氧化鋁涂層輕質制動盤的優化

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氧化鋁涂層輕質制動盤的優化

巨大的法規壓力要求汽車行業減少車輛的排放量，因此需要通過尋找不同的方式來實現這一目標，如采用鋁合金等輕質材料。最近一個備受關注的領域就是用鋁合金制動盤來代替傳統的鑄鐵制動盤。鋁合金制動盤存在的問題是由于其500°C的低熔點導致過熱和軟化。

采用鋁合金復合材料制動盤的車型是蓮花路特斯，該車質量達到650kg時，可滿足所需的性能。然而，最主要的挑戰是如何將這樣一個輕質制動盤應用到大批量生產的中小型客車上。采用如鋁合金這種輕質材料制成的制動盤可以比傳統的鑄鐵制動盤減輕2/3的質量，通常每個制動盤可減輕3kg。此外，鋁制動盤還具有其它諸如減輕制動抖動和降低噪聲的優點。

對于輕質制動盤的試驗和數值研究表明，相比于無涂層的鋁合金復合材料，具有氧化鋁涂層的鋁合金能有更好的熱學和摩擦學性能。此外，鋁合金制動盤的生產成本要比鋁合金復合材料的生產成本低很多。同時，軸對稱熱有限元分析方法已被證明是一個在汽車制動試驗中能夠高效、準確地預測制動盤表面溫度的方法。

許多學者采用不同的方法研究輕質制動盤的熱性能，但很少有人基于一個正式的優化分析方法來研究其性能。田口將試驗設計（DOE）定義為一個為達到預期目的而有效和可靠地評價所有可能組合參數的過程。田口分析方法用來分析各種制動盤參數對其熱性能的影響，然后對輕質制動盤進行優化設計。因為這種分析很難對每個變量的組合進行數值模擬，所以元建模技術是常用的。這涉及到對特定的樣本點空間進行模擬分析，并對優化分析的表面有足夠準確的擬合響應面。

在目前的研究中，采用試驗和數值模擬研究方法探究車輛上使用鋁合金涂層制動盤的可能性。使用已被驗證過的有限元模型數值模擬了汽車質量對制動盤極限溫度的影響。田口分析方法的目的是評估各種設計參數對熱性能的影響，并對結果進行優化分析。

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

編譯：張蘇鐵