基于不确定性分析的汽车发动机悬置系统设计探讨

2016-11-22刘凯江西五十铃发动机有限公司江西南昌330200

低碳世界 2016年30期

刘凯（江西五十铃发动机有限公司，江西南昌330200）

刘凯（江西五十铃发动机有限公司，江西南昌330200）

伴随我国社会经济水平的不断提升，以及科学技术发展速度的加快，使得各行业产业中先进科技的应用范围在不断扩大，其社会地位在不断的提升。汽车发动机作为一种以现代科技为支撑的机械设备，其在汽车的弹性隔振系统中占据着十分重要的地位，在发动机的悬置系统中发挥着重要的作用，特别是在保护发动机舒适性、平顺性和安全性上。因此，本文以汽车发动机为切入点，通过其悬置系统基本概念和不确定理论的分析，从而就该系统的优化设计方案进行探讨。

不确定分析；汽车发动机；悬置系统设计

引言

作为在汽车内部的弹性隔离系统中，悬置装置的作用是无可取代的，而利用不确定分析理论对汽车的悬置系统进行优化设计，不仅可以提升汽车本身的舒适度和平稳性，还能够提高其运行过程中的安全性，为人们的生命安全提供更好的保障。因此，汽车发动机的设计人员要想进一步提高汽车本身的安全性和实用性能，提升其整体销量，以不确定分析的基本理论为依据，对汽车的悬置系统进行有效的优化设计就变得尤为重要。

1 悬置系统设计基本理论

在汽车现有的弹性元件之中，汽车悬置系统不仅是该元件内部的一个关键部分，还能够有效的降低整个汽车在运行时的震动幅度，降低噪音的作用。就被动的隔振效果来看，发动机本身的悬置系统可以对地面上传递的低频振动激励给予有效的隔离，为发动机工作的稳定性提供良好的保障。而就被动隔离来讲，发动机悬置系统还能够达到阻碍和隔离发动机振动激励的作用，防止这些振动激励传递到车架上，从而达到控制汽车运行期间内部噪音的目的。因此，相关人员需要对其内部悬置系统给予有效的优化设计，确保其本身隔振结构使用性能的稳定性。在对悬置系统进行优化设计时，相关人员也可以借助多目标来优化相关的设计问题，确保悬置元件本身的刚度系数可以满足系统设计变量的基本要求。

2 不确定性分析理论的重要基础

首先，在不确定理论的基本概念中，除了包含不确定性和确定性两大因素外，还包括了确定性优化水、不确定性建模、优化水、稳健性和性质分析等方面的内容。就机械系统带有的不确定性来看，其主要来源时系统复杂性、运行条件变化、对模型推到工作的简单化处理，以及机械零部件参数测量、识别误差和零部件误差等内容。与此同时，在构建不确定信息模型时，相关人员可以按照相关信息数据对问题的描述做基础，构建模糊模型、区间分析模型和随机模型。就随机模型来看，在对不确定现象进行研究时，相关人员需要借助概率理论和统计方法；在构建模糊模型时，相关人员主要能够使用的是模糊统计法来研究不确定现象；在架构区间分析模型时，其获得不确定性信息时需要使用的是区间变量。

3 以概率理论为基础的系统多目标的稳健优化设计

在以多目标优化和有机文件结合优化为基础的设计方案指导下，本文特将多目标文件优化的设计作为主要依据，将其应用在了发动机自身的悬置系统设计工作中，如图1所示：该示意图主要表示的是以多目标为根本的发动机悬置系统的稳健优化设计过程。与此同时，在多目标优化设计模式之中，带有反动力性质的稳健性函数被加入到了目标函数之中，这使得被设计出的优化模型变得更加的全面性。从具体情况上来看，要想获得该优化模型带有的最优解集，相关人员需要借助遗传算法这一概念，而后在利用以拉丁超立方为指引的抽样法，从而在计算出的最有解集之中，找出具有最高稳健性的优化设计解，从而为最终设计结果的优化性和稳健性提供根本性的保障。与此同时，相关人员还应该要学会将多目标这一优化设计方法应用到某一种类型的发动机悬置系统设计工作中，这样一来，不仅能够有效缩短发现系统本身的频率区间范围，还可以从根本上降低共振情况在汽车使用过程中发生的概率。此外，此种悬置系统的优化设计和应用，还可以十分显著的减少一些可动反力。通过实验研究发现，在应用了多目标理念设计出的悬置系统后，该类型发动机的稳健性函数值通过优化前的11.56相比，其在优化之后更是提升到了23.75。发动机稳健性的显著提升，从基本上也符合了相关工程项目的实际需求，这也在一定程度上说明此种优化方法在改善悬置系统本身的隔振性能上具有十分重要的意义。

