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吉林大学相关论文范例,与汽车制动尖叫的稳健性设计综述相关论文查重免费
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前期研究基本都是在确定性的假设条件下,假设影响因素参数都具有理想的可控性,而忽略了参数的时变性、随机性和不确定性特点,因此,设计结果与试验结果往往存在很大的不一致性,也严重影响控制措施的有效性.2制动尖叫的稳健性设计研究现状
2.1研究现状
目前,国内外针对制动尖叫开展的稳健性设计研究还很少,且主要集中在国外.下面对该领域的研究进展进行文献综述.
1999年,福特公司Yu-KanHu,KevinZhang和CAE软件公司SanjayMahajan[42]建立制动器系统的有限元模型,将瞬态动力学分析法和试验设计法相结合,优化制动器的尖叫性能.他们选取6个对制动尖叫有较大影响且相互独立性强的可控因素作为设计变量,分别是制动钳钳指厚度、摩擦衬片开槽、摩擦衬片倒角、摩擦材料、制动盘厚度、摩擦衬片厚度.通过正交试验表进行仿真分析,通过仿真结果得到尖叫强度因子,并以尖叫强度因子为评价指标（优化目标）,研究各设计变量对制动器尖叫性能的影响,以及不同设计变量之间的相互作用对制动器尖叫性能的影响,确定尖叫性能最优的设计变量组合.
Yu-KanHu等人的研究[42]虽然将试验设计方法应用于制动尖叫问题,改善了制动器的尖叫性能,具有重要的指导作用和借鉴意义,但其研究过程中并未考虑噪声因素的影响,优化结果不具有稳健性.2003年,美国通用公司PravinKapadnis等人[43]基于制动器系统复特征值分析,将田口方法应用于制动器尖叫性能的改善.他们选取的设计变量是散热筋高度、散热筋旋转角度及制动块厚度,而将线性阻尼系数和摩擦系数视为噪声因素,以制动器系统复特征值实部的最大值为设计目标变量,利用正交试验设计和数据分析,确定了各设计参数对制动器尖叫性能的影响,并确定了最终的稳健性参数组合方案.Kapadnis等人考虑了设计结果的稳健性,但是没有对稳健性设计方案的效果进行实际验证.
与Kapadnis等人的研究不同,MNouby,
DMathivanan和KSrinivasan等人[44]建立了只包含制动盘和制动块的简化的制动器有限元模型,通过响应面法进行制动尖叫的稳健性设计.研究时,他们重点针对6200Hz的尖叫频率,选取制动背板的杨氏模量、背板厚度、衬片倒角、衬片上两槽间的距离、槽的宽度及槽的角度为设计变量,以负阻尼比为目标变量,经过部分析因设计和中心复合设计[45],计算并拟合出目标变量与设计变量之间的响应面,并根据该响应面分析各设计变量对尖叫性能的影响,从而实现了基于响应面法的对尖叫的预测和改善方法.
同样采用响应面法进行制动尖叫研究的还有密歇根大学的HeewookLee[46]和亚拉巴马大学的
YiDai[36].HeewookLee[46]将复特征值法、灵敏度分析及响应面法相结合,通过对制动器部件模态和制动器系统复特征值的分析,得到使尖叫性能最优的制动器结构参数组合.YiDai[36]则基于复特征值法和响应面法,同时引入了神经网络算法,对制动块的开槽方式进行优化,改善了制动器的尖叫性能.
此外,AndreasWagner等人[47]将改善制动器尖叫性能的措施定量化,提出以尖叫主频附近的特征频率分离的最小范围为评价指标,指导制动尖叫的稳健性设计.
2.2存在的问题
前期针对制动尖叫的稳健性设计研究虽然取得了初步进展,但总体上还处于探索阶段,而且存在以下几个主要问题.
（1）选取的设计变量较少,尚未针对所有的制动器结构参数进行尖叫稳健性的设计与分析.
（2）未能充分考虑不可控噪声因素的影响,例如制动器热机耦合效应、摩擦接触时变效应等的影响.
