任意概率不确定情形下的电动汽车悬置系统固有特性分析

针对电动汽车动力总成悬置系统 （Powertrain Mounting System，PMS） 参数可能被处理为不同类型概率变量的情形，提出了一种基于任意多项式混沌 （Arbitrary Polynomial Chaos，APC） 展开和最大熵原理 （Maximum Entropy Principle，MEP） 的电动汽车 PMS固有特性不确定性分析方法。采用概率模型描述任意概率不确定情形下的 PMS参数，通过APC展开获得任意概率不确定情形下PMS固有特性不确定性响应的前几阶统计矩，通过MEP拟合不确定性响应的概率密度函数 （Probability Density Function，PDF） 和累积分布函数 （Cumulative Distribution Function，CDF） 等信息，通过算例分析了5种概率不确定情形下的电动汽车PMS固有特性响应。分析结果表明，以蒙特卡洛法作为参考，所提出的方法可有效地分析不同概率不确定情形下的PMS固有特性响应，分析具有较高的计算精度和计算效率，能进一步获得响应满足设计要求的可靠度。     

汽车动力总成悬置系统的不确定性分析与优化研究综述

在实际工程中，受测量、制造、装配、疲劳老化、工程经验、认知程度和系统复杂性等主观和客观因素的影响，汽车动力总成悬置系统 （Powertrain Mounting Systems，PMS） 不可避免地存在着一定的不确定性因素。相关不确定性情形主要概括为PMS参数信息充足的概率情形、PMS参数信息匮乏的非概率情形、系统部分参数信息充足而部分参数信息匮乏的概率-非概率混合情形。针对三大类不确定性情形下的汽车PMS研究，围绕不确定性建模、不确定性分析和不确定性优化等3个方面的研究方法进行了系统性的分析和总结，并指出了相关分析模型和研究方法的分析特点和适用范围等。对汽车PMS不确定性分析与优化方法的未来研究方向进行了展望。     

考虑参数不确定性的驱动电机振动特性分析

针对电动车驱动电机中参数存在不确定性的复杂情形，提出了一种考虑参数混合不确定性的驱动电机振动特性分析方法。首先基于神经网络代理模型建立驱动电机的径向电磁力、转矩波动和齿槽转矩的响应模型；然后，采用混合不确定模型描述驱动电机的不确定参数，将信息充足的参数描述为随机变量而信息匮乏的参数描述为区间变量；接着，结合泰勒级数展开和中心差分法，推导了一种求解驱动电机振动特性混合不确定响应的泰勒级数展开-中心差分法（Taylor series expansion-central difference method, TSE-CDM）；最后，为验证TSE-CDM的有效性，给出了一种蒙特卡洛法作为参考方法。对某驱动电机振动特性的算例分析表明：基于2D有限元模型和神经网络模型计算驱动电机振动特性，具有较高的计算精度和效率；TSE-CDM能够有效地求解驱动电机振动特性的混合不确定响应。     

基于区间分析的汽车制动器不确定性优化

为抑制不确定参数汽车制动器的制动噪声,基于区间分析理论,将响应面法与优化技术相结合,提出了一种降低系统复模态负阻尼比以提高汽车制动器稳定性的优化方法。该方法采用拉丁超立方试验设计在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,建立了包含不确定参数的制动器系统复模态负阻尼比的响应面近似模型;以系统结构参数为设计变量,以最小化系统复模态负阻尼比为优化目标,利用基于区间分析的不确定性优化方法对响应面近似模型进行优化。对某型车的浮钳盘式制动器的优化结果表明,采用该方法对汽车制动器进行优化,能在整个使用周期内有效减小制动器不稳定模态的负阻尼比,从而提高制动器的稳定性。     

基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及应用

针对汽车结构系统中不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，开展了基于多维子平行六面体模型的可靠性分析方法及其应用研究。首先，通过划分多维平行六面体模型的边界区间提出了一种多维子平行六面体模型，并将其用于描述系统的大不确定度参数；然后，将1阶摄动法与多维子平行六面体模型相结合，提出了一种适用于处理系统参数同时具有大不确定度和相关性的非概率不确定性分析方法；接着，基于不确定性分析方法，建立了系统可靠性分析模型并进行可靠性分析研究；最后，以汽车声固耦合系统、盘式制动器系统和电动车动力总成悬置系统为研究对象开展算例分析，分析了系统响应的不确定性和可靠性，验证了方法的有效性。相关分析结果表明：所提出的方法可有效地处理汽车结构不确定参数同时具有大不确定度和相关性的问题，并具有较高的计算精度和效率。     

