Desenvolvimento de modelos numéricos para avaliação de ruídos de freio de alta e baixa frequência - squeal e groan

Abstract

A atual competitividade de mercado na indústria automobilística exige cada vez maior atenção a todos os aspectos que envolvem a percepção de qualidade e satisfação do consumidor. Os principais pontos de insatisfação dos clientes são acerca do conforto ao dirigir, onde o conforto acústico tem exercido papel fundamental. Dentre os principais ruídos associados com o desconforto dos clientes, estão os ruídos de freio, tanto os de baixa como os de alta frequência. Existem diversas metodologias analíticas, numéricas e experimentais para abordar esse tema, mas ainda existem diversas lacunas a serem preenchidas para reduzir o tempo dos ciclos de desenvolvimento de novos freios e veículos. O presente trabalho visa o desenvolvimento de duas metodologias de análise de ruídos de freio em freios a tambor de veículos comerciais. A primeira visa complementar a análise para predição de ruídos de freio do tipo squeal, desenvolvida durante o mestrado desse autor, através do cálculo dos fatores de contribuição modal associados ao ruído. A segunda consiste em uma metodologia de dinâmica de multi-corpos voltada a analisar os ruídos de baixa frequência, tais como groan e chatter. Para tanto, é necessário realizar a medição do comportamento do coeficiente de atrito em função da velocidade de escorregamento de diferentes materiais de atrito, bem como caracterizar esse tipo de ruído em um veículo apresentando ruídos de groan. A adição do cálculo dos fatores de contribuição modal permite entender os componentes e seus modos de vibração com maior influência nos modos de vibração instável, os quais causam os ruídos do tipo squeal. No caso estudado, o tambor e a sapata de freio se mostraram os maiores responsáveis pelo ruído de freio, cujos modos de vibração cinco e três, respectivamente, são os de maior contribuição. A medição das curvas de coeficiente de atrito em função da velocidade de escorregamento mostrou o comportamento não conservativo do atrito, apresentando comportamentos diferentes quando a velocidade aumenta (aceleração) e quando a velocidade diminui (desaceleração). A metodologia de multi-corpos aplicada mostrou grande potencial para representar o fenômeno vibratório de interesse, pois foi encontrada uma boa correlação nas frequências de vibração e forma deformada similar à encontrada na análise experimental, além de mostrar a instabilidade quando o sistema se aproxima da parada total.

The current highly competitive market in the automotive industry demands more and more attention to all aspects of consumer satisfaction and perception of quality. Driving discomfort is one of the main topics for customer dissatisfaction, where acoustic discomfort plays a fundamental role. Among the main noises associated with customer dissatisfaction, there are brake noises, low and high-frequency noises. There are several analytical, numerical, and experimental methodologies in order to address this matter, however, there are still several gaps to be filled in order to reduce the time of the development cycles of new brakes and vehicles. The present study aims to develop two methodologies for analyzing brake noise in commercial drum brakes. The first one aims to complement the analysis for brake squeal noise prediction, developed on the master's degree of this author, through the calculus of the modal contribution factors associated with squeal noise. The second consists of a methodology of multibody dynamics for addressing the low-frequency noises and vibrations, such as groan and chatter. Therefore, the behavior of the coefficient of friction as a function of the sliding velocity needs to be measured for different friction materials, as well as characterize this kind of noise on a vehicle with groan occurrences. The addition of the modal participation factors allows to understand the components and vibration modes with major influence in the system's unstable mode, which generates the squeal noise. In the case studied, brake drum and shoes showed to be the major contributors to the brake noise, whose vibration modes five and three, respectively, are the most contributor. The measurement of the coefficient of friction as a function of the sliding velocity showed the friction's non-conservative behavior, producing different curves for increasing (accelerating) and decreasing (decelerating) the sliding velocity. The multibody methodology applied in this study showed high potential to describe the vibratory phenomenon of interest, once it was found a good correlation in the frequencies and a deformed shape similar to the one found in the experimental analysis, despite that the model showed instabilities when the system as close to the total stop.