基于系统目标决策的汽车NVH设计理论与方法研究

摘要

汽车NVH（Noise,vibration andharshness）设计包含正向设计与故障诊断，同时涉及优化设计与多学科分析，使得 NVH 设计问题极具广泛性与复杂性。虽然目前已有针对汽车部分 NVH 问题的解决办法，但其本质上属于特定方法对特定问题的关系，未能形成一套普适性的方法体系。加之该领域具有工程应用价值的研究成果大多作为外资企业核心技术以严格保密，使得国内汽车行业难以通过常规方式获取关键核心技术。因此，需要另辟蹊径，从全新的角度审视汽车NVH设计问题。 课题对汽车 NVH 正向设计与故障诊断问题进行了深入的研究，探索了基于汽车NVH层级分解体系的优化设计思路，提出了一种目标区间优化设计求解方法，建立了汽车NVH正向设计与故障诊断的普适性解决方法，并据此对汽车NVH设计开发进行了工程案例分析，同时研发出相应的汽车NVH分析诊断软件。完成的工作和取得的成果如下： （一）提出了汽车NVH层级分解体系并阐述了其设计理念 立足于NVH目标分解与设计过程本身的一致性，依托多层级车辆NVH设计目标规划，提出了覆盖“整车”、“系统”、“子系统”直至“零部件”的汽车NVH设计体系。该体系主要涉及NVH层级分解构架建立和NVH层级分解构架数值化两个方面，可同时面向汽车NVH正向设计与故障诊断。在此基础上，提出了汽车NVH层级分解构架建立的步骤，初步确立了NVH层级分解构架建模框架。 （二）研究了汽车NVH层级分解体系优化设计算法，同时提出NVH层级分解构架数值化的步骤 通过智能优化算法、近似模型以及区间搜索策略建立了双层级分解体系模型，同时将其细化为单目标双层级模型与多目标双层级模型，并通过理论分析加以验证（理论误差在6%以内）。基于此，将计算方法扩展至多层级分解体系，并给出了相应的算法流程，最终形成了目标区间优化设计方法——广义逆推方法，该方法的“优化目标”不再是一个确切的目标数值，而为一个目标向量的取值区间所替代。在此基础上，形成了面向汽车NVH的层级分解核心算法设计体系。 （三）利用提出的“广义逆推方法”对汽车NVH正向设计问题进行了分析，并归纳总结出基于层级分解体系的汽车NVH正向设计流程与平台 基于广义逆推方法中的单目标双层级性能分解优化算法对悬架减振器抗异响问题进行了正向设计，通过贡献度分析建立了减振器异响层级分解体系构架，解得各设计变量在单目标区间要求下的最优设计区间，并且通过了试验验证；另外，基于广义逆推方法中的多目标双层级性能分解优化算法对动力总成悬置隔振问题进行了正向设计，建立了动力总成悬置隔振层级分解体系构架，解得各设计变量在多目标区间下的Pareto最优设计区间，同时对计算结果进行了验证。在此基础上，形成基于层级分解体系的汽车NVH正向设计流程，并通过NVH目标层级分解建立了NVH正向设计平台。 （四）利用提出的“广义逆推方法”对汽车NVH故障诊断问题进行了分析，并归纳总结出基于层级分解体系的汽车NVH故障诊断流程与平台 基于广义逆推方法中的单目标双层级性能分解优化算法对车辆起步抖动问题进行了诊断分析，建立了车辆起步抖动 NVH 层级分解体系构架，通过贡献度分析对设计变量进行了筛选并利用广义逆推方法解得车辆发生起步抖动时的设计变量故障（超标）区间，然后根据诊断结果对车辆起步抖动问题进行了整改并通过试验验证；另外，基于广义逆推方法中的单目标多层级性能分解优化算法对车辆底盘结构异响问题进行了故障诊断，结合主观评价建立了车辆底盘异响三层级分解体系构架，逐层解得各设计变量在高层目标区间下的故障区间，并且根据故障诊断结果对车辆底盘异响进行了整改并通过试验验证。结合以上实例分析，构建了基于层级分解体系的汽车 NVH 故障诊断流程与相应的平台框架。 （五）结合工程应用，设计并开发出了汽车NVH分析与诊断软件 为了方便汽车 NVH 分析诊断，将广义逆推方法流程模块化设计出具有数据输入、分析诊断、数据显示和结果导出功能的汽车 NVH 分析诊断程序；同时，为了有效管理各种分析、测试数据及相关技术文档，综合运用Matlab语言、Python语言、Django架构、Mysql数据库以及Apache搭建了工程数据库系统。在此基础上，开发出了一套具有交互界面的汽车NVH分析与诊断软件，可直接用于汽车NVH问题的正向设计与故障诊断。

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