基于区间不确定性的前悬架多目标可靠性优化

为减小悬架定位参数在车轮跳动过程中的变化量,以改善整车的操纵稳定性,减小轮胎的磨损,提出了一种考虑不确定性因素的前悬架不确定性多目标优化方法。首先,在Adams/Car中建立某车轿麦弗逊式前悬架模型,并运用Adams/Insight进行悬架设计硬点参数的灵敏度分析。然后,利用基于薄板样条插值的高维模型描述技术构建了设计变量和不确定变量与目标函数之间的近似模型。最后,针对该近似模型运用双层嵌套的改进非支配排序遗传算法和隔代遗传算法进行多目标不确定性优化与可靠性优化,得到Pareto最优解集。结果表明,优化后悬架主要定位参数在车轮跳动过程中的变化量有不同程度的减小,说明整车的操纵稳定性有所改善。     

基于区间的车架不确定性多目标优化

采用区间数描述车架材料参数的不确定性,基于车架有限元模型构建了设计变量和不确定变量与目标函数之间的近似模型。采用双层嵌套的遗传算法,内层采用隔代遗传算法(IP-GA)在不确定域求解目标函数区间,外层采用加入精英保持策略和去除重复个体的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对车架应力和质量最小两个目标进行优化。与确定性多目标优化比较的结果显示了不确定性多目标优化的优越性。     

基于稀疏响应面的麦弗逊悬架多约束优化

针对传统优化方法需要频繁调用仿真模型的弊端，提出基于非自适应采样和稀疏响应面方法的麦弗逊悬架多约 束优化方法。基于ADAMs 软件构建了麦弗逊悬架模型，通过灵敏度分析确定6 个设计变量；在设计空间内进行一组 60 个非自适应采样，以车轮跳动试验中四轮定位参数的变化值作为响应值；构建了4 个约束稀疏响应面和1 个优化目标 稀疏响应面；采用序列二次规划方法进行优化求解。结果表明，目标函数值由5.917°降低至3.158°，较Kriging 模型方 法多降低9.5%。     

一种带区间变量混合模型的结构可靠性分析方法

工程结构分析和设计中存在着诸多不确定量,部分不确定量因信息量有限很难精确得到概率分布函数,只能给定变化区间.本文中在全概率模型可靠性分析的基础上引入区间变量,针对既有随机变量又有区间变量的混合模型,提出一种新的可靠性分析方法.它先利用优化方法找出原空间内概率密度最大的点,再结合一次渐近积分法,求解出混合模型的最大失效概率.最后通过两个数值算例和一个工程应用验证了该方法的有效性.     

含概率-区间混合不确定性的汽车正面碰撞可靠性优化设计

针对汽车正面碰撞中某些参数的概率分布函数中包含不确定的区间变量的问题,构建了一种汽车正面碰撞混合不确定可靠性优化模型,将基于误差比例选择技术的最优多项式模型引入整车碰撞分析中。由于存在区间参数,内层通过限制可靠度的区间下界建立概率约束,从而保证车身结构的安全性。采用了一种基于漂移向量的高效解耦算法,将嵌套优化问题转换为确定性优化和混合可靠性分析的序列迭代过程,避免了内外层嵌套寻优,实现了汽车正面碰撞可靠性优化的高效性。结果表明:优化后防撞梁、吸能盒和前纵梁的总质量减轻了2.35%,所有约束可靠度指标均得到满足,实现了保证车身轻量化要求下的车身和乘员安全性可靠性优化的目标。     

基于响应面法的汽车转向系统可靠性优化

针对结构参数的不确定性会导致确定性优化结果不可靠的问题,提出一种将可靠性分析与优化技术相结合的转向系统可靠性优化方法。该方法基于响应面方法构建转向系统优化近似模型,以1阶固有频率为约束,总质量为优化目标对转向系统进行可靠性优化。结果表明,采用该方法对汽车转向系统进行优化,减小了系统质量,提高系统的1阶固有频率,避免怠速共振,达到可靠性优化的目的。     

基于高斯过程模型的结构可靠性优化设计研究

数值仿真模型相较于传统的工程试验方法具有运算速度快、试验成本低、操作简单等优点,已经在机械工程、车辆工程、土木工程等领域被广泛使用。然而,在基于数值仿真模型的设计过程中,由于知识缺乏或信息不全等因素,会产生大量的不确定性。传统的优化设计或可靠性分析只考虑了随机不确定性,而常常忽视模型不确定性对设计结果造成的影响。基于此,本文提出了一种考虑模型不确定性的可靠性优化算法。该方法利用高斯过程模型中的协方差函数度量了设计过程中的模型不确定性,并通过蒙塔卡洛方法获取结构可靠性指标,并在求解过程中使用了序列优化可靠性分析方法,使得优化求解与可靠性分析交替进行,从而实现了对双层嵌套的可靠性优化问题进行解耦,极大提高了可靠性优化算法求解效率。最后通过某车型的正面碰撞安全性设计,验证了本算法的可行性,并进一步证明了在优化设计或可靠性设计中引入模型不确定性的重要性。     

