基于不確定性分析的汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)設(shè)計探討

劉凱（江西五十鈴發(fā)動機有限公司，江西南昌330200）

基于不確定性分析的汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)設(shè)計探討

劉凱（江西五十鈴發(fā)動機有限公司，江西南昌330200）

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

不確定分析；汽車發(fā)動機；懸置系統(tǒng)設(shè)計

引言

作為在汽車內(nèi)部的彈性隔離系統(tǒng)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(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，不僅可以提升汽車本身的舒適度和平穩(wěn)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(fā)動機的設(shè)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(jù)，對汽車的懸置系統(tǒng)進行有效的優(yōu)化設(shè)計就變得尤為重要。

1 懸置系統(tǒng)設(shè)計基本理論

在汽車現(xiàn)有的彈性元件之中，汽車懸置系統(tǒng)不僅是該元件內(nèi)部的一個關(guān)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(fā)動機本身的懸置系統(tǒng)可以對地面上傳遞的低頻振動激勵給予有效的隔離，為發(fā)動機工作的穩(wěn)定性提供良好的保障。而就被動隔離來講，發(fā)動機懸置系統(tǒng)還能夠達到阻礙和隔離發(fā)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(nèi)部噪音的目的。因此，相關(guān)人員需要對其內(nèi)部懸置系統(tǒng)給予有效的優(yōu)化設(shè)計，確保其本身隔振結(jié)構(gòu)使用性能的穩(wěn)定性。在對懸置系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計時，相關(guān)人員也可以借助多目標來優(yōu)化相關(guān)的設(shè)計問題，確保懸置元件本身的剛度系數(shù)可以滿足系統(tǒng)設(shè)計變量的基本要求。

2 不確定性分析理論的重要基礎(chǔ)

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(yōu)化水、不確定性建模、優(yōu)化水、穩(wěn)健性和性質(zhì)分析等方面的內(nèi)容。就機械系統(tǒng)帶有的不確定性來看，其主要來源時系統(tǒng)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(shù)測量、識別誤差和零部件誤差等內(nèi)容。與此同時，在構(gòu)建不確定信息模型時，相關(guān)人員可以按照相關(guān)信息數(shù)據(jù)對問題的描述做基礎(chǔ)，構(gòu)建模糊模型、區(qū)間分析模型和隨機模型。就隨機模型來看，在對不確定現(xiàn)象進行研究時，相關(guān)人員需要借助概率理論和統(tǒng)計方法；在構(gòu)建模糊模型時，相關(guān)人員主要能夠使用的是模糊統(tǒng)計法來研究不確定現(xiàn)象；在架構(gòu)區(qū)間分析模型時，其獲得不確定性信息時需要使用的是區(qū)間變量。

3 以概率理論為基礎(chǔ)的系統(tǒng)多目標的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計

在以多目標優(yōu)化和有機文件結(jié)合優(yōu)化為基礎(chǔ)的設(shè)計方案指導下，本文特將多目標文件優(yōu)化的設(shè)計作為主要依據(jù)，將其應(yīng)用在了發(fā)動機自身的懸置系統(tǒng)設(shè)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(fā)動機懸置系統(tǒng)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計過程。與此同時，在多目標優(yōu)化設(shè)計模式之中，帶有反動力性質(zhì)的穩(wěn)健性函數(shù)被加入到了目標函數(shù)之中，這使得被設(shè)計出的優(yōu)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(yōu)化模型帶有的最優(yōu)解集，相關(guān)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(wěn)健性的優(yōu)化設(shè)計解，從而為最終設(shè)計結(jié)果的優(yōu)化性和穩(wěn)健性提供根本性的保障。與此同時，相關(guān)人員還應(yīng)該要學會將多目標這一優(yōu)化設(shè)計方法應(yīng)用到某一種類型的發(fā)動機懸置系統(tǒng)設(shè)計工作中，這樣一來，不僅能夠有效縮短發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)本身的頻率區(qū)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(fā)生的概率。此外，此種懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用，還可以十分顯著的減少一些可動反力。通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用了多目標理念設(shè)計出的懸置系統(tǒng)后，該類型發(fā)動機的穩(wěn)健性函數(shù)值通過優(yōu)化前的11.56相比，其在優(yōu)化之后更是提升到了23.75。發(fā)動機穩(wěn)健性的顯著提升，從基本上也符合了相關(guān)工程項目的實際需求，這也在一定程度上說明此種優(yōu)化方法在改善懸置系統(tǒng)本身的隔振性能上具有十分重要的意義。

