一种动力总成悬置系统模糊可靠性优化方法

技术领域

本发明涉及汽车动力总成悬置系统的可靠性设计领域，具体为一种动力总成悬置系统模糊可靠性优化方法。

背景技术

动力总成悬置系统由动力总成与其同车身或副车架的连接元件共同组成，对动力总成悬置系统进行优化设计，是衰减动力源向车内传递振动与噪声的一种行之有效的手段。常见的动力总成悬置系统隔振性设计指标有固有频率与解耦率，其中，固有频率均应尽量避开车身固有频率、发动机怠速激励频率等重要频率，同时相互之间也不能相差过小；而解耦率反映了动力总成悬置系统各个方向自由度振动的解耦程度，应不低于限定值要求。

由于悬置在生产与使用过程中不可避免地发生材料退化，且在制造、装配与测试的过程中也存在误差，故不确定性广泛存在于动力总成悬置系统中[吕辉,杨坤,尹辉,等.基于多维平行六面体模型的动力总成悬置系统固有特性分析[J].汽车工程,2020,42(4):498-504.]。此时，应充分考虑动力总成悬置系统中存在的不确定性，并对固有频率与解耦率的不确定性进行分析，进而准确地评估动力总成悬置系统工作时的可靠性。

对于传统的确定性分析方法而言，模型中的所有不确定因素均被忽略，若多个不确定因素耦合，则设计结果往往会与理想值间存在很大的偏差[Bellman R.E.,ZadehL.A.Decision-Making in a Fuzzy Environment[J].Management Science,1970,17(4):141-164.]。传统求解模糊不确定模型采用的蒙特卡洛法效率低，会给模型的分析与优化带来困难[尹辉.非概率不确定声振系统中-低频数值分析与优化研究[D].长沙:湖南大学,2018.]，该方法能在保证精度的同时大大提升计算效率，进而为可靠性优化设计的效率提供了保证。

发明内容

由于悬置在生产与使用过程中不可避免地发生材料退化，且在制造、装配与测试的过程中也存在误差，故不确定性广泛存在于动力总成悬置系统中。本发明对动力总成悬置系统进行建模，采用模糊变量描述动力总成悬置系统中存在的不确定参数，并利用截集技术将其拆解为区间变量进行分析。然后，根据切比雪夫-顶点法，对含有区间变量的模型进行快速求解，最后通过对区间模型的求解结果进行组合，得到模糊不确定下动力总成悬置系统的可靠度，以此评价给定参数与约束下动力总成悬置系统计。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种动力总成悬置系统模糊可靠性优化方法，包括以下步骤：

(1)建立动力总成坐标系与动力总成质量矩阵M；

(2)建立动力总成悬置系统的刚度矩阵K；

(3)构造确定性情形下系统固有频率与解耦率的表达式；

(4)将固有频率与解耦率的模糊响应求解转换为区间响应的求解，分解为对应隶属度下的区间响应；

(5)采用切比雪夫多项式建立区间不确定下动力总成悬置系统的代理模型，利用顶点法对动力总成悬置系统区间代理模型进行求解；

(6)利用固有频率与解耦率的区间响应求解模型的模糊可靠度；

(7)将模糊可靠度作为优化的参数，以对动力总成悬置系统的可靠性进行评价，输出优化结果。

优选的，步骤(1)具体如下：利用动力总成质心与惯性参数测试台，测出动力总成质量m，动力总成质心位置O；以O为原点建立质心坐标系O-xyz，其中，x轴平行于曲轴轴线，由变速箱指向发动机，z轴平行于气缸轴线，指向发动机缸盖，y轴以右手定则确定；利用动力总成质心与惯性参数测试台，测出动力总成绕x轴的转动惯量I

优选的，所述步骤(2)包括：动力总成悬置系统包含的悬置个数记为N，N≥3；在质心坐标系O-xyz中，按照x方向从小到大的顺序对各悬置进行编号，记为悬置1、悬置2、……、悬置N；利用弹性体测试系统测试悬置i，i＝1，…，N，在局部坐标系下三个轴向复刚度为k

在质心坐标系下，测试第i个悬置的安装位置坐标(x

测试第i个悬置安装角度，得到悬置i局部坐标系O

优选的，步骤(3)包括：将动力总成视为刚体，并忽略系统阻尼，在质心坐标系下，构造动力总成悬置系统的位移向量q：

q＝[x,y,z,θ

其中，x、y与z分别表示动力总成在质心坐标系下沿对应坐标轴平动的位移，θ

建立动力总成悬置系统的动力学模型：

其中，

求解出特征矩阵M

其中，I为单位矩阵，动力总成悬置系统的固有频率λ

定义K(s,j),s＝1,2,…,6,j＝1,2,…,6为一个能量分布矩阵K中的元素；

获取动力总成悬置系统的解耦率d

将式(1)-式(4)中动力总成悬置系统的输入参数构造为向量x，将动力总成悬置系统的固有频率与解耦率视为输出项y

y

优选的，步骤(4)包括：考虑输入参数x中部分或所有变量含模糊不确定性，将式(11)转换为式(12)的形式，其中，标记～表示变量含模糊不确定性，M表示模糊不确定变量的个数；将模糊向量

