详情

原文传递不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化

论文题名：	不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化
关键词：	汽车盘式制动器系统;稳定性;优化设计;制动噪声评估
摘要：	随着人们对汽车舒适性要求的日益提高，汽车制动噪声问题引起了汽车制造商和消费者的高度关注，开展制动噪声的控制研究具有重要的实际意义。目前，制动器系统的稳定性分析与优化技术是分析和控制汽车制动噪声最直接和最有效的方法。常见的汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化技术一般基于传统的确定性分析模型。然而，不确定性因素广泛地存在于各类工程实际问题中，汽车盘式制动器系统不可避免地存在着与磨损、制造及测量误差、材料老化等紧密相关的众多不确定性。这在一定程度上限制了传统分析技术在制动器系统稳定性分析与优化中的应用。因此，需要发展一套系统而完整的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化方法，以对制动噪声进行有效评估和控制。　　本文在国家自然科学基金(11572121和11402083)的资助下，围绕不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化展开深入系统的研究。通过借助不同类型的不确定分析模型，构建具有工程实用价值的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析及优化方法，并提出相应的不确定性分析及优化流程，以对系统稳定性进行有效评估和改善。在此基础上，建立完整而系统的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化方法。　　本文开展并完成了如下研究工作：　　(1)应用复特征值分析法和瞬态动力学分析法对汽车盘式制动器系统的稳定性进行了分析，并重点对两种方法的计算效率和预测结果进行了对比。分析结果表明：复特征值分析法的计算效率明显高于瞬态动力学分析法；但复特征值分析法对制动器系统稳定性的预测结果显得相对保守。　　(2)针对基于有限元的制动器系统稳定性分析需要反复调用有限元仿真模型，从而导致数值分析及优化效率低下的问题，结合拉丁超立方试验设计方法和响应面法，建立了制动器系统目标特征值实部、虚部和阻尼比的代理模型。采用基于方差分析的F检验、复相关系数和修正的复相关系数对所建立的响应面代理模型进行了误差分析，结果表明:所建立的响应面代理模型是统计显著的且具有较高的拟合精度，能有效用于后续分析与优化研究。　　(3)针对汽车盘式制动器系统不确定参数样本信息充足的情形，提出了基于随机模型的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析方法。采用该方法对随机不确定制动器系统的稳定性进行分析，结果表明:该方法能有效地求解系统目标特征值实部、虚部和阻尼比的概率信息（如均值、标准差、变异系数和置信区间等），进而能有效评估和改善随机不确定制动器系统的稳定性。　　(4)针对汽车盘式制动器系统不确定参数样本信息相对匮乏的情形，提出了非概率不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析方法，重点研究了基于区间模型、模糊模型和证据理论模型的不确定制动器系统的稳定性分析问题。其中，针对仅知系统参数上下界的情形，提出了基于区间模型的不确定制动器系统的稳定性分析方法;针对系统参数存在模糊特性的情形，提出了基于模糊模型的不确定制动器系统的稳定性分析方法;针对系统参数信息不完全甚至是冲突的情形，提出了基于证据理论的不确定制动器系统的稳定性分析方法。数值分析算例验证了以上方法的有效性和实用性。　　(5)针对汽车盘式制动器系统一部分不确定参数信息充足而另一部分不确定参数信息不足，或者不确定参数的关键分布参数无法精确给定的情形，提出了混合不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析方法。分别采用随机与区间混合变量、带区间变量参数的随机变量对上述两类参数不确定性进行描述，建立了基于随机与区间、区间随机两类混合不确定模型的可靠性分析方法;接着，将可靠性分析方法引入到系统稳定性分析中，建立了两类混合不确定制动器系统的稳定性分析模型;最后，基于稳定性分析模型计算系统目标特征值达到设计要求的可靠度上下界，进而对系统稳定性进行评估和改善。采用以上方法对混合不确定制动器系统的稳定性进行了数值分析，结果验证了方法的有效性。　　(6)针对混合不确定汽车盘式制动器系统同时存在随机和区间不确定性的情形，提出了混合不确定汽车盘式制动器系统的稳定性优化方法。该方法首先采用随机与区间混合变量或带区间变量参数的随机变量对系统的不确定性进行描述;然后结合可靠性优化技术，分别建立了随机与区间、区间随机两类混合不确定制动器系统稳定性优化的数学模型，两种优化模型分别以响应置信区间上限的上界和响应均值的上界为优化目标;最后，针对两种可靠性优化模型分别提出了相应的数值求解流程。分别应用两种可靠性优化模型对随机与区间、区间随机混合不确定汽车盘式制动器系统的稳定性进行优化设计，结果验证了方法的有效性。　　本文对不确定汽车盘式制动器系统的稳定性分析与优化方法进行了深入系统的研究。针对不同的参数不确定情形，分别提出了相应的不确定制动器系统稳定性分析及优化方法，形成了系统完整的不确定汽车盘式制动器系统的稳定性研究方法。工程实际中，采用何种方法对制动器系统稳定性进行分析或优化，主要取决于对系统不确定参数信息的具体掌握情况。本文研究思路和方法能有效应用于不确定汽车盘式制动器系统稳定性的分析与优化设计，在汽车制动噪声控制领域具有良好的工程应用前景。
作者：	吕辉
专业：	机械工程
导师：	于德介
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文