技术领域本发明涉及摩擦材料的弹性特性的表征装置和方法。具体地，本发明涉及一种用于表征摩擦材料(诸如，用于制动系统的制动块的摩擦材料)的静态和动态弹性特性的装置和方法。例如，在制动系统的发展过程中，为了确定系统的舒适性问题，使用计算整个车辆悬架的稳定性的(例如线性的)数值模型进行成形元件的专门分析。为了使这种计算精确，所涉及的材料的弹性特性需要被正确地定义，尤其对于摩擦材料复杂的定义表现出主要取决于所施加的应力和载荷的频率的性能(材料的非线性度)。在所有的条件下的材料的特征的良好定义具有的直接优势在于，实现与例如通过动态试验和道路测试给出的实验结果较一致的数值结果、减少解决方案的实施时间以及其可靠性。
背景技术：
用于摩擦材料的弹性常数的频率表征的仪器是已知的，但由于测量链的强烈影响，具体地，由于甚至以受限频率限制可应用的作用的测量装置的结构而具有相当大的限制，这是因为测量装置的结构的变形和振动模式与正分析的材料的所检测的响应重叠。例如，从KR20030075496A、US7398669B2中已知一些解决方案。这些已知的解决方案中没有一个提出如何限制测试装置结构或者测量装置对所涉及的试样的静态和动态响应的影响。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提出使得可以克服技术现状的缺点的用于表征摩擦材料的弹性特性的装置和方法。本发明的另一目的是提供用于表征摩擦材料的装置，该装置构成简单但最主要的是其测量可靠，从而减小了装置结构本身的静态和动态伸展的变形的影响。本发明的另一目的是提供减小激励部件的影响的摩擦材料的表征装置。附图说明在任何情况下，参考附图以非限制性实例的方式给出的下文的说明将使根据本发明的装置的其他特征和优点显而易见，附图中：-图1以沿着装置的轴线(X-X)的横截面图示出了摩擦材料的弹性特性的表征装置；-图2以沿着装置的轴线(X-X)的前视截面图示出了图1中的摩擦材料的弹性特性的表征装置；-图3以沿着装置的轴线(X-X)的横截面图示出了一对紧密地封装待测试的材料的试样的一对试样支撑部分或支撑板；-图4沿着装置的轴线(X-X)的横截面图示出了用于组装和拆卸支撑板的操纵扳手；-图5示出了从上方看到的根据图1的位于用于组装和拆卸支撑板的操纵扳手和紧密地封装待测试的材料的试样的一对支撑板，以及具有不同尺寸的试样支座的两个其他小板旁边的装置；-图6以轴测视图示出了图5中的组件；-图7示出了沿着图5中的装置的轴线(X-X)截取的轴测视图；-图8示出了图7的细节；-图9示出了图1中突出显示的致动器的预加载外壳的中心轴、球形接头以及轴向轴承的细节；-图10和图11以局部截面示出了中心轴。具体实施方式参考以上附图，摩擦材料的弹性特性的表征装置100包括具有主体2的支撑轭1，该主体具有包围内腔室3的一体式的或成单一件的结构。所述内腔室3在顶部由第一一体式主体部分2或上横杆4限定，并且在底部由第二一体式主体部分2或下横杆5限定。所述上横杆4和下横杆5通过由第三一体式主体部分和第四一体式主体部分2形成的两个侧柱6、7相互连接，从而以一体式环或轭的方式封闭所述内腔室3。所述一体式主体包括通向内腔室3的至少一个进入口8。所述上横杆4包括通孔9，该通孔优选地是带螺纹的，其限定了装置轴线X-X，该装置轴线设置成基本上正交于所述上横杆4和所述下横杆5完全穿过内腔室3。所述支撑轭1将测量柱10基本上完全容纳在所述内腔室3中。所述测量柱10包括待分析或测试的材料的试样的静态作用和动态作用的传动构件。所述构件不必按下文指出的顺序布置并且彼此布置成基本上沿着所述装置轴线(X-X)堆叠或串联，致使插入于所述上横杆4与所述下横杆5之间以便适于将一个搁置在另一个上，或者封装于所述上横杆4与下横杆5之间以便将静态或动态作用从一个传递至另一个。根据一个实施方式，所述测量柱包括预加载螺钉11，该预加载螺钉适于接合在所述螺纹通孔9中，且其至少一个螺纹长度22至少部分地进入所述内腔室3并且基本上沿着所述装置轴线X-X相对于所述上横杆4执行预定位移，以使得一旦封装好测量柱10，则当待测试的试样15在原位的操作状态下时对所述柱施加预定的静态预加载作用。