A procedure for fast characterization of squeal behaviour of car brakes

Abstract

Die Hauptaufgabe der bei dieser Arbeit im Vordergrund stehenden Kfz-Scheibenbremse ist das Verzögern des Fahrzeuges durch den auftretenden Reibeffekt. Dabei kann es zu ungewollten selbsterregten Schwingungen und damit zu störenden Geräuschentwicklungen kommen. Dieses bei der Entwicklung und Konstruktion von Bremsen vorherzusagen und zu vermeiden ist ein großes Thema in Industrie und Forschung. In dieser Arbeit wird ein Verfahren beschrieben, mit dem experimentell schnell, noch vor dem Auftreten des eigentlichen Geräusches, beurteilt werden kann, bei welchen Frequenzen das System eine Quietschneigung besitzt. Im Gegensatz dazu sind die Standard-Testverfahren (z.B. SAE J2521) in der Industrie sehr zeitintensiv, da sie auf das tatsächliche Auftreten des Geräusches angewiesen sind. Das hier vorgestellte Verfahren, welches auf den Überlegungen aus [1] aufbaut, basiert auf dem Messen der mechanischen Arbeit der Reibkraft zwischen Belag und Scheibe. Neben der theoretischen Herleitung und Diskussion des Verfahrens an Minimalmodellen sowie einer kurzen Diskussion der Umsetzung bei FE-Simulationen, wird in dieser Arbeit intensiv die Platzierung der Sensoren am Beispiel von drei verschieden Schwimmsattelbremsen diskutiert. Dabei spielen die Kontaktstellen zwischen den Bauteilen in Abhängigkeit von Betriebsparametern (zum Beispiel dem Bremsdruck) eine große Rolle. Es werden außerdem verschiedene Möglichkeiten der Durchführung der Messung diskutiert: mit Anregung durch Piezoaktorik im Belag oder Kolben, mit Anschlagen mit einem Modalhammer und Aufnahme der Messsignale im Betrieb ohne weitere Erregung. Letztere Methode ist die eleganteste, da dort nur durch das Platzieren der Sensoren das Bremssystem verändert wird. Die Ergebnisse dieser Variante werden abschließend mit Ergebnissen aus dem Standardtestverfahren SAE J2521 verglichen. [1] Schlagner, S.: Schnelle Charakterisierung des Geräuschverhaltens von KFZ-Scheibenbremsen, Dissertation, TU-Berlin, 2010.The main task of the in this work considered car disk brake is to slow down the vehicle using friction. Doing so, the occurrence of self-excited vibrations and unwanted noise is possible. Here high frequency noise (squeal) is considered. To predict and avoid this effect is an important task for the industry and academic research. In this work, an experimental procedure is discussed which allows a fast estimation of possible squeal frequencies of the brake, even before the occurrence of the noise itself. Unlike that, the industrial standard test procedures (like the SEA J2521) are time consuming because they are dependent of the occurrence of actual sound. The idea of the here presented procedure, based on considerations made in the doctoral thesis [1], is to measure the mechanical work of the friction force occurring between disk and brake pad. Besides presenting the theoretical background using minimal models and a short discussion of the implementation in FE-Simulations, the experimental setup (for example choosing a spot to mount the sensors) with three different brake models is considered in this work. To place the sensors, knowledge about the contact points between the components in dependency of parameters (for example the brake pressure) is very important. Additionally different approaches of measurements are discussed: excitation via piezo-actuators in pad or piston, excitation via modal-hammer and measuring without external excitation. The latter is the preferable approach, because no alteration of the system except the placement of the sensors is necessary. Finally, the results of this approach are compared with results taken with the standard procedure SAE J2521. [1] Schlagner, S.: Schnelle Charakterisierung des Geräuschverhaltens von KFZ-Scheibenbremsen, Dissertation, TU-Berlin, 2010