（3）未能提出合理的、统一的评价指标,复特征值实部最大值、负阻尼比及特征频率分离的最小范围等指标均不能完全可靠地反映全频段内的制动尖叫特征.
（4）仅在参数确定的假设条件下进行稳健性设计,未能根据工程实际考虑各参数的概率分布特性.
因此需要建立更加科学合理的评价指标作为目标参数,考虑更多的影响因素,引入最新的稳健性设计方法进行制动尖叫的稳健性研究与设计.为此,下面对稳健性设计方法的研究进展进行概述.
3稳健性设计方法研究进展
稳健性设计方法的研究始于二战后的日本,田口玄一提出的田口方法奠定了稳健性设计的理论基础[48].在田口方法的基础上,经过广大学者的不断完善和改进,相继提出了很多新的稳健性设计方法.例如,在基于试验设计的传统稳健性设计方法方面,Shoenaker提出的响应面法[49],减少了稳健性设计所需要的试验次数；Vining等人将田口方法与响应面模型有机结合,提出双响应面法[50],避免了信噪比的计算；Pregibon提出广义线性模型法[51],用于处理参数设计中不满足回归模型中假定方差齐性的要求时的方法.近年来,随着计算机技术的发展,工程模型被广泛地应用于设计,在此基础上发展形成了基于工程模型和优化技术的工程稳健优化设计方法,可用于有约束的稳健性设计问题,主要有容差多面体法[52]、容差模型法[53]、随机模型法[54]、最小灵敏度法[55]等方法.
两大类型的稳健性设计方法及其发展历程如图2所示.其中,田口方法、响应面法、双响应面法和随机模型法的理论研究较为深入且工程应用广泛,本文将对这4种方法作重点介绍.
3.1田口方法
田口方法由日本的田口玄一于20世纪70年代提出,是一种以试验设计为基础提高与改进产品质量的设计方法,是目前最为成熟、最基本的稳健性设计方法[8-9,48].田口玄一提出了质量损失函数和信噪比的概念,通过正交试验设计来确定产品参数值的最佳水平组合.田口方法通常主要适用于少参数、单质量指标和无约束问题[48,56-57].
田口方法的优点是可以定量计算出产品性能对设计参数的敏感度,设计变量可以是连续变量、离散变量、非数值变量.其缺点则主要在于：必须事先知道最优解的大致范围和水平,即对优化时的初始点要求较高,否则就要进行多轮正交试验；信噪比的公式概念模糊,在应用中存在缺陷；按正交试验表进行试验需要多次试验,设计周期长[5-6,48-50].
近半个世纪以来,田口方法不断完善和发展,研究的方法和技术手段越来越简化、巧妙,并有相应的商业化软件包出现,如RPDPACK软件[58],应用范围也不断扩大.
3.2响应面法
响应面法是Shoenaker等人于1991年提出的一种以试验设计为基础,用于处理多变量问题建模的统计处理方法,其基本思想是通过近似构造一个具有明确表达形式的多项式来表达隐式功能函数[49].响应面法是数学方法和统计方法结合的产物,用来对所感兴趣的响应受多个变量影响的问题进行建模和分析,其目的是优化响应[49,59-61].
响应面法克服了田口方法需要预先知道解的大致范围的不足,拟合响应面需要的试验次数也较少.但是,响应面法对试验数据非常敏感,数据的缺失会对结果造成较大影响；当参数维数较高时,模型的拟合将非常复杂和困难[59-62].
随着计算机性能的提高,响应面法被频繁用于解决各种工程问题,如优化设计、可靠性分析、动力学研究及工程过程控制等.然而,目前将响应面法应用于制动尖叫问题的实例并不多见,只有一些初步的尝试,如MNouby等人的研究[44].此外,在仿真软件Hyperworks及车辆动力学软件ADAMS中有内含的响应面法软件包,可直接用于制动器模型的仿真,但这些程序都有待进一步完善和继续研究[27,59].
3.3双响应面法
双响应面法是Myers等人于1973年提出,Vining等人于19
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