性的概率密度演化规律。.仿真方法方面：建立了基于有限元与基于连续体的复模态模型，能用于预测不稳定频率；建立了制动尖叫瞬态有限元仿真分析方法和连续体模型仿真分析方法，这两种方法能在不同场合针对不同研究目的对系统的瞬态动力学现象，各有千秋。.控制方法方面：建立了不稳定倾向性指标，在参数确定性条件下采用田口方法进行稳健性设计，使制动尖叫现象得以改善；随后建立了考虑参数随机性的制动尖叫稳健性设计方法，进一步进行制动尖叫的稳健性设计，并分析了参数的离散程度对稳健性设计结果的影响规律。.该课题构建的参数诱发尖叫不确定性与时变性的理论体系，进一步完善了现有的制动尖叫理论，为尖叫有效控制提供理论支持；建立的瞬态有限元仿真分析方法与连续体模型仿真分析方法可以实现盘-销系统的摩擦振动瞬态动力学仿真，具有较高的理论意义与工程价值；建立的面向对象的尖叫