不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與優(yōu)化.pdf

1、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

2、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

3、定性分析及優(yōu)化流程，以對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行有效評估和改善。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。

4、r>　　(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)

5、不確定參數(shù)樣本信息充足的情形，提出了基于隨機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。采用該方法對隨機不確定制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析，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），進而能有效評估和改善隨機不確定制動器系統(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

6、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

7、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。分別采用隨機與區(qū)間混合變量、帶區(qū)間變量參數(shù)的隨機變量對上述兩類參數(shù)不確定性進行描述，建立了基于隨機與區(qū)間、區(qū)間隨機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)特征值達到設(shè)計要求

8、的可靠度上下界，進而對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行評估和改善。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與區(qū)間混合變量或帶區(qū)間變量參數(shù)的隨機變量對系統(tǒng)的不確定性進行描述;然后結(jié)合可靠性優(yōu)化技術(shù)，分別建立了隨機與區(qū)間、區(qū)間隨機兩類混合不確定制動器系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化的

9、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)化模型對隨機與區(qū)間、區(qū)間隨機混合不確定汽車盤式制動器系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行優(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