根据一个实施方式，所述测量柱10包括致动器12，该致动器能够基本上沿着所述装置轴线X-X以受控方式施加具有同样实时可变的预定时间段的振荡推力作用。根据一个实施方式，所述测量柱10包括至少一个测压元件13，该测压元件适于检测预加载作用和由所述致动器施加的振荡推力作用。根据一个实施方式，所述测量柱10包括至少一个试样支撑部分14以支撑待测试的材料的试样15并且适于接收通过预加载螺钉11的预加载作用和/或适于接收致动器12的振荡作用，并且将其传递至待测试的材料的试样15。根据一个实施方式，所述测量柱10包括与所述至少一个支撑部分14连接的至少一个加速度传感器或加速计16，以至少检测由致动器12的与所述预载重叠的所述振荡推力作用产生的支撑部分14的加速度。根据一个实施方式，所述测量柱10包括中心轴18，该中心轴耦接至所述预加载螺钉11的伸出到所述内腔室3中的端部17。根据一个实施方式，所述中心轴的几何形状大致具有平行于装置轴线X-X的对称平面。根据一个实施方式，所述中心轴18包括至少一对几何耦接部分19，该至少一对几何耦接部分相互布置在相对位置并且用于直接或者间接几何耦接至支撑轭1的一体式主体2，从而耦接至所述中心螺钉以从其接收轴向预加载推力，但为了避免将扭转作用传递至测量柱10的其余部分，从而将基本上根据所述装置轴线X-X定向的预加载作用大致传递到所述致动器12。根据一个实施方式，所述测量柱10还至少包括球形接头42，该球形接头适于补偿所述预加载螺钉11与所述致动器12之间和/或所述致动器12与所述试样支撑部分14之间可能的推力未对准。根据一个实施方式，所述预加载螺钉11包括从支撑轭1的一体式主体2向外行进出的操纵部分20，并且具有抓持构件21以用于抓持并操纵所述预加载螺钉11，以使所述预加载螺钉11旋转并将其带至相对于所述上横杆4的期望位置。根据一个实施方式，所述抓持构件21例如是用于与操纵扳手或工具耦接的刻面(faceted)扳手部分。根据一个实施方式，所述操纵部分包括预加载螺钉11的所述螺纹长度22的部分，所述螺纹长度22的所述部分从所述一体式主体2向外伸出并与夹紧螺母23耦接以用于将预加载螺钉夹紧在所期望的位置。根据一个实施方式，传递由预加载螺钉11施加的静态预加载作用和/或由致动器12施加的振荡作用的测量柱部件具有平行于装置轴线X-X的对称平面，从而减少非对称变形和/或增大这些部件的内在振动模式的频率。根据一个实施方式，所述预加载螺钉11是施加非常精确预载荷的具有测微螺纹长度22的螺钉。根据一个实施方式，所述致动器12是能以受控方式驱动的压电致动器。根据一个实施方式，所述致动器12具有布置为与装置轴线(X-X)基本上对准的推力轴线。根据一个实施方式，所述致动器12具有与连接和推力装置28相关联的推力面27。根据一个实施方式，所述致动器12被接收在预加载外壳24内以用于将致动器沿着其推力轴线X-X进行预加载。根据一个实施方式，所述致动器预加载外壳24包括螺纹容器25，该螺纹容器具有适于接收所述致动器的玻璃成形体26，以便使其致动端面向开口29，使得所述连接和推力装置28的一部分离开所述螺纹容器。根据一个实施方式，所述致动器预加载外壳24包括螺纹盖30，该螺纹盖拧入所述螺纹容器25以嵌入并预加载接收在所述螺纹容器25中的所述致动器。根据一个实施方式，轴向轴承31夹在所述螺纹盖30与所述致动器12之间，从而避免将螺纹盖30在螺纹容器25上的螺纹扭转作用传递至致动器12，使得致动器12从预加载外壳24接收根据致动器推力轴线定向的大致预加载作用。根据一个实施方式，至少一对锁定销钉(lockingdowel)32设置在所述螺纹盖31与所述螺纹容器25之间，该至少一对锁定销钉布置在直径上相对的位置以保持对称平面平行于所述致动器12和所述预加载外壳24的所述装置轴线X-X。根据一个实施方式，所述测量柱10包括两个测压元件(loadingcell)13、32，该两个测压元件布置成沿着所述测量柱10的所述装置轴线X-X位于试样支撑部分之前和之后、或者刚好在之前和紧接在之后，优选地，为了检测传递到试样支撑部分14、34的作用，试样支撑部分14、34由此刚性连接至待测试的材料的试样15。