基于不確定性分析的汽車發動機懸置系統設計研究

摘 要：在汽車彈性隔振系統中，汽車發動機懸置系統發揮著重要作用，尤其是在安全性、舒適性以及平順性上具有積極意義。為此，文章首先分析了汽車發動機懸置系統設計的基本理論，然后探討不確定分析的理論基礎，論述了基于概率分析的懸置系統多目標穩健優化設計，并從區間分析角度研究了發動機懸置系統優化設計，在此基礎上進行了汽車發動機懸置系統穩健設計軟件的開發。

關鍵詞：不確定性分析；汽車發動機；懸置系統設計研究

1 汽車發動機懸置系統設計的基本理論

在汽車的彈性元件中，汽車發動機懸置系統可以稱得上關鍵部分，而且在整車的隔振降噪上，汽車發動機懸置系統也發揮著不可替代的作用。就被動隔振而言，發動機懸置系統可以對地面傳遞的低頻振動激勵進行隔離，這將為發動機工作的穩定提供保障；同時，就主動隔振而言，發動機懸置系統對發動機形成的振動激勵具有隔離阻礙作用，防止其振動激勵傳遞給車架，從而控制了汽車內部的噪聲。所以，應當對汽車發動機懸置系統進行優化設計，從而保證其隔振性能的穩定。在此基礎上，文章對汽車發動機懸置系統的設計模型予以初步介紹。優化模型一般分為目標函數、設計變量以及約束條件等三個方面。在設計懸置系統上，通常借助于多目標來對問題進行優化，形態約束和邊界約束是約束條件的主要內容，而設計變量通常為懸置元件的剛度系數。

2 不確定性分析的理論基礎

首先在不確定的概念上，除了確定性和不確定性外，還包括確定性優化水、不確定性優化水、不確定性建模、不確定性分析、穩健性等方面。對于機械系統中的不確定性，主要來源于系統運行條件的變化、系統的復雜性、模型推導的簡化處理等，也包括機械零部件中的誤差、參數測量、識別上誤差等。在不確定性信息的模型構建上，根據其信息的描述問題，一般包括了模糊模型、隨機模型以及區間分析模型等三種。

在隨機模型中，在研究不確定現象上主要借助于統計方法和概率理論。在模糊模型中，主要運用模糊統計方法來對不確定性現象進行研究。而在區間分析模型中，不確定性信息使用區間變量便是，并且可以借助于區間來表示系統響應變化的范圍。

3 基于概率分析的懸置系統多目標穩健優化設計

在有機結合文件優化設計與多目標優化設計的基礎上，文章將多目標穩健優化設計應用在發動機懸置系統上。如圖1所示，為發動機懸置系統多目標穩健優化設計過程。同時，在多目標優化模式的目標函數中加入動反力的穩健性函數，從而保障該模型的全面性。具體而言，借助于遺傳算法來獲得該優化模型的最優解集，然后利用拉丁超立方抽樣方法，從而在最優解集中尋求穩健性較高的設計解，進而保障該設計結果的穩健性和優化性。另外，在把該多目標優化設計應用到某型發動機的懸置系統上后，發現系統的頻率區間范圍明顯變小，這促使共振情況發生的幾率有所降低。同時，該懸置系統顯著減小可動反力，相對于優化前11.56的穩健性函數值，優化后提高了23.75，穩健性顯著提高的系統基本符合了工程實際需要，說明該優化設計方法明顯改善了懸置系統的隔振性能。

圖1 發動機懸置系統多目標穩健優化設計示意圖

4 基于區間分析的發動機懸置系統穩健優化設計

根據相應的區間分析理論，并有機結合了多目標優化設計與多目標優化設計，同時對遺傳算法予以應用，最終完成了該懸置系統的優化設計。如圖2所示，表示基于區間分析的穩健優化設計過程。該優化設計方法不僅尋求最優的懸置剛度，也對懸置位置參數以及剛度的不確定性進行了考慮，從而有效滿足的優化需要，并促使懸置系統優化設計的穩健性得以提高。在將該穩健優化設計應用在某型轎車的發動機的懸置系統后。可以發現在保障固有頻率穩定的前提下，該優化設計方法不但將懸置系統的動反力進行較大程度的降低，還顯著縮小的動反力的變化空間，這表明該優化設計方法可以滿足懸置系統設計的需要。

圖2 基于區間分析的穩健優化設計示意圖

5 汽車發動機懸置系統穩健設計軟件平臺開發

對于汽車發動機懸置系統的設計以及優化來說，不僅過程十分復雜，而且充分考慮整車系統在噪聲和振動等內容上的需求。因此，在系統開發過程上，首先是進行仿真分析和優化設計，然后進行樣件制作和校核實驗，最后對反饋情況予以改進，并且循環進行。在該軟件平臺的功能設計上，結合直接隔振和間接隔振這兩種策略，該軟件平臺包括了固有特性、能量解耦、零度、確定性優化、不確定性優化、靜力學、動力學等分析功能。之后，通過對MATLAB開發軟件，尤其是GUIDE模塊的應用，對該設計軟件平臺進行了編寫。在基本步驟上，該軟件平臺包括輸入參數、輸出結果以及計算等方面，如圖3所示，為該系統的結構情況。

圖3 該優化設計軟件平臺結構示意圖

通過對實例進行應用后，發現在固有特性分析、動力學分析、靜力學分析、確定性分析、不確定分析等方面，不僅在需要輸入的參數上各不相同，而且在輸出結果上也存在一定差異。

6 結束語

綜上所述，在汽車發動機懸置系統設計研究上，文章首先分析了汽車發動機懸置系統設計和不確定性分析的基本理論，在此基礎上，從概率分析和區間分析這兩個角度探討了發動機懸置系統的穩健優化設計，最后對該系統穩健優化設計的平臺進行了開發。總而言之，汽車發動機懸置系統的優化設計具有較大的復雜性，而且其中不少工作存在重復簡單的特征。有鑒于此，充分考慮懸置系統穩健性的軟件平臺，可以在實際應用中發揮著重要的作用，有助于汽車稱作舒適性的提高。

參考文獻

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