区间-概率混合不确定盘式制动器系统稳健性优化设计研究

摘要

随着汽车产业的蓬勃发展和城市中汽车保有量的增多，汽车制动噪声问题对人们生活的影响日益严重，解决汽车制动噪声问题已经迫在眉睫。盘式制动器系统的稳定性分析及优化设计是解决制动噪声最直接有效的途径。然而，由于制造误差和磨损等一系列不确定性因素不可避免的存在于盘式制动器系统中，使得传统的确定性分析及优化结果丧失有效性。因此，为了实现对制动噪声的有效控制，需要研究含不确定参数盘式制动器系统的分析与优化方法。
　　本文在湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主课题(71375004)和湖南省研究生科研创新项目(CX2013B143)的资助下，建立了盘式制动器系统的区间-概率混合不确定模型，并在此基础上开展了盘式制动器系统的稳定性分析及稳健性优化设计研究。
　　论文的主要研究内容如下:
　　(1)盘式制动器系统复特征值分析
　　以模态耦合理论为理论基础，对某盘式制动器系统进行了复特征值分析。分析了摩擦系数、制动压力、磨损等因素对盘式制动器系统稳定性的影响，对盘式制动器系统的分析及优化具有指导意义。
　　(2)区间-概率混合不确定盘式制动器系统的建模
　　为充分考虑工程实际中的不确定性，从而得到更可靠的优化结果，建立了某盘式制动器系统的区间-概率混合不确定模型。在该模型中，考虑由于制造误差引起盘式制动器系统材料属性、摩擦系数、载荷等参数的不确定性，选取支撑背板的密度、弹性模量、厚度，摩擦片的密度、弹性模量，制动盘的密度、弹性模量，制动压力8个参数作为概率参数。考虑由于制造误差和使用过程中的磨损引起的不确定性，选取摩擦片的厚度、制动盘的厚度、摩擦系数这3个参数作为区间-概率参数。
　　(3)不确定盘式制动器系统稳定性分析
　　首先采用拉丁超立方试验方法在设计空间内进行抽样，然后代入盘式制动器系统有限元模型计算获得120组样本点，再采用Kriging方法建立盘式制动器系统不稳定系数的代理模型，并采用复相关系数法检验模型的精度，发现该Kriging代理模型具有较高的拟合精度，可作为盘式制动器分析及优化的有效工具;最后为了分析系统参数对不确定盘式制动器稳定性的影响，采用蒙特卡洛方法分别对概率不确定盘式制动器系统和区间-概率混合不确定盘式制动器系统进行了稳定性分析，得出了支撑背板密度、制动盘密度、制动盘弹性模量、摩擦系数等参数对不确定盘式制动器系统稳定性的影响规律。
　　(4)区间-概率混合不确定盘式制动器系统6σ稳健性优化设计
　　以盘式制动器系统为研究对象，在盘式制动器系统的区间-概率混合不确定模型基础上，以支撑背板的密度、弹性模量和厚度为设计变量，以盘式制动器系统不稳定系数的6σ稳健性函数值最小为目标进行6σ稳健优化设计。对某盘式制动器系统的稳健优化设计结果表明，该方法有效提高了盘式制动器系统的稳定性，抑制了制动噪声倾向，且降低了优化结果对不确定参数扰动的敏感程度，从而得到更为稳健的优化设计结果。
　　为了抑制汽车盘式制动器制动过程中的噪声，本文以某盘式制动器系统为研究对象，基于不确定模型开展了盘式制动器系统稳定性分析、基于Kriging代理模型开展了区间-概率混合不确定性盘式制动器系统的稳健性优化设计研究，本文研究工作对提高盘式制动器系统稳定性和优化设计结果稳健性具有一定应用价值。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 制动噪声控制研究

1．2．1 解析方法

1．2．2 试验方法

1．2．3 数值方法

1．3 不确定分析模型研究

1．3．1 概率不确定模型

1．3．2 模糊不确定模型

1．3．3 区间不确定模型

1．3．4 区间-概率混合不确定模型

1．4 本文主要研究内容及思路

第2章 汽车盘式制动器系统复特征值分析

2．1 引言

2．2 制动器的分类及比较

2．3 盘式制动器结构及工作原理

2．4 制动噪声的发生机理

2．4．1 盘式制动器系统复特征值理论

2．4．2 摩擦耦合理论

2．5 浮钳盘式制动器系统有限元模型的建立

2．5．1 有限元分析方法

2．5．2 盘式制动器系统的有限元模型

2．6 盘式制动器系统复特征值分析

2．6．1 摩擦系数对制动尖叫噪声的影响

2．6．2 制动压力对制动尖叫噪声的影响

2．6．3 磨损对制动尖叫噪声的影响

2．7 本章小结

第3章 Kriging代理模型及其理论基础

3．1 引言

3．2 代理模型的试验设计方法

3．2．1 全因子试验设计方法

3．2．2 正交试验设计方法

3．2．3 均匀试验设计方法

3．2．4 中心复合试验设计方法

3．2．5 拉丁超立方试验设计方法

3．3 代理模型构造方法

3．3．1 多项式响应面模型

3．3．2 径向基函数模型

3．3．3 支持向量机回归代理模型

3．3．4 Kriging代理模型

3．4 代理模型的误差分析

3．4．1 均方根误差法

3．4．2 复相关系数法

3．5 代理模型对比算例

3．6 盘式制动器系统Kriging代理模型的建立

3．7 本章小结

第4章 不确定盘式制动器系统稳定性分析

4．1 引言

4．2 盘式制动器系统不确定模型的建立

4．2．1 盘式制动器系统的概率不确定模型

4．2．2 盘式制动器系统的区间-概率混合不确定模型

4．3 蒙特卡洛方法

4．4 不确定盘式制动器稳定性分析

4．4．1 概率不确定盘式制动器稳定性分析

4．4．2 区间-概率混合不确定盘式制动器稳定性分析

4．5 本章小结

第5章 区间-概率混合不确定盘式制动器系统稳健性优化设计

5．1 引言

5．2 遗传算法

5．2．1 遗传算法的关键要素

5．2．2 遗传算法的一般流程

5．3 区间-概率混合不确定盘式制动器系统稳健性优化设计

5．3．1 6σ稳健性设计概念

5．3．2 盘式制动器系统的6σ稳健性优化设计

5．4 算例

5．4．1 盘式制动器系统的确定性优化设计

5．4．2 盘式制动器系统的稳健性优化设计

5．4．3 优化结果波动范围验证

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表和录用的论文目录