图1 发动机悬置系统的多目标文件优化设计图

4 以区间分析为基础的稳健优化设计

以同汽车悬置系统相关的区间分析理论为基础，在结合了多目标的优化设计方案和优化设计计划之后，需要对遗传算法进行有效的应用，从而确保对该悬置系统进行优化处理的工作能够有效完成。如图2所示，该示意图表示的主要是以区间分析为基础的稳健性优化设计过程。此种悬置系统的优化设计方法不仅会对相关人员寻求最佳的悬置刚度提供一定的帮助，还可以对悬置位置和参数的选择，以及悬置刚度本身的不确定性进行全方位的考虑，从而更加有效的满足相关优化设计工作的基本需要，进而促使优化设计悬置系统的目标得以实现，确保发动机稳健性能够得到明显提升。在将优化设计完成的稳健性系统应用到某一个型号轿车的发动机悬置系统中后，相关人员可以发现，在确保该轿车发动机固有频率不会被改变的前提下，此项优化设计方案不仅能够极大的降低悬置系统内容的动反力，还可以十分显著的缩短该动反力能够变化的空间范围。这也在一定程度上表示：此种优化设计方案能够极大的满足悬置系统的设计需要。

图2 以区间分析为基础的文件优化设计图

5 系统文件设计的软件平台开发

就优化设计悬置系统工作来讲，不仅其设计过程十分的复杂，而在设计期间还需要充分考虑整个车辆的悬置系统在运行期间对振动和噪声方面的基本需求。因此，在开发和设计悬置系统时，相关人员首选应该要从优化设计和仿真分析两个角度入手，在经过样件制作、校验、核对之后，再进一步改进优化后悬置系统使用的反馈情况，并循环进行此项工作。在该软件平台相关功能的设计工作上，设计人员需要同间接隔振与直接隔振两大策略相机和，确保能量解耦、确定性优化、固有特性、零度、静力学、不确定性优化、动力学等相关分析功能都可以被囊括在内。最后，相关人员应该对MATLAB开发软件，特别是该软件中GUIDE模块的具体应用情况进行探索，并编写出该设计软件的网络平台。该软件平台不仅要包括一些基本步骤，还需要涵盖输入参数。计算和输出结果等方面的内容。此外，在通过对实际应用分析后发现，在分析其固有特性、静力学、确定性、动力学和不确定性之后，不仅要输入不同类型的参数数据，而且其本身的输出结果也带有一定的差异性特点。

6 事例分析

本文通过软件系统对某皮卡悬置隔振率进行测试，在进入该系统后，能够看到主界面如图二所示，并在故障系统主界面中选择想要检查的系统或者故障，在点击故障诊断后，系统开始自动的进行故障的检验。

经过相关的故障检测，因为检测的性质包含NVH的性能开发，但是不包含整车的CAE，所以整个测试目的是动力总成悬置隔震率。经过测试后，可得到以下结论，有怠速、空挡加速、全油门加速、低速巡航等现象，发动机经过刚度测试，Z向刚度偏低，变速箱悬置无刚度报告。

在更换悬置后，依然达不到隔震20dB的要求，主要达不到的方向是Y向，因为Y向不是主要的传力方向，因此，重要程度不大。空调运行的情况下，依然只有Y向隔震不能够达到要求（如图3），为了能够解决这个要求，主要在X、Z向上进行改善，最后的结果为，原始状况下，Y向隔震不能够满足要求，但是更换悬置后，Y向得到很明显的改善，但是X、Z向变差，X想不能够很好的满足隔震的要求（如图4）。

7 结束语

总而言之，在对汽车发动机内部的悬置系统进行稳健优化设计时，相关技术和工作人员需要先对悬置系统的基本设计方案和不确定分析概念的基本理论进行有效分析。在经过了相关分析之后，才可以从概率和区间这两个角度对优化悬置系统的具体设计方案进行分析，最后才能够开发有关系统文件优化设计的软件平台，为提升汽车悬置系统的性能，以及汽车本身的安全性、运行的平稳性等奠定坚实的基础，推动我国汽车产业的稳步发展，提升我国社会经济发展速度。