車輛半主動(dòng)懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制研究

1、基金項(xiàng)目：江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（）!車輛半主動(dòng)懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制研究趙開林，洪家娣（華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，南昌）引言傳統(tǒng)懸掛系統(tǒng)的阻尼一般是在設(shè)計(jì)條件下經(jīng)參數(shù)優(yōu)化而確定的，一經(jīng)選定，在車輛運(yùn)行中無法針對車輛狀態(tài)和線路條件等因素的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就限制了懸掛性能的進(jìn)一步提高。近年來車輛半主動(dòng)控制受到重視，由于懸掛系統(tǒng)采用阻尼可控元件，并采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)車體加速度等反饋信號(hào)調(diào)節(jié)阻尼力，使懸掛始終處于最佳減振狀態(tài)，改善了平穩(wěn)性，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，因而有較好的發(fā)展前景。因此，設(shè)計(jì)合理的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)是衰減車輛振動(dòng)、提高平穩(wěn)性的途徑。阻尼力的控制策略一直是車輛半主動(dòng)控制研究的重點(diǎn)。

2、由于半主動(dòng)懸掛是一非線性系統(tǒng)，常規(guī)的控制策略應(yīng)用于非線性系統(tǒng)有一定局限性，為了更好地逼近實(shí)際系統(tǒng)，獲得更佳控制效果，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法越來越受到重視。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以逼近任意非線性函數(shù)，具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能，用作控制器和辨識(shí)器具有自適應(yīng)能力和不依賴于模型的特性，且簡單有效，適用于解決車輛懸掛非線性系統(tǒng)的控制問題。系統(tǒng)模型的建立由于懸架系統(tǒng)這一被控對象的復(fù)雜性，在建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，就需要在模型的簡化和精確度之間進(jìn)行折衷。本文研究的是對車輛垂直方向的振動(dòng)進(jìn)行減振，因此不考慮車輛的橫向振動(dòng)和前后的俯仰振動(dòng)，為了簡化研究對象，突出問題的本質(zhì)，采用車輛兩自由度模型，見圖。圖中，非簧載質(zhì)量，簧載質(zhì)量，輪胎

3、剛度，懸架靜剛度，控制剛度，懸架阻尼器阻尼系數(shù)，路面激勵(lì)位移，非簧載質(zhì)量位移，簧載質(zhì)量位移。根據(jù)牛頓第二定律，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程為! （）（" " ）（）（）! （" " ）（）（）"" "式中，（）表示車輪動(dòng)載荷；（）為懸架的動(dòng)撓度，控制量為剛度，取狀態(tài)向量" " ! ，（）路面激勵(lì)速度為" （），設(shè)" （）因此控制方程為" "，式中（）（）#$%&( $%&(（）*+機(jī)械工程師年第期摘要：文中提出了一種汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制方法，用車身

4、垂直加速度作為主要控制目標(biāo)，以提高車輛行駛的平順性，同時(shí)在仿真控制研究中兼顧懸架動(dòng)撓度和車輪動(dòng)載荷的變化，以提高車輛行駛安全性和操縱穩(wěn)定性，通過仿真計(jì)算和分析驗(yàn)證了其可行性和有效性。關(guān)鍵詞：半主動(dòng)懸架；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；自適應(yīng)控制中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），（，）：，：；制造業(yè)信息化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的結(jié)構(gòu)與算法 圖為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖， 由于具有單隱層的層網(wǎng)即能逼近任意非線性函數(shù)，因此采用層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于對被控對象進(jìn)行在線辯識(shí)，另一個(gè)層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制器。圖為半主動(dòng)懸架神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辯識(shí)器模型，它是一個(gè)層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其作用是對懸架系統(tǒng)進(jìn)行在線辨識(shí)。設(shè)車輛半主動(dòng)懸架系統(tǒng)是一個(gè)單輸入單輸出非線性系統(tǒng)，可

5、描述為（）（），（），（），（）式中，（）為車身加速度在時(shí)刻的值；（）為系統(tǒng)在（）時(shí)刻剛度控制值；、分別為懸架系統(tǒng)的輸出和輸入，代表簧載質(zhì)量質(zhì)心處垂直振動(dòng)加速度（）（）式中，為期望輸出。由此可知，控制器的學(xué)習(xí)不象辨識(shí)器那樣為直接目標(biāo)導(dǎo)引式。權(quán)值對于誤差的梯度特性由網(wǎng)絡(luò)本身的梯度特性和被控對象的輸出與控制量之間的梯度特性共同組成。因此，如果不加修改地采用算法，則系統(tǒng)往往很難收斂到全局最優(yōu)解，所以不能直接采用通用的算法，而要采用特殊的學(xué)習(xí)規(guī)則。輸出層權(quán)值按下式修正（）（）! ! （）! 由于對象的特性! （）! 是未知的，因此，這里是利用辨識(shí)器的信息。因?yàn)榻?jīng)過適當(dāng)學(xué)習(xí)后，#將逼近，故! （）由!

