초록
▼

본 연구는 자동차의 브레이크 소음을 줄이기 위한 디스크 브레이크 시스템의 최적화와 해석에 관한 것이다. 일반적으로 브레이크 소음은 브레이크 패드와 로터(디스크) 사이의 진동을 일으키는 마찰에 의해서 발생한다. 하지만, 지금까지는 비선형 고유치 해석의 어려움으로 인해서 소음을 개선하기 위한 최적설계가 수행되지 못하였다. 따라서, 소음을 개선하기 위한 방법으로서 ...

본 연구는 자동차의 브레이크 소음을 줄이기 위한 디스크 브레이크 시스템의 최적화와 해석에 관한 것이다. 일반적으로 브레이크 소음은 브레이크 패드와 로터(디스크) 사이의 진동을 일으키는 마찰에 의해서 발생한다. 하지만, 지금까지는 비선형 고유치 해석의 어려움으로 인해서 소음을 개선하기 위한 최적설계가 수행되지 못하였다. 따라서, 소음을 개선하기 위한 방법으로서 소음을 발생시키는 불안정 모드의 저주파수를 고주파수대역으로 증가시킴으로서 최적설계를 수행하였다. 최적화 방법론에 있어서는 개선된 위상최적화기법 (Improved Topology Optimization Method)를 제안하였다. 기존의 위상최적화 기법이 균질화법(Homogenization Design Method, HDM) 과 밀도법 (Density Method)을 사용하여 최적해를 찾기 위한 민감도 분석을 수행해야 하는 복잡성을 갖는데 반해 개선된 위상최적화 방법론은 반응표면법(Response Surface Method)과 유전알고리즘(Genetic Algorthm)을 혼합한 보다 범용적인 최적화 알고리즘이다. 결과적으로 비선형 문제의 최적화에 보다 적합한 개선된 위상최적화 방법론을 제안하고 복소수 진동모드 해석이 고려되는 설계 문제에 대한 적용함으로써 효율성을 입증하였다. 최적화 결과 브레이크 모언 노이즈(Moan Noise)가 발생하는 저주파수의 불안정 모드를 1 KHz 이상 증가시킬 수 있는 브레이크 패드의 형상을 구하였고, 브레이크 스퀼 노이즈(Squeal Noise)가 발생하는 주파수도 마찬가지로 1 KHz 이상 증가시킬 수 있는 캘리퍼 포크의 최적형상이 제안되었다.

Abstract
▼

This paper presents an analysis and optimization of brake system to reduce an automobile disc brake noise by computer simulation analysis. The noise of disc brake is caused by friction induced vibration between the rotor and the brake pad. However, the optimal topology design of brake system has not...

This paper presents an analysis and optimization of brake system to reduce an automobile disc brake noise by computer simulation analysis. The noise of disc brake is caused by friction induced vibration between the rotor and the brake pad. However, the optimal topology design of brake system has not been considered to eliminate the noise, mostly due to the complexity of the nonlinear eigenvalue analysis. In this study, we investigate the complex eigenvalue analysis and the optimization of brake system to increase the frequency inducing the noise. In the brake modeling, the relationship between the brake pad and the rotor is assumed as spring elements considering the contact area. Through the complex eigenvalue analysis, it has been found that the unstable mode at low frequency generally caused the brake noise. As a methodology for noise reduction, we apply the optimal design to the several parts of disc brake system and increase the frequency of the unstable mode to the higher frequency in order to reduce the possibility of brake noise. The final result remarkably shows that changing the topology of the brake pad can eliminate the brake noise. Also, the low frequency under unstable mode can be increased over the 1 kHz by obtaining the optimal shape and thickness of caliper forks. The result was verified by the analysis of variance that the estimators for the approximation equations were highly reliable. The response surface method, based on the central composite design, the design of experiments, the genetic algorithm, and the sequential linear programming were used as optimization algorithm. Additionally, an idea of realization was suggested for the optimal design.

주제어

#디스크 브레이크 브레이크 노이즈 복소수 고유치 해석 치수 최적화 위상 최적화 실험 계획법 반응 표면법 중심합성 계획법 회귀 분석법 유전 알고리즘 explicit disc brake system brake noise complex eigenvalue analysis Finite Element Method (FEM) topology optimization Design of Experiments (DOE) Response Surface Method (RSM) Central Composite Design (CCD) Genetic Algorithm (GA);

이 논문을 인용한 문헌