氧化铝涂层轻质制动盘的优化



氧化铝涂层轻质制动盘的优化

巨大的法规压力要求汽车行业减少车辆的排放量，因此需要通过寻找不同的方式来实现这一目标，如采用铝合金等轻质材料。最近一个备受关注的领域就是用铝合金制动盘来代替传统的铸铁制动盘。铝合金制动盘存在的问题是由于其500°C的低熔点导致过热和软化。

采用铝合金复合材料制动盘的车型是莲花路特斯，该车质量达到650kg时，可满足所需的性能。然而，最主要的挑战是如何将这样一个轻质制动盘应用到大批量生产的中小型客车上。采用如铝合金这种轻质材料制成的制动盘可以比传统的铸铁制动盘减轻2/3的质量，通常每个制动盘可减轻3kg。此外，铝制动盘还具有其它诸如减轻制动抖动和降低噪声的优点。

对于轻质制动盘的试验和数值研究表明，相比于无涂层的铝合金复合材料，具有氧化铝涂层的铝合金能有更好的热学和摩擦学性能。此外，铝合金制动盘的生产成本要比铝合金复合材料的生产成本低很多。同时，轴对称热有限元分析方法已被证明是一个在汽车制动试验中能够高效、准确地预测制动盘表面温度的方法。

许多学者采用不同的方法研究轻质制动盘的热性能，但很少有人基于一个正式的优化分析方法来研究其性能。田口将试验设计（DOE）定义为一个为达到预期目的而有效和可靠地评价所有可能组合参数的过程。田口分析方法用来分析各种制动盘参数对其热性能的影响，然后对轻质制动盘进行优化设计。因为这种分析很难对每个变量的组合进行数值模拟，所以元建模技术是常用的。这涉及到对特定的样本点空间进行模拟分析，并对优化分析的表面有足够准确的拟合响应面。

在目前的研究中，采用试验和数值模拟研究方法探究车辆上使用铝合金涂层制动盘的可能性。使用已被验证过的有限元模型数值模拟了汽车质量对制动盘极限温度的影响。田口分析方法的目的是评估各种设计参数对热性能的影响，并对结果进行优化分析。

Abdulwahab A. Alnaqi et al. SAE 2014-01-2501.

编译：张苏铁