圖1 發(fā)動機懸置系統(tǒng)的多目標文件優(yōu)化設(shè)計圖

4 以區(qū)間分析為基礎(chǔ)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計

以同汽車懸置系統(tǒng)相關(guān)的區(qū)間分析理論為基礎(chǔ)，在結(jié)合了多目標的優(yōu)化設(shè)計方案和優(yōu)化設(shè)計計劃之后，需要對遺傳算法進行有效的應(yīng)用，從而確保對該懸置系統(tǒng)進行優(yōu)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(qū)間分析為基礎(chǔ)的穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計過程。此種懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法不僅會對相關(guān)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(shù)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(guān)優(yōu)化設(shè)計工作的基本需要，進而促使優(yōu)化設(shè)計懸置系統(tǒng)的目標得以實現(xiàn)，確保發(fā)動機穩(wěn)健性能夠得到明顯提升。在將優(yōu)化設(shè)計完成的穩(wěn)健性系統(tǒng)應(yīng)用到某一個型號轎車的發(fā)動機懸置系統(tǒng)中后，相關(guān)人員可以發(fā)現(xiàn)，在確保該轎車發(fā)動機固有頻率不會被改變的前提下，此項優(yōu)化設(shè)計方案不僅能夠極大的降低懸置系統(tǒng)內(nèi)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(yōu)化設(shè)計方案能夠極大的滿足懸置系統(tǒng)的設(shè)計需要。

圖2 以區(qū)間分析為基礎(chǔ)的文件優(yōu)化設(shè)計圖

5 系統(tǒng)文件設(shè)計的軟件平臺開發(fā)

就優(yōu)化設(shè)計懸置系統(tǒng)工作來講，不僅其設(shè)計過程十分的復雜，而在設(shè)計期間還需要充分考慮整個車輛的懸置系統(tǒng)在運行期間對振動和噪聲方面的基本需求。因此，在開發(fā)和設(shè)計懸置系統(tǒng)時，相關(guān)人員首選應(yīng)該要從優(yōu)化設(shè)計和仿真分析兩個角度入手，在經(jīng)過樣件制作、校驗、核對之后，再進一步改進優(yōu)化后懸置系統(tǒng)使用的反饋情況，并循環(huán)進行此項工作。在該軟件平臺相關(guān)功能的設(shè)計工作上，設(shè)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(yōu)化、固有特性、零度、靜力學、不確定性優(yōu)化、動力學等相關(guān)分析功能都可以被囊括在內(nèi)。最后，相關(guān)人員應(yīng)該對MATLAB開發(fā)軟件，特別是該軟件中GUIDE模塊的具體應(yīng)用情況進行探索，并編寫出該設(shè)計軟件的網(wǎng)絡(luò)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?yún)?shù)。計算和輸出結(jié)果等方面的內(nèi)容。此外，在通過對實際應(yīng)用分析后發(fā)現(xiàn)，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(shù)數(shù)據(jù)，而且其本身的輸出結(jié)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(tǒng)對某皮卡懸置隔振率進行測試，在進入該系統(tǒng)后，能夠看到主界面如圖二所示，并在故障系統(tǒng)主界面中選擇想要檢查的系統(tǒng)或者故障，在點擊故障診斷后，系統(tǒng)開始自動的進行故障的檢驗。

經(jīng)過相關(guān)的故障檢測，因為檢測的性質(zhì)包含NVH的性能開發(fā)，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(jīng)過測試后，可得到以下結(jié)論，有怠速、空擋加速、全油門加速、低速巡航等現(xiàn)象，發(fā)動機經(jīng)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(diào)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(jié)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(jié)束語

總而言之，在對汽車發(fā)動機內(nèi)部的懸置系統(tǒng)進行穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計時，相關(guān)技術(shù)和工作人員需要先對懸置系統(tǒng)的基本設(shè)計方案和不確定分析概念的基本理論進行有效分析。在經(jīng)過了相關(guān)分析之后，才可以從概率和區(qū)間這兩個角度對優(yōu)化懸置系統(tǒng)的具體設(shè)計方案進行分析，最后才能夠開發(fā)有關(guān)系統(tǒng)文件優(yōu)化設(shè)計的軟件平臺，為提升汽車懸置系統(tǒng)的性能，以及汽車本身的安全性、運行的平穩(wěn)性等奠定堅實的基礎(chǔ)，推動我國汽車產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，提升我國社會經(jīng)濟發(fā)展速度。

圖3 左懸置隔震曲線

圖4 變速箱懸置隔震曲線

［1］謝展，于德介，李蓉，呂輝.基于區(qū)間分析的發(fā)動機懸置系統(tǒng)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計［J］.汽車工程，2014，12：1503～1507+1527.

［2］白月飛.基于不確定性分析的汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)設(shè)計研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，09：57.

［3］陳樹勛，李志強，韋齊峰.汽車發(fā)動機懸置系統(tǒng)的嚴格解耦與優(yōu)化設(shè)計研究［J］.工程力學，2013，09：177～183+193.

U464.13

A

2095-2066（2016）30-0280-02

2016-10-10