考虑参数不确定性的动力总成悬置系统分析与优化

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动力总成悬置系统由动力总成与其同车身或副车架的连接元件共同组成,是影响一辆汽车NVH(Noise,vibration and harshness)性能的重要系统之一。对动力总成悬置系统进行优化设计,是衰减动力源向车内传递振动与噪声的一种行之有效的手段。常见的动力总成悬置系统分析方法一般建立于确定性模型之上,即视所有系统参数均为确定值。然而,由于悬置在生产与使用过程中不可避免地发生材料退化,且在制造、装配与测试的过程中也存在误差,故不确定性广泛存在于动力总成悬置系统中。一般而言,单个参数的不确定性对系统的影响较小,但多个参数的不确定性耦合后,往往会使动力总成悬置系统的确定性分析结果与实际值偏差较大,进而影响设计结果的可靠性。针对上述问题,本文以提高动力总成悬置系统在不确定情形下的隔振降噪性能为研究目标,对考虑不确定性的动力总成悬置系统分析模型、求解方法与优化流程进行了研究,具体内容包括以下几点:(1)通过建立动力总成悬置系统的六自由度动力学模型,获取了固有频率与解耦率,并将其作为评价动力总成悬置系统NVH性能的指标。同时,设计了基于悬吊式三线摆测试方法,以获取动力总成的质心与惯性参数,完成了系统方程中质量矩阵的参数识别,作为后文对悬置参数的不确定性分析与优化的基础。(2)提出了切比雪夫-顶点法,可用于含区间不确定性的动力总成悬置系统的设计分析。然后,以固有频率与解耦率的边界的合理配置作为约束条件、以解耦率下界的加权之和最大为目标,建立了动力总成悬置系统区间优化模型。数值算例验证了切比雪夫-顶点法同时具有高精度与高效率的优点。此外,与确定性优化相比,本文提出的优化方法能使动力总成悬置系统在区间不确定情形下实现固有频率与解耦率的合理配置,使优化结果的可靠性和隔振效果均得到提高。(3)动力总成悬置系统中同时包含随机变量与区间变量的情形,提出了两种求解系统响应的方法,其中,混合随机-区间摄动-中心差分法(HRIP-CDM)适用于求解均值与方差的上下边界,混合区间-随机摄动-中心差分法(HIRP-CDM)可求解上下边界的概率密度函数。然后,基于不同的响应结果建立了相应的不确定优化模型。数值算例中,通过与混合蒙特卡洛法的对比,验证了所提出的两种方法可用于分析动力总成悬置系统混合随机-区间不确定模型,且大大简化了运算流程。同时,经过这两种方法的优化后,混合随机-区间不确定情形下的动力总成悬置系统获得了更好的NVH性能。本文结合振动解耦理论、不确定性分析理论与优化设计方法,对动力总成悬置系统两种不确定性模型展开了系统的叙述,提出了相应的三种不确定性分析方法,并结合实例总结了相应的优化设计流程。本文提供的方法能有效地指导不确定情形下动力总成悬置系统的设计,具有优秀的工程应用前景。
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