基于不確定性分析的汽車發動機懸置系統設計探討

劉凱（江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌330200）

基于不確定性分析的汽車發動機懸置系統設計探討

劉凱（江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌330200）

伴隨我國社會經濟水平的不斷提升，以及科學技術發展速度的加快，使得各行業產業中先進科技的應用范圍在不斷擴大，其社會地位在不斷的提升。汽車發動機作為一種以現代科技為支撐的機械設備，其在汽車的彈性隔振系統中占據著十分重要的地位，在發動機的懸置系統中發揮著重要的作用，特別是在保護發動機舒適性、平順性和安全性上。因此，本文以汽車發動機為切入點，通過其懸置系統基本概念和不確定理論的分析，從而就該系統的優化設計方案進行探討。

不確定分析；汽車發動機；懸置系統設計

引言

作為在汽車內部的彈性隔離系統中，懸置裝置的作用是無可取代的，而利用不確定分析理論對汽車的懸置系統進行優化設計，不僅可以提升汽車本身的舒適度和平穩性，還能夠提高其運行過程中的安全性，為人們的生命安全提供更好的保障。因此，汽車發動機的設計人員要想進一步提高汽車本身的安全性和實用性能，提升其整體銷量，以不確定分析的基本理論為依據，對汽車的懸置系統進行有效的優化設計就變得尤為重要。

1 懸置系統設計基本理論

在汽車現有的彈性元件之中，汽車懸置系統不僅是該元件內部的一個關鍵部分，還能夠有效的降低整個汽車在運行時的震動幅度，降低噪音的作用。就被動的隔振效果來看，發動機本身的懸置系統可以對地面上傳遞的低頻振動激勵給予有效的隔離，為發動機工作的穩定性提供良好的保障。而就被動隔離來講，發動機懸置系統還能夠達到阻礙和隔離發動機振動激勵的作用，防止這些振動激勵傳遞到車架上，從而達到控制汽車運行期間內部噪音的目的。因此，相關人員需要對其內部懸置系統給予有效的優化設計，確保其本身隔振結構使用性能的穩定性。在對懸置系統進行優化設計時，相關人員也可以借助多目標來優化相關的設計問題，確保懸置元件本身的剛度系數可以滿足系統設計變量的基本要求。

2 不確定性分析理論的重要基礎

首先，在不確定理論的基本概念中，除了包含不確定性和確定性兩大因素外，還包括了確定性優化水、不確定性建模、優化水、穩健性和性質分析等方面的內容。就機械系統帶有的不確定性來看，其主要來源時系統復雜性、運行條件變化、對模型推到工作的簡單化處理，以及機械零部件參數測量、識別誤差和零部件誤差等內容。與此同時，在構建不確定信息模型時，相關人員可以按照相關信息數據對問題的描述做基礎，構建模糊模型、區間分析模型和隨機模型。就隨機模型來看，在對不確定現象進行研究時，相關人員需要借助概率理論和統計方法；在構建模糊模型時，相關人員主要能夠使用的是模糊統計法來研究不確定現象；在架構區間分析模型時，其獲得不確定性信息時需要使用的是區間變量。

3 以概率理論為基礎的系統多目標的穩健優化設計

在以多目標優化和有機文件結合優化為基礎的設計方案指導下，本文特將多目標文件優化的設計作為主要依據，將其應用在了發動機自身的懸置系統設計工作中，如圖1所示：該示意圖主要表示的是以多目標為根本的發動機懸置系統的穩健優化設計過程。與此同時，在多目標優化設計模式之中，帶有反動力性質的穩健性函數被加入到了目標函數之中，這使得被設計出的優化模型變得更加的全面性。從具體情況上來看，要想獲得該優化模型帶有的最優解集，相關人員需要借助遺傳算法這一概念，而后在利用以拉丁超立方為指引的抽樣法，從而在計算出的最有解集之中，找出具有最高穩健性的優化設計解，從而為最終設計結果的優化性和穩健性提供根本性的保障。與此同時，相關人員還應該要學會將多目標這一優化設計方法應用到某一種類型的發動機懸置系統設計工作中，這樣一來，不僅能夠有效縮短發現系統本身的頻率區間范圍，還可以從根本上降低共振情況在汽車使用過程中發生的概率。此外，此種懸置系統的優化設計和應用，還可以十分顯著的減少一些可動反力。通過實驗研究發現，在應用了多目標理念設計出的懸置系統后，該類型發動機的穩健性函數值通過優化前的11.56相比，其在優化之后更是提升到了23.75。發動機穩健性的顯著提升，從基本上也符合了相關工程項目的實際需求，這也在一定程度上說明此種優化方法在改善懸置系統本身的隔振性能上具有十分重要的意義。

