本文關(guān)鍵詞：不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化

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【摘要】：隨著人們對汽車舒適性要求的日益提高,汽車制動噪聲問題引起了汽車制造商和消費(fèi)者的高度關(guān)注,開展制動噪聲的控制研究具有重要的實際意義。目前,制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化技術(shù)是分析和控制汽車制動噪聲最直接和最有效的方法。常見的汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化技術(shù)一般基于傳統(tǒng)的確定性分析模型。然而,不確定性因素廣泛地存在于各類工程實際問題中,汽車盤式制動器系統(tǒng)不可避免地存在著與磨損、制造及測量誤差、材料老化等緊密相關(guān)的眾多不確定性。這在一定程度上限制了傳統(tǒng)分析技術(shù)在制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與優(yōu)化中的應(yīng)用。因此,需要發(fā)展一套系統(tǒng)而完整的不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化方法,以對制動噪聲進(jìn)行有效評估和控制。本文在國家自然科學(xué)基金(11572121和11402083)的資助下,圍繞不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化展開深入系統(tǒng)的研究。通過借助不同類型的不確定分析模型,構(gòu)建具有工程實用價值的不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法,并提出相應(yīng)的不確定性分析及優(yōu)化流程,以對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行有效評估和改善。在此基礎(chǔ)上,建立完整而系統(tǒng)的不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化方法。本文開展并完成了如下研究工作:(1)應(yīng)用復(fù)特征值分析法和瞬態(tài)動力學(xué)分析法對汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并重點對兩種方法的計算效率和預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對比。分析結(jié)果表明:復(fù)特征值分析法的計算效率明顯高于瞬態(tài)動力學(xué)分析法;但復(fù)特征值分析法對制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性的預(yù)測結(jié)果顯得相對保守。(2)針對基于有限元的制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析需要反復(fù)調(diào)用有限元仿真模型,從而導(dǎo)致數(shù)值分析及優(yōu)化效率低下的問題,結(jié)合拉丁超立方試驗設(shè)計方法和響應(yīng)面法,建立了制動器系統(tǒng)目標(biāo)特征值實部、虛部和阻尼比的代理模型。采用基于方差分析的F檢驗、復(fù)相關(guān)系數(shù)和修正的復(fù)相關(guān)系數(shù)對所建立的響應(yīng)面代理模型進(jìn)行了誤差分析,結(jié)果表明:所建立的響應(yīng)面代理模型是統(tǒng)計顯著的且具有較高的擬合精度,能有效用于后續(xù)分析與優(yōu)化研究。(3)針對汽車盤式制動器系統(tǒng)不確定參數(shù)樣本信息充足的情形,提出了基于隨機(jī)模型的不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。采用該方法對隨機(jī)不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,結(jié)果表明:該方法能有效地求解系統(tǒng)目標(biāo)特征值實部、虛部和阻尼比的概率信息(如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和置信區(qū)間等),進(jìn)而能有效評估和改善隨機(jī)不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)針對汽車盤式制動器系統(tǒng)不確定參數(shù)樣本信息相對匱乏的情形,提出了非概率不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法,重點研究了基于區(qū)間模型、模糊模型和證據(jù)理論模型的不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析問題。其中,針對僅知系統(tǒng)參數(shù)上下界的情形,提出了基于區(qū)間模型的不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法;針對系統(tǒng)參數(shù)存在模糊特性的情形,提出了基于模糊模型的不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法;針對系統(tǒng)參數(shù)信息不完全甚至是沖突的情形,提出了基于證據(jù)理論的不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。數(shù)值分析算例驗證了以上方法的有效性和實用性。