根据一个实施方式，所述测压元件13、32借助于螺纹销钉或者螺柱33刚性连接至所述支撑部分14、34，该螺纹销钉或者螺柱被接收在设置于测压元件13和支撑部分14、34中设置的螺纹座内。根据一个实施方式，第二测压元件32布置于第二试样支撑部分34与下横杆5之间，并且所述测压元件32刚性连接至所述下横杆5以便将由预加载螺钉11施加的预载荷和由致动器12施加的振荡释放或传递至所述一体式主体2，从而将测量柱10封闭在一体式主体2中；根据一个实施方式，在操作状态下，所述试样支撑部分14和所述第二试样支撑部分34夹紧在相对侧上或者封装所述待测试的材料的试样15，从而允许测量柱10的预加载。根据一个实施方式，所述试样支撑部分14、34包括形成试样支座35的置放板，所述置放板具有平行于装置轴线X-X的对称平面，例如，具有横向于所述装置轴线的坡面，该部分是十二面体，以用于耦接至十二面体操纵扳手36，该十二面体操纵扳手用于组装和拆卸测量柱10中的所述置放板。根据一个实施方式，所述置放板14、34在其与所述试样支座35相对的面上居中地包括用于固定销钉的或螺柱(33)的螺纹孔，销钉的或螺柱用于将测压元件13固定至小板。根据一个实施方式，所述至少一个加速计16是压电式或电容式加速计。根据一个实施方式，所述至少一个加速计16是布置在静态和振荡作用传动构件(例如，试样支撑部分14、34或置放板)的相对位置处的至少两个加速计。根据一个实施方式，设置有至少两个加速计16和两个另外的加速计16，该至少两个加速计在相对位置中连接至试样支撑部分14，该两个另外的加速计在相对位置中连接至第二试样支撑部分34，从而保持对称平面平行于装置轴线X-X，以用于组装支撑部分和这一对加速计。根据一个实施方式，设置有另外的加速计16，该另外的加速计在测量柱10或者测量柱基部的连接点附近连接至下横杆5。根据一个实施方式，包括测量链，该测量链包括至少一个驱动制动器37，该至少一个驱动制动器以例如频率受控方式控制所述致动器12。根据一个实施方式，所述测量链包括信号采集装置38，该信号采集装置用于供给、接收信号、信号的可能的数字化、信号的过滤以及来自测压元件13、32及加速计16的信号的实时分析和/或信号的频率分析。根据一个实施方式，所述测量链包括经受预定预载荷的试样的动态弹性和动态阻尼的计算装置39。根据一个实施方式，所述中心轴18包括至少两个彼此相对的凹槽19从而产生平行于装置轴线X-X的对称平面，在操作状态下，所述凹槽19中的至少一个选择性地接收止动螺钉41的顶端40，该止动螺钉的顶端连接至轭1的所述一体式主体2，以适于防止所述中心轴18在预加载螺钉11的位移期间旋转，从而避免将与根据装置轴线X-X大致定向的预载荷不同的作用传递至测量柱10部件。根据一个实施方式，所述测量柱10还包括至少两个球形接头19，该球形接头适于补偿所述预加载螺钉11与所述致动器12之间和所述致动器12与所述试样支撑部分14或所述测压元件13之间的可能的推力未对准。根据一个实施方式，所述球形接头42是润滑的球形接头和/或具有由抗摩擦材料或低摩擦材料制成的或涂有抗摩擦材料或低摩擦材料(例如，聚四氟乙烯)的球形接头部件。如下将简要地描述使用本发明的装置表征摩擦材料的弹性特性的方法。根据一个可能的应用，表征摩擦材料的弹性特性的方法包括以下步骤：-将预载荷施加到待测试的材料的试样15；-施加周期和宽度受控的重叠振荡；-通过检验在平行于装置轴线X-X的平面中传递所述预载荷和所述重叠振荡的部件的对称性来防止测量柱10弯曲；-避免所述试样15上的扭转作用；-修正根据与装置轴线X-X不一致或不平行的方向定向的预加载推力和/或振荡未对准。根据一个可能的应用，提供的步骤为：-将预载荷施加到待测试的材料的试样15，使得所施加的重叠振荡大约为预定预载荷值。根据一个可能的应用，提供的步骤为：-检测所施加的静态预载荷和动态振荡载荷。根据一个可能的应用，提供的步骤为：-检测试样15支撑部分或置放板14、34的加速度。根据一个可能的应用，提供的步骤为：-考虑所施加的载荷和加速度反应来评估试样15的弹性和/或动态阻尼。