圖1 發動機懸置系統的多目標文件優化設計圖

4 以區間分析為基礎的穩健優化設計

以同汽車懸置系統相關的區間分析理論為基礎，在結合了多目標的優化設計方案和優化設計計劃之后，需要對遺傳算法進行有效的應用，從而確保對該懸置系統進行優化處理的工作能夠有效完成。如圖2所示，該示意圖表示的主要是以區間分析為基礎的穩健性優化設計過程。此種懸置系統的優化設計方法不僅會對相關人員尋求最佳的懸置剛度提供一定的幫助，還可以對懸置位置和參數的選擇，以及懸置剛度本身的不確定性進行全方位的考慮，從而更加有效的滿足相關優化設計工作的基本需要，進而促使優化設計懸置系統的目標得以實現，確保發動機穩健性能夠得到明顯提升。在將優化設計完成的穩健性系統應用到某一個型號轎車的發動機懸置系統中后，相關人員可以發現，在確保該轎車發動機固有頻率不會被改變的前提下，此項優化設計方案不僅能夠極大的降低懸置系統內容的動反力，還可以十分顯著的縮短該動反力能夠變化的空間范圍。這也在一定程度上表示：此種優化設計方案能夠極大的滿足懸置系統的設計需要。

圖2 以區間分析為基礎的文件優化設計圖

5 系統文件設計的軟件平臺開發

就優化設計懸置系統工作來講，不僅其設計過程十分的復雜，而在設計期間還需要充分考慮整個車輛的懸置系統在運行期間對振動和噪聲方面的基本需求。因此，在開發和設計懸置系統時，相關人員首選應該要從優化設計和仿真分析兩個角度入手，在經過樣件制作、校驗、核對之后，再進一步改進優化后懸置系統使用的反饋情況，并循環進行此項工作。在該軟件平臺相關功能的設計工作上，設計人員需要同間接隔振與直接隔振兩大策略相機和，確保能量解耦、確定性優化、固有特性、零度、靜力學、不確定性優化、動力學等相關分析功能都可以被囊括在內。最后，相關人員應該對MATLAB開發軟件，特別是該軟件中GUIDE模塊的具體應用情況進行探索，并編寫出該設計軟件的網絡平臺。該軟件平臺不僅要包括一些基本步驟，還需要涵蓋輸入參數。計算和輸出結果等方面的內容。此外，在通過對實際應用分析后發現，在分析其固有特性、靜力學、確定性、動力學和不確定性之后，不僅要輸入不同類型的參數數據，而且其本身的輸出結果也帶有一定的差異性特點。

6 事例分析

本文通過軟件系統對某皮卡懸置隔振率進行測試，在進入該系統后，能夠看到主界面如圖二所示，并在故障系統主界面中選擇想要檢查的系統或者故障，在點擊故障診斷后，系統開始自動的進行故障的檢驗。

經過相關的故障檢測，因為檢測的性質包含NVH的性能開發，但是不包含整車的CAE，所以整個測試目的是動力總成懸置隔震率。經過測試后，可得到以下結論，有怠速、空擋加速、全油門加速、低速巡航等現象，發動機經過剛度測試，Z向剛度偏低，變速箱懸置無剛度報告。

在更換懸置后，依然達不到隔震20dB的要求，主要達不到的方向是Y向，因為Y向不是主要的傳力方向，因此，重要程度不大。空調運行的情況下，依然只有Y向隔震不能夠達到要求（如圖3），為了能夠解決這個要求，主要在X、Z向上進行改善，最后的結果為，原始狀況下，Y向隔震不能夠滿足要求，但是更換懸置后，Y向得到很明顯的改善，但是X、Z向變差，X想不能夠很好的滿足隔震的要求（如圖4）。

7 結束語

總而言之，在對汽車發動機內部的懸置系統進行穩健優化設計時，相關技術和工作人員需要先對懸置系統的基本設計方案和不確定分析概念的基本理論進行有效分析。在經過了相關分析之后，才可以從概率和區間這兩個角度對優化懸置系統的具體設計方案進行分析，最后才能夠開發有關系統文件優化設計的軟件平臺，為提升汽車懸置系統的性能，以及汽車本身的安全性、運行的平穩性等奠定堅實的基礎，推動我國汽車產業的穩步發展，提升我國社會經濟發展速度。

圖3 左懸置隔震曲線

圖4 變速箱懸置隔震曲線

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U464.13

A

2095-2066（2016）30-0280-02

2016-10-10