(5)針對汽車盤式制動器系統(tǒng)一部分不確定參數(shù)信息充足而另一部分不確定參數(shù)信息不足,或者不確定參數(shù)的關(guān)鍵分布參數(shù)無法精確給定的情形,提出了混合不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法。分別采用隨機(jī)與區(qū)間混合變量、帶區(qū)間變量參數(shù)的隨機(jī)變量對上述兩類參數(shù)不確定性進(jìn)行描述,建立了基于隨機(jī)與區(qū)間、區(qū)間隨機(jī)兩類混合不確定模型的可靠性分析方法;接著,將可靠性分析方法引入到系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中,建立了兩類混合不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析模型;最后,基于穩(wěn)定性分析模型計算系統(tǒng)目標(biāo)特征值達(dá)到設(shè)計要求的可靠度上下界,進(jìn)而對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行評估和改善。采用以上方法對混合不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析,結(jié)果驗證了方法的有效性。(6)針對混合不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)同時存在隨機(jī)和區(qū)間不確定性的情形,提出了混合不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性優(yōu)化方法。該方法首先采用隨機(jī)與區(qū)間混合變量或帶區(qū)間變量參數(shù)的隨機(jī)變量對系統(tǒng)的不確定性進(jìn)行描述;然后結(jié)合可靠性優(yōu)化技術(shù),分別建立了隨機(jī)與區(qū)間、區(qū)間隨機(jī)兩類混合不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,兩種優(yōu)化模型分別以響應(yīng)置信區(qū)間上限的上界和響應(yīng)均值的上界為優(yōu)化目標(biāo);最后,針對兩種可靠性優(yōu)化模型分別提出了相應(yīng)的數(shù)值求解流程。分別應(yīng)用兩種可靠性優(yōu)化模型對隨機(jī)與區(qū)間、區(qū)間隨機(jī)混合不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果驗證了方法的有效性。本文對不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化方法進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。針對不同的參數(shù)不確定情形,分別提出了相應(yīng)的不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及優(yōu)化方法,形成了系統(tǒng)完整的不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究方法。工程實際中,采用何種方法對制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析或優(yōu)化,主要取決于對系統(tǒng)不確定參數(shù)信息的具體掌握情況。本文研究思路和方法能有效應(yīng)用于不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析與優(yōu)化設(shè)計,在汽車制動噪聲控制領(lǐng)域具有良好的工程應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：制動噪聲 穩(wěn)定性分析 優(yōu)化設(shè)計 隨機(jī)不確定 區(qū)間不確定 模糊不確定 證據(jù)理論 混合不確定
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.512
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-19
• 第1章 緒論19-46
• 1.1 課題研究的背景及意義19-20
• 1.2 摩擦噪聲現(xiàn)象及系統(tǒng)穩(wěn)定性理論20-22
• 1.2.1 摩擦噪聲現(xiàn)象20-21
• 1.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性理論21-22
• 1.3 制動噪聲產(chǎn)生機(jī)理及研究方法22-31
• 1.3.1 制動器結(jié)構(gòu)及工作原理22-23
• 1.3.2 汽車制動噪聲23-24
• 1.3.3 制動噪聲產(chǎn)生機(jī)理24-30
• 1.3.4 研究方法30-31
• 1.4 不確定分析模型31-35
• 1.4.1 概率不確定模型32
• 1.4.2 非概率不確定模型32-34
• 1.4.3 混合不確定模型34-35
• 1.5 汽車制動噪聲的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀35-42
• 1.5.1 基于確定性分析的制動噪聲研究現(xiàn)狀35-40
• 1.5.2 基于不確定性分析的制動噪聲研究現(xiàn)狀40-42
• 1.6 研究思路與主要研究內(nèi)容42-46
• 1.6.1 問題的提出42
• 1.6.2 研究思路42-43
• 1.6.3 研究內(nèi)容及章節(jié)安排43-46
• 第2章 基于有限元的汽車盤式制動器穩(wěn)定性數(shù)值分析46-62
• 2.1 引言46
• 2.2 汽車盤式制動器的有限元模型46-49
• 2.2.1 有限元分析方法46-47
• 2.2.2 盤式制動器的有限元模型47-49
• 2.3 基于有限元的制動器系統(tǒng)復(fù)特征值分析49-55