明显地，本领域的技术人员可对根据本发明的装置做出多种修改和变化，从而满足可能发生的和特定的要求，同时保持在由上文权利要求所限定的本发明的保护范围内。根据一个实施方式，装置100由一体式结构2组成(此后被称为支撑块)，该一体式结构用作实际测量装置(测量柱10)的基部和刚性支撑件。(柱中的)系统的所需功能是：预载荷、高频正弦动态应力、作用于试样上的力量的测量以及相关位移的测量。有源部件是：从上面施加恒力的螺钉11、施加频率变化的压电致动器12、一个或两个测压元件13、32以及高达六个加速计16。板14、34设置成用于定位试样(和加速计16的支撑件)，定位用于对致动器和单元进行定中心和预加载的结构、定位各个部件与用于对所有部件进行定中心的轴之间的球形接头19。测量柱是设备中的使待测试的材料被预加载、受压(高频正弦动态应力)和测量(力和位移)的部分。名称“柱”是由定位成搁置在下一个部件上的每个部件的封装位置启发的，并且其形状在不具有完美的轴向对称时具有与力的方向平行的至少一个对称面。在以下描述中提出的布置的顺序仅是组件的实例。对由元件的功能标准给出的顺序的仅有的限制条件：具体地，每个测压元件的一侧必须搁置在支撑板14、34上(在这些上测量作用在待测试的试样上的力)，而例如压电式的致动器可控制板13、34中任何一个，条件是放置有测压元件，该测压元件由此将会位于两个元件之间。假定振动分析涉及毫米级的高振荡频率和位移，尽可能维持高弹性常数和轴向对称的决定的原因在于期望最小化几何形状和质量的任何不平衡，这通过使柱失衡将会导致产生在具有与柱轴的方向不同的方向起作用的运动。具体地，由于螺纹的精细节距，测微预加载螺钉11使得能够准确地设定柱的其余部分上的压力(并且因此准确地设置样本上的压力)。设置有夹紧螺母23。中心轴18使由螺钉11施加的载荷在轴向方向上移动。轴18具有凹槽19以容纳安装在径向位置上的螺钉41的顶端，该螺钉的顶端一旦从外部插入就会阻挡轴18的旋转，从而为从预加载螺钉11传递的扭力提供反作用。轴18具有直径上对置的第二通道19，该轴设置成改进零件的对称性以便避免不平衡并且因此避免在径向方向上移动。再一次，为了改进所有部件的对准的目的，在轴的端部处可以引入用于与下一元件附接的销。例如，由穿孔的半球形帽盖和耦接的环形螺母组成的润滑的球形接头42可插入于两个部件之间，从而在施加静态载荷的情况下封闭柱10期间允许对改进两个元件在接触中的竖直对准有用的较小相对旋转。为了有利于滑动，例如钢的接头需要润滑(也可以提供能够克服这个要求的涂覆有聚四氟乙烯的溶液)。具有预加载外壳24的压电致动器12是产生高频率动态应力的部件。由高频率下的正弦电信号控制，能够依照遵循以微秒的量级响应的速度向其传递的波函数关注量级的顺序在轴向方向上产生力和位移。由于为了更好的功能而优选地在轴向方向上对部件进行预加载，所以可以提供预加载外壳24内部的致动器12的使用。具有用于致动器电缆12的通道的孔的预加载外壳24包括螺纹容器25和盖30。这个装置的目的在于，通过拧紧盖30在致动器上施加轴向预加载力。在盖30与致动器12之间利用合适的箱体座定位轴向滚动轴承31，使得施加于盖上的扭力不会将扭力施加于致动器的表面，但仅在轴向方向上施加载荷。测压元件13、32具有测量与由致动器12命令的位移有关的动态力以及测量由预加载螺钉11施加的静态力的双重目的。因此，单元的类型必须能够执行高频和静态测量两者。为了将所有的部件保持在中心，可以将单元放置在特殊钢支撑件的内部。可以使用螺柱螺栓33预加载这些单元，从而获得通过螺纹调节的压缩力以确保装置的改进功能。支撑板14、34是结构的包含试样15的部分。在这些部件的表面上，加速计16被放置成用于测量关注的运动学参数。优选地制造的钢比试样15的摩擦材料硬得多，并且其厚度足以将在系统运行期间产生的值大得多的值转移变形所需的力。为此，它们传递的压力在试样的表面上大致均匀并且它们的运动与其变形成一体。在这些假设的前提下，考虑支撑表面的位移等于施加在测试材料上的位移，所以在它们上放置加速计的选择是合理的。支撑板14、34的与和试样接触的接触面相对的面用于通过单元的预加载螺钉的一端与测压元件连接，或者与支撑块连接。