6、#（）! 代替，則! #（）! ! 式中，和為隱層、輸出層的凈輸入。仿真算例采用軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，車輛部分結(jié)構(gòu)參數(shù)見下表?？刂葡到y(tǒng)模型結(jié)構(gòu)為：階次，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為，采用改進(jìn)的算法。實(shí)際仿真計(jì)算時(shí)，選取一個(gè)能保證控制效果的較少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，以加快運(yùn)算速度。先試算若干組隨機(jī)初始權(quán)值做離線訓(xùn)練，選擇其中能使算法收斂快的一組作為以后計(jì)算的初始權(quán)值。仿真計(jì)算啟動(dòng)后在首個(gè)控制周期約需步可達(dá)到要求的精度，在控制周期中權(quán)值的在線調(diào)整僅需步。其中模擬路面輸入取為（）（）（）。采樣周期，仿真時(shí)間，汽車車身加速度、速度、懸架變形量的仿真曲線如圖、所示。結(jié)論由以上的仿真結(jié)果可以看出本文提出的這種神經(jīng)網(wǎng)機(jī)械工程師

7、年第期汽車懸架的參數(shù)數(shù)據(jù)表車身質(zhì)量懸架彈簧剛度懸架減振器的阻尼系數(shù)車輪質(zhì)量輪胎剛度制造業(yè)信息化! !絡(luò)自適應(yīng)控制可以明顯改善汽車的平順性和安全性。參考文獻(xiàn)戴喚云車輛主動(dòng)控制的魯棒控制成都：西南交通大學(xué)，：郝曉楓，戴煥云，徐軍車輛主動(dòng)懸掛的魯棒控制設(shè)計(jì)及其數(shù)模混和仿真研究西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，（）：，（）：叢爽面向工具箱的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與應(yīng)用合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，宋曉琳，王運(yùn)龍，何友朗汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)的模糊控制專用汽車，（）：（編輯畢勝）作者簡介：趙開林（），男，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械制造及自動(dòng)化。洪家娣（），女，教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)智能控制與仿真。收稿日期：基金項(xiàng)目：黑龍江省

8、教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（）!拉壓載荷對疲勞裂紋擴(kuò)展影響的有限元分析索斌，宋欣，張嘉振（哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院，哈爾濱）引言裂紋擴(kuò)展模型認(rèn)為裂紋的亞臨界擴(kuò)展過程是裂紋尖端反復(fù)銳化和鈍化的過程，其原因就是由于裂尖產(chǎn)生了塑性變形，因此裂紋擴(kuò)展的速度與裂尖的塑性區(qū)大小是對應(yīng)的。目前已經(jīng)提出了很多表征裂尖塑性區(qū)的模型，其中以，對裂紋尖端塑性區(qū)形狀與尺寸的描述以及條狀塑性區(qū)模型最為著名，但是上述模型僅僅描述了理想裂紋情況，并未考慮載荷和變形歷史的影響，也沒有考慮裂紋閉合現(xiàn)象的影響。長期以來人們認(rèn)為壓應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展是沒有影響的，認(rèn)為當(dāng)載荷是的時(shí)候裂紋是閉合的，但是大量的研究表明當(dāng)載荷是的時(shí)候裂紋并不一定閉合，甚至有了一定的壓應(yīng)力存在的時(shí)候裂紋依然張開，這樣就會(huì)在裂紋尖端形成一個(gè)空洞，于是壓應(yīng)力就對裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生影響?？紤]了材料非線性和幾何非線性的情況下，本文利用彈塑性有限元方法，就壓應(yīng)力對裂紋尖端塑性變形和對疲勞裂紋擴(kuò)展的影響作了研究并得出了一定的結(jié)果。有限元模型的建立模型的幾何部分實(shí)驗(yàn)中用到的是中心穿透裂紋板，尺寸如圖所示，利用板的對稱性在有限元中建立的模型是原試件的，并利用二維來實(shí)現(xiàn)對三維的模擬。有限元模型如圖所示。機(jī)械工程師年第期摘要：利用