• 2.3.1 復(fù)特征值分析技術(shù)49-50
• 2.3.2 制動器系統(tǒng)的復(fù)特征值分析步驟50-51
• 2.3.3 數(shù)值分析及結(jié)果討論51-55
• 2.4 基于有限元的制動器系統(tǒng)瞬態(tài)動力學(xué)分析55-61
• 2.4.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析技術(shù)55-56
• 2.4.2 制動器系統(tǒng)的瞬態(tài)動力學(xué)分析步驟56-57
• 2.4.3 數(shù)值分析及結(jié)果討論57-61
• 2.5 本章小結(jié)61-62
• 第3章 汽車盤式制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的代理模型62-79
• 3.1 引言62
• 3.2 代理模型技術(shù)基礎(chǔ)62-70
• 3.2.1 試驗設(shè)計62-66
• 3.2.2 近似方法66-70
• 3.3 代理模型誤差分析70-71
• 3.4 代理模型構(gòu)建流程71-72
• 3.5 基于響應(yīng)面法的盤式制動器穩(wěn)定性分析模型72-78
• 3.5.1 參數(shù)選擇73-74
• 3.5.2 試驗設(shè)計74
• 3.5.3 模型建立74-77
• 3.5.4 誤差分析77-78
• 3.6 本章小結(jié)78-79
• 第4章 概率不確定汽車盤式制動器的穩(wěn)定性分析79-93
• 4.1 引言79
• 4.2 汽車盤式制動器的不確定性介紹79-80
• 4.2.1 摩擦副特性不確定79
• 4.2.2 幾何特性不確定79-80
• 4.2.3 部件材料特性不確定80
• 4.2.4 載荷特性不確定80
• 4.2.5 分析模型不確定80
• 4.3 制動器穩(wěn)定性的全局靈敏度分析80-83
• 4.3.1 Sobol′法全局靈敏度分析81-82
• 4.3.2 基于Sobol′法的制動器穩(wěn)定性全局靈敏度分析82-83
• 4.4 基于隨機(jī)模型的不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析83-91
• 4.4.1 隨機(jī)模型理論83-84
• 4.4.2 分析步驟84-85
• 4.4.3 分析結(jié)果及討論85-91
• 4.5 本章小結(jié)91-93
• 第5章 非概率不確定汽車盤式制動器的穩(wěn)定性分析93-115
• 5.1 引言93-94
• 5.2 基于區(qū)間模型的不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析94-100
• 5.2.1 區(qū)間模型理論94
• 5.2.2 分析步驟94-95
• 5.2.3 分析結(jié)果及討論95-100
• 5.3 基于模糊模型的不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析100-108
• 5.3.1 模糊模型理論100-102
• 5.3.2 分析步驟102
• 5.3.3 分析結(jié)果及討論102-108
• 5.4 基于證據(jù)理論的不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性分析108-113
• 5.4.1 證據(jù)理論108-109
• 5.4.2 分析步驟109-110
• 5.4.3 分析結(jié)果及討論110-113
• 5.5 本章小結(jié)113-115
• 第6章 混合不確定汽車盤式制動器的穩(wěn)定性分析115-131
• 6.1 引言115-116
• 6.2 基于混合不確定模型的可靠性分析116-118
• 6.2.1 基于隨機(jī)與區(qū)間不確定模型的可靠性分析116-117
• 6.2.2 基于區(qū)間隨機(jī)不確定模型的可靠性分析117-118
• 6.3 基于可靠性的隨機(jī)與區(qū)間混合不確定制動器穩(wěn)定性分析118-124
• 6.3.1 分析模型118-120
• 6.3.2 分析步驟120
• 6.3.3 分析結(jié)果及討論120-124
• 6.4 基于可靠性的區(qū)間隨機(jī)混合不確定制動器穩(wěn)定性分析124-129
• 6.4.1 分析模型124-125
• 6.4.2 分析步驟125-126
• 6.4.3 分析結(jié)果及討論126-129
• 6.5 本章小結(jié)129-131
• 第7章 混合不確定汽車盤式制動器的穩(wěn)定性優(yōu)化131-148
• 7.1 引言131
• 7.2 隨機(jī)與區(qū)間混合不確定盤式制動器的穩(wěn)定性優(yōu)化131-138
• 7.2.1 以響應(yīng)置信區(qū)間為目標(biāo)的混合不確定優(yōu)化131-134
• 7.2.2 優(yōu)化流程134-135
• 7.2.3 優(yōu)化結(jié)果及討論135-138
• 7.3 區(qū)間隨機(jī)混合不確定盤式制動器的穩(wěn)定性優(yōu)化138-145
• 7.3.1 以響應(yīng)均值為目標(biāo)的混合不確定優(yōu)化139-141
• 7.3.2 優(yōu)化流程141-142
• 7.3.3 優(yōu)化結(jié)果及討論142-145
• 7.4 幾種研究方法的對比總結(jié)145-146
• 7.5 本章小結(jié)146-148
• 結(jié)論與展望148-151
• 參考文獻(xiàn)151-163
• 致謝163-164
• 附錄A （攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄）164-166
• 附錄B （攻讀學(xué)位期間參加的科研項目）166

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本文編號：673667