车辆半主动悬架神经网络自适应控制研究

1、基金项目：江西省自然科学基金资助项目（）!车辆半主动悬架神经网络自适应控制研究赵开林，洪家娣（华东交通大学机电工程学院，南昌）引言传统悬挂系统的阻尼一般是在设计条件下经参数优化而确定的，一经选定，在车辆运行中无法针对车辆状态和线路条件等因素的变化进行调节，这就限制了悬挂性能的进一步提高。近年来车辆半主动控制受到重视，由于悬挂系统采用阻尼可控元件，并采用闭环控制系统，根据车体加速度等反馈信号调节阻尼力，使悬挂始终处于最佳减振状态，改善了平稳性，且结构简单，成本低，因而有较好的发展前景。因此，设计合理的半主动悬挂系统是衰减车辆振动、提高平稳性的途径。阻尼力的控制策略一直是车辆半主动控制研究的重点。

2、由于半主动悬挂是一非线性系统，常规的控制策略应用于非线性系统有一定局限性，为了更好地逼近实际系统，获得更佳控制效果，神经网络控制方法越来越受到重视。由于神经网络可以逼近任意非线性函数，具有较强的学习功能，用作控制器和辨识器具有自适应能力和不依赖于模型的特性，且简单有效，适用于解决车辆悬挂非线性系统的控制问题。系统模型的建立由于悬架系统这一被控对象的复杂性，在建立系统的数学模型时，就需要在模型的简化和精确度之间进行折衷。本文研究的是对车辆垂直方向的振动进行减振，因此不考虑车辆的横向振动和前后的俯仰振动，为了简化研究对象，突出问题的本质，采用车辆两自由度模型，见图。图中，非簧载质量，簧载质量，轮胎

3、刚度，悬架静刚度，控制刚度，悬架阻尼器阻尼系数，路面激励位移，非簧载质量位移，簧载质量位移。根据牛顿第二定律，系统运动方程为! （）（" " ）（）（）! （" " ）（）（）"" "式中，（）表示车轮动载荷；（）为悬架的动挠度，控制量为刚度，取状态向量" " ! ，（）路面激励速度为" （），设" （）因此控制方程为" "，式中（）（）#$%&( $%&(（）*+机械工程师年第期摘要：文中提出了一种汽车半主动悬架系统的神经网络自适应控制方法，用车身

4、垂直加速度作为主要控制目标，以提高车辆行驶的平顺性，同时在仿真控制研究中兼顾悬架动挠度和车轮动载荷的变化，以提高车辆行驶安全性和操纵稳定性，通过仿真计算和分析验证了其可行性和有效性。关键词：半主动悬架；神经网络；自适应控制中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；制造业信息化神经网络自适应控制的结构与算法 图为控制系统结构简图， 由于具有单隐层的层网即能逼近任意非线性函数，因此采用层神经网络用于对被控对象进行在线辩识，另一个层神经网络作为控制器。图为半主动悬架神经网络辩识器模型，它是一个层神经网络，其作用是对悬架系统进行在线辨识。设车辆半主动悬架系统是一个单输入单输出非线性系统，可

5、描述为（）（），（），（），（）式中，（）为车身加速度在时刻的值；（）为系统在（）时刻刚度控制值；、分别为悬架系统的输出和输入，代表簧载质量质心处垂直振动加速度（）（）式中，为期望输出。由此可知，控制器的学习不象辨识器那样为直接目标导引式。权值对于误差的梯度特性由网络本身的梯度特性和被控对象的输出与控制量之间的梯度特性共同组成。因此，如果不加修改地采用算法，则系统往往很难收敛到全局最优解，所以不能直接采用通用的算法，而要采用特殊的学习规则。输出层权值按下式修正（）（）! ! （）! 由于对象的特性! （）! 是未知的，因此，这里是利用辨识器的信息。因为经过适当学习后，#将逼近，故! （）由!

6、#（）! 代替，则! #（）! ! 式中，和为隐层、输出层的净输入。仿真算例采用软件进行仿真计算，车辆部分结构参数见下表。控制系统模型结构为：阶次，网络节点为，网络节点为，采用改进的算法。实际仿真计算时，选取一个能保证控制效果的较少网络节点数，以加快运算速度。先试算若干组随机初始权值做离线训练，选择其中能使算法收敛快的一组作为以后计算的初始权值。仿真计算启动后在首个控制周期约需步可达到要求的精度，在控制周期中权值的在线调整仅需步。其中模拟路面输入取为（）（）（）。采样周期，仿真时间，汽车车身加速度、速度、悬架变形量的仿真曲线如图、所示。结论由以上的仿真结果可以看出本文提出的这种神经网机械工程师

7、年第期汽车悬架的参数数据表车身质量悬架弹簧刚度悬架减振器的阻尼系数车轮质量轮胎刚度制造业信息化! !络自适应控制可以明显改善汽车的平顺性和安全性。参考文献戴唤云车辆主动控制的鲁棒控制成都：西南交通大学，：郝晓枫，戴焕云，徐军车辆主动悬挂的鲁棒控制设计及其数模混和仿真研究西南交通大学学报，（）：，（）：丛爽面向工具箱的神经网络理论与应用合肥：中国科学技术大学出版社，宋晓琳，王运龙，何友朗汽车主动悬架系统的模糊控制专用汽车，（）：（编辑毕胜）作者简介：赵开林（），男，在读硕士研究生，主要研究方向为机械制造及自动化。洪家娣（），女，教授，研究方向为机械系统智能控制与仿真。收稿日期：基金项目：黑龙江省

8、教育厅科学技术研究项目（）!拉压载荷对疲劳裂纹扩展影响的有限元分析索斌，宋欣，张嘉振（哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨）引言裂纹扩展模型认为裂纹的亚临界扩展过程是裂纹尖端反复锐化和钝化的过程，其原因就是由于裂尖产生了塑性变形，因此裂纹扩展的速度与裂尖的塑性区大小是对应的。目前已经提出了很多表征裂尖塑性区的模型，其中以，对裂纹尖端塑性区形状与尺寸的描述以及条状塑性区模型最为著名，但是上述模型仅仅描述了理想裂纹情况，并未考虑载荷和变形历史的影响，也没有考虑裂纹闭合现象的影响。长期以来人们认为压应力对裂纹扩展是没有影响的，认为当载荷是的时候裂纹是闭合的，但是大量的研究表明当载荷是的时候裂纹并不一定闭合，甚至有了一定的压应力存在的时候裂纹依然张开，这样就会在裂纹尖端形成一个空洞，于是压应力就对裂纹扩展产生影响。考虑了材料非线性和几何非线性的情况下，本文利用弹塑性有限元方法，就压应力对裂纹尖端塑性变形和对疲劳裂纹扩展的影响作了研究并得出了一定的结果。有限元模型的建立模型的几何部分实验中用到的是中心穿透裂纹板，尺寸如图所示，利用板的对称性在有限元中建立的模型是原试件的，并利用二维来实现对三维的模拟。有限元模型如图所示。机械工程师年第期摘要：利用