基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的汽車主動懸架系統(tǒng)研究.pdf

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1、輕型汽車技術(shù)2011(11／12)總267／268技術(shù)縱橫3基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的汽車主動懸架系統(tǒng)研究袁傳義貝紹軼何慶張焱黃學(xué)勤(江蘇技術(shù)師范學(xué)院汽車工程學(xué)院)摘要在建立的主動懸架系統(tǒng)整車動力學(xué)模型基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，設(shè)計了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的汽車主動懸架系統(tǒng)，分別進行了隨機路面輸入和正弦波凸起輸入的仿真計算和分析。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的被動懸架系統(tǒng)相比，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制主動懸架系統(tǒng)的質(zhì)心垂直加速度峰值和標(biāo)準(zhǔn)差分別下降了55．38％和59．04％；車輛以5m／s速度駛過正弦波凸起時，質(zhì)心垂直加速度峰值比被動系統(tǒng)減少了49．96％，有效提高

2、了車輛的行駛平順性。關(guān)鍵詞：車輛主動懸架模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行駛平順性隨機路面輸入和正弦波凸起輸入的仿真計算和分1引言析。懸架系統(tǒng)主要是吸收并緩和行駛時路面不平引2系統(tǒng)模型的建立起車輪跳動而傳給車架的沖擊和振動，其性能的好壞直接影響車輛的行駛平順性。隨著人們對車輛行2．1主動懸架系統(tǒng)模型駛平順性要求的Et益提高，阻尼和剛度不可調(diào)節(jié)的車身垂直加速度的變化反應(yīng)了汽車平順性的傳統(tǒng)被動懸架已經(jīng)不能滿足需求，而主動懸架系統(tǒng)好壞，車身俯仰角、車身側(cè)傾角體現(xiàn)了汽車的行駛可以根據(jù)車輛當(dāng)前的運動狀態(tài)實時調(diào)節(jié)懸架特性，安全性，因此建立了包括車身俯仰和車身側(cè)傾的整使車輛在任何工況下均能

3、獲得較好的行駛平順車動力學(xué)模型，如圖1。得出車身的垂直運動方程：性，國內(nèi)外眾多學(xué)者對主動懸架系統(tǒng)展開了大量nvZ=F21+F22+F23+F24(1)研究【1∞,4,sl。車身俯仰運動方程為：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行計算、分布式信息存儲、容錯Io0=Zr(F21+I一F為+I(2)能力強以及具備自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能等優(yōu)點，但神經(jīng)網(wǎng)車身側(cè)傾運動方程為：絡(luò)不適于表達基于規(guī)則的知識。模糊邏輯是一種處I=mgh+(F2l+F23一F22一F24)d(3)理不確定性、非線性和其它不適應(yīng)問題的有力工具，非懸掛質(zhì)量垂直運動方程為：比較適合于表達模糊或定性的知識，其推理方式類m1jz1i=

4、k(z0i—z1一(i=l，2，3，4)(4)似于人的思維模式，但缺乏自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。模考慮橫向穩(wěn)定桿對車身側(cè)傾角的影響，主動懸糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是兩者結(jié)合的產(chǎn)物，取長補短，是利用神架作用合力：經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)模糊系統(tǒng)的功能。。結(jié)合模糊控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，設(shè)計F21=k：。(Zil"Z21)+C21(Z11,)(一)+f21(5)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的主動懸架系統(tǒng)，分別進行4技術(shù)縱橫輕型汽車技術(shù)2011(11／12)總267／268型可以用一階濾波白噪聲來描述閉：z~=-21『0i+21TX／Go1，∞i(【)(i=1，2)(13)后輪的輸入Qi=zd(t一下

5、)下=(2l=Zr)／0=3，4)(14)G0為路面不平度系數(shù)，v為車速，tO(1)為均值為零的Gauss白噪聲，f0為下截止頻率，下為前后輪激勵時間差。3主動懸架控制系統(tǒng)設(shè)計3．1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計建立的主動懸架模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)如圖2所示。圖1主動懸架整車動力學(xué)模型Fz2=k=(z(一)+f22(6)Fz=k∞(z，一z23)+c，~kf(一—Z13-Z一14)+f2，(7)Fzl424)d＼一芻d)／+f2一4(8)圖2主動懸架模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)框圖當(dāng)俯仰角0、側(cè)傾角在小范圍內(nèi)，近似有圖中kl,k和k，為量化因子，k為比例因子。從Z21~Z一If0一d

6、(9)圖2中可以看出，主動懸架整車動力學(xué)系統(tǒng)的輸入z==zs-／f0+d(10)為路面白噪聲∞)，輸出為車身質(zhì)心垂直加速度z23=z,+lt0+d(11)毫、車身側(cè)傾角、車身俯仰角0等車身姿態(tài)方面z24=z+／f0-d(12)的變量。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器根據(jù)車輛系統(tǒng)的輸式中，。、Z為車身垂直位移、車身垂直速度、出，經(jīng)過量化、模糊化、控制規(guī)則和清晰化等過程，車身垂直加速度，F(xiàn)為懸架對車身的合力，，L為輸出主動懸架系統(tǒng)作動器作用力，實現(xiàn)對主動懸車身俯仰轉(zhuǎn)動慣量、車身側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量，0、0、0架系統(tǒng)的閉環(huán)控制。為車身俯仰角、車身俯仰角速度、車身俯仰角加速3．2控制系統(tǒng)策

7、略度，、、為車身側(cè)傾角、側(cè)傾角速度、側(cè)傾角加本文設(shè)計的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由4層神經(jīng)元速度'ff、z、分別為前、后軸到質(zhì)心的距離，d為1／2輪組成，其結(jié)構(gòu)及各層神經(jīng)元功能如圖3所示，神經(jīng)距，m。i為非懸掛質(zhì)量，k為懸架剛度，c為懸架阻元層I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分別代表變量輸入層、隸屬度函尼系數(shù)，ki為輪胎剛度，為路面位移，。i、z。為數(shù)層、模糊規(guī)則層和解模糊層。本文所設(shè)計的控制非懸掛質(zhì)量垂直位移、垂直速度、垂直加速度，、、器選用質(zhì)心垂直加速度、車身側(cè)傾角、車身俯z為懸掛質(zhì)量垂直位移、垂直速度、垂直加速度，k仰角0作為輸入，主動懸架作用力作為輸出。k分別為前、后懸架穩(wěn)定桿角

8、剛度，為主動懸架作x表示模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)第