支撑板还具有确保相对于力的方向的高度轴向对称的形状，例如具有十二面体截面，该十二面体截面具有高对称性但具有用于操纵扳手36的扳手表面。如果一方面圆形基部使轴向对称最大化，另一方面对于将一个板紧固到基部的需要可以证明允许将板插入于适配器中的多边形形状的使用使得能够从结构外部通过扳手使板移动。支座35可被制造在板的与样本接触的面上以促进样本的定中心。试样15定位在两个板14、34之间，并且可具有正方形或圆形基部。试样可被切割成不同的尺寸，选择不同尺寸是为了将测量结果尽可能与材料的异质性的影响分开。这里提出的测量装置允许直接测量非线性材料(例如，具体地，摩擦材料)的弹性常数。此外，系统设置有几何形状和结构刚度，以便允许以厘米的量级的尺寸特征测量样本，从而使材料(金属夹杂物、灰尘聚结物等)的高度不均匀的局部浓度的影响最小化。该装置能够提供与在鸣笛现象(whistlingphenomena)所涉及的准确的频率范围下的摩擦材料的弹性特性有关的直接信息，该鸣笛现象是汽车工业中的主要问题之一。该装置可用于再现用作制动系统的制动块(诸如，用于车辆的盘式制动器的制动件)上的静态载荷的活塞压力以及高频正弦力，以再现由材料上的圆盘的振荡施加的振动。可对粘弹性材料使用Kelvin-Voigt模型示出施加于材料上的这种特定应力状态。试样的性能可与由弹性弹簧和缓冲器并联组成的系统相比较，该试样将由支撑板14、34的两个刚性表面定位并受力，以连接至装置的其余部分。在测试期间测量的值是与动态力的产生器以及与应力板相对的试样基部接触的板的表面的静态力Fstat和动态力Fdin(使用测压元件的直接测量)和位移(从加速计通过对信号进行二次积分得出的测量)。一旦已知力和位移，就能计算材料的特征量级具体地，为了研究系统的动态，考虑与两个板中的一个相关的平衡方程是有用的(以下是作用于下底板的力的示图，选作参考)。考虑到结合在支撑板的质量中的试样的质量，可以将动态平衡方程表达为：(m2+mp)x··2+rp(x·2-x·1)+kp(x2-x1)=Fdin]]>其中：是与下底板和试样的质量相关联的惯性分量；是与试样的阻尼(rp)相关联的粘性分量(耗散)；-kp(x2-x1)是与试样的硬度(fep)相关联的弹性分量(保守)；-Fdin是所施加的动态正弦力；考虑已知频率的正弦动力，可以如下形式表达位移、速度和加速度：xi＝XieiΩtx·i=iΩXieiΩt]]>x··i=-ΩzXieiΩt]]>已知运动方程的解，可以根据以下形式的Kelvin-Voigt模型表达试样的刚性(kp)和阻尼(rp)：kp=Re(Fc-(m2+mp)x··2x2-x1)]]>rp=Im(Fc-(m2+mp)x··2Ω(x2-x1))]]>在以上式中，Fc的值是从测压元件读取的力，是借助于布置在支撑板上的一个或多个加速计获得的加速度，而x2和x1是两个支撑板的运动，两个支撑板的运动如所述的由加速计信号的积分得出。获得的结果是在给定频率下施加特定预载荷的试样的法线方向上的刚性和阻尼的值(出平面的块的弹性模数)。装置因此提供在与材料在制动期间经受的应力状态极其相似的载荷状态下的材料的特征的详细信息。该装置在试样上产生正弦力。一旦已选择频率，就在力本身的量级上操作这种力的控制，其物理意义仅是通过其产生的位移由该装置产生的信息是例如与频率有关的弹性模数曲线，准确地，用于所施加的预载荷的各个组合和用于每个力标准的一个曲线。参考标号1支撑轭2一体式主体3一体式主体内腔室4上横杆5下横杆6柱7柱8内腔室的进入口9螺纹通孔10测量柱11预加载螺钉12致动器13测压元件14试样支撑部分15待测试的材料的试样16加速计17中心螺钉的内端18中心轴19耦接在中心轴与一体式主体之间的几何图形的部分20预加载螺钉的操纵部分21抓持构件22预加载螺钉的螺纹长度23夹紧螺母24预加载外壳25螺纹容器26玻璃成形体27推力面28连接和推力装置29螺纹容器开口30螺纹盖31轴向轴承32第二测压元件33测压元件的连接螺柱-螺栓34第二试样支撑部分35试样支座36十二面体操纵扳手37驱动致动器38信号采集装置39计算装置40中心轴止动螺钉的顶端41止动螺钉42球形接头100装置X-X装置轴线