优选的，步骤(5)包括以下步骤：

第一步、将截集区间向量

第二步、对每个区间变量

第三步、从每个区间变量

第四步、分别构造求解区间模型

第五步、根据第三步生成2

其中，

优选的，代理模型

其中，

优选的，步骤(6)包括：设区间模型f

f

对任意一个隶属度λ

将极限状态函数

为统一描述任意约束下关于最小值与最大值的极限状态函数

将所有λ

与现有技术相比，本发明有以下积极效果：

1)采用模糊不确定模型对动力总成悬置系统中的不确定参数进行描述，更接近实际情况，较为准确地还原了含模糊不确定性的动力总成悬置系统固有频率与解耦率的响应；

2)利用截集技术，将模糊模型转换为区间模型，并采用切比雪夫-顶点法对动力总成悬置系统的区间模型进行快速求解；

3)基于分解定理，将动力总成悬置系统的区间响应组合为模糊响应，引入固有频率与解耦率的模糊可靠度，以定量评价动力总成悬置系统的可靠性，使得对含模糊不确定性动力总成悬置系统的分析结果更加接近实际情况。

附图说明

图1是本实施例动力总成悬置系统模型示意图；

图2是本实施例三角模糊变量示意图；

图3a是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统纵向固有频率的响应分析图；

图3b是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统横向固有频率的响应分析图；

图3c是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统垂向固有频率的响应分析图；

图3d是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统侧倾方向固有频率的响应分析图；

图3e是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统俯仰方向固有频率的响应分析图；

图3f是模糊不确定情形下动力总成悬置系统横摆方向固有频率的响应分析图；

图4a是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统纵向解耦率的响应分析图；

图4b是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统横向解耦率的响应分析图；

图4c是模糊不确定情形下动力总成悬置系统垂向解耦率的响应分析图；

图4d是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统侧倾方向解耦率的响应分析图；

图4e是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统俯仰方向解耦率的响应分析图；

图4f是本实施例模糊不确定情形下动力总成悬置系统横摆方向解耦率的响应分析图；

图5是本实施例切比雪夫-顶点法求解动力总成悬置系统区间模型的流程图分析图；

图6是本实施例动力总成悬置系统模糊可靠性分析流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下结合附图并举实施例对本发明作进一步详细描述。

一种动力总成悬置系统模糊可靠性优化方法，包括以下步骤：

(1)如图1与图6所示，建立动力总成坐标系与动力总成质量矩阵M：利用动力总成质心与惯性参数测试台，测出动力总成质量m，动力总成质心位置O；以O为原点建立质心坐标系O-XYZ，其中，X轴平行于曲轴轴线，由变速箱指向发动机，Z轴平行于气缸轴线，指向发动机缸盖，Y轴以右手定则确定；利用动力总成质心与惯性参数测试台，测出动力总成绕X轴的转动惯量J

(2)建立动力总成悬置系统的刚度矩阵K:动力总成悬置系统包含的悬置个数记为N，N≥3；在质心坐标系O-xyz中，按照x方向从小到大的顺序对各悬置进行编号，记为悬置1、悬置2、……、悬置N；利用弹性体测试系统测试悬置i，i＝1，…，N，在局部坐标系下三个轴向复刚度k

(3)构造确定性情形下系统固有频率与解耦率的表达式：将动力总成视为刚体，并忽略系统阻尼，在质心坐标系下，通过式(6)构造动力总成悬置系统的位移向量q，其中，x、y与z分别表示动力总成在质心坐标系下沿对应坐标轴平动的位移，θ

q＝[x,y,z,θ

y

图3a、图3b、图3c、图3e是模糊不确定情形下动力总成悬置系统纵向、横向、垂向、俯仰方向固有频率的响应；图3d、图3f是模糊不确定情形下动力总成悬置系统侧倾方向、横摆方向固有频率的响应。

(4)如图2所示，将固有频率与解耦率的模糊响应求解转换为区间响应的求解，分解为对应隶属度下的区间响应：考虑输入参数x中部分或所有变量含模糊不确定性，将式(11)转换为式(12)的形式，其中，标记～表示变量含模糊不确定性，M表示模糊不确定变量的个数；将模糊向量

图4a、图4b、图4c、、图4d为模糊不确定情形下动力总成悬置系统纵向、横向、垂向、侧倾方向的解耦率的响应；图4e、图4f是模糊不确定情形下动力总成悬置系统俯仰方向、横摆方向解耦率的响应。

(5)如图5所示，利用切比雪夫-顶点法求解截集区间向量

第一步、将截集区间向量

第二步、通过式(15)对每个区间变量

第三步、从每个区间变量

第四步、基于式(16)分别构造求解区间模型

第五步、通过式(20)，利用与第三步类似的方法，可生成2

第六步、由于代理模型

其中，

(6)如图6所示，利用固有频率与解耦率的区间响应求解模型的模糊可靠度，将动力总成悬置系统参数极限状态函数大于0的可能性定义为区间可靠度，根据分解定理得到模糊不确定下动力总成悬置系统的模糊可靠度：由于固有频率与解耦率在确定时有要求的合理范围，故区间模型f

f

(7)将模糊可靠度作为优化的重要参数，以对动力总成悬置系统的可靠性进行评价。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。