永久性沥青路面试验路力学响应分布的数值仿真

为解决重载交通和复杂环境条件耦合作用下路面结构力学响应计算与实际不符的技术难题,采用永久性沥青路面试验路实测交通荷载、路面结构温度场和力学响应数据,分别构建轴载、路面温度场参数概率分布函数和基于轴载、温度变量的沥青层底最大应变力学响应回归模型。在此基础上,用计算机编程语言基于蒙特卡罗模拟法设计出参数抽样和沥青路面力学响应概率分布程序,建立了针对轴载、温度场参数离散型分布和正态分布特点的随机变量抽样方法,实现了参数输入和基于全年交通组成与温度变化周期的沥青路面力学响应分布的模拟仿真。结果表明,模拟的力学响应分布与工程实测结果一致,均近似服从正态分布。研究证明了通过蒙特卡罗模拟可揭示路面结构在荷载和温度耦合作用下的力学响应规律。     

基于区间方法的汽车乘员约束系统的不确定性优化

针对约束系统中一些参数因受制造和测量等因素影响而产生的不确定性,在用区间来描述不确定性的基础上,建立了汽车约束系统的不确定性优化模型,并应用基于序列线性规划的非线性区间数优化方法进行求解.将该方法用于某微型客车驾驶员侧约束系统的优化,与传统的确定性优化方法相比,该方法不仅能提升约束系统的防护性能,而且可提高其可靠性.     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

汽车动力总成悬置系统固有特性的可靠性优化

以悬置刚度为设计变量,分别用正态分布和均匀分布随机变量描述设计变量和动力总成惯性参数的不确定性,建立了悬置系统固有特性的可靠性优化模型,对某轿车悬置系统固有特性分别进行了确定性优化和可靠性优化.结果表明:与确定性优化方法相比,采用可靠性优化方法虽然悬置系统在各方向的解耦率稍有降低,但可较大幅度地提高解耦布置和频率配置的可靠性.     

基于应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正

探讨了基于结构受力响应敏感点的应变残差的装配式简支梁桥有限元模型修正技术.由灵敏度分析确定结构优化变量,通过敏感点有限元计算应变与实测应变获得应变残差即应变比能残差总和,并表示成优化变量的函数,以残差为零为优化逼近目标,结合零阶及一阶优化方法进行模型修正计算.以一座5片箱梁组成的装配式简支梁桥为研究对象,将实桥应变测试...     

FSAE赛车差速器支撑架可靠性与轻量化协同优化设计

为提高FSAE赛车传动系统差速器支撑架的结构强度并减小其质量,采用协同优化与可靠性分析方法,以安全系数、最大应力和质量作为协同优化目标,选取支撑架的疲劳寿命和最小安全系数为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型;基于有限元分析的样本点数据进行求解,对有限元仿真结果进行拓扑优化并设置结构参数变量。结果表明,优化后结构满足工程设计所需强度和安全要求,在最小安全系数仅减小3.61%的情况下支撑架质量减少7.14%,达到了优化目标。     

基于随机响应面的连续刚构桥主梁挠度控制可靠度分析

由于结构尺寸、材料性能和荷载存在随机性,连续刚构桥主梁挠度难以与设计的理想状态吻合,提出了基于随机响应面的主梁挠度控制可靠度分析法,评估不同施工阶段达到预定挠度控制目标的概率。此外,为了避免复杂积分,利用多重响应面法求解施工全过程的挠度控制失效概率。考虑预应力束张拉控制应力、混凝土强度、一期恒载与二期恒载等主要施工参数的不确定性,利用上述方法对李家洼大桥进行了主梁挠度控制可靠度分析。结果表明,主梁挠度控制的失效概率随着悬臂的伸长而升高,在最大悬臂阶段达到最大值。在桥梁合龙以后,失效概率回落至较低水平。另外,失效概率与主梁挠度控制容许偏差值负相关。     

基于区间分析的汽车平顺性优化

基于区间分析方法,建立了一种汽车悬架平顺性的不确定性优化模型。以悬架弹簧刚度和减振器阻尼为设计参数,车身加速度均方根值最小化为目标,悬架刚度和固有频率等为约束,并使用区间描述设计变量的制造和测量误差。利用公差指标和区间可能度,将该不确定性优化模型转化为确定性优化问题,并利用序列二次规划法和非支配排序遗传算法进行求解;在保证平顺性目标的前提下,使设计变量的对称公差最大化,以降低制造成本。最后,该方法被应用于两自由度1/4车身和7自由度整车车身悬架振动系统的平顺性优化。