兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2698-2711.doi: 10.12382/bgxb.2023.0590
收稿日期:
2023-06-19
上线日期:
2023-10-19
通讯作者:
基金资助:
PANG Hui*(), WANG Mingxiang, WANG Lei, ZHENG Lizhe
Received:
2023-06-19
Online:
2023-10-19
摘要:
为提升车辆的行驶平稳性和安全性,针对具有输入死区和饱和特性的汽车主动悬架系统,设计一种基于事件触发(Event Trigger, ET)和长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)神经网络的智能振动控制器。在构建四分之一车辆主动悬架模型基础上,提出一种高效的ET控制器,能够有效缓解通信紧张问题和避免控制器固有的芝诺现象,提高控制器的稳定性和可靠性。为了进一步增强控制器的智能性和自适应性引入了LSTM神经网络,利用径向基函数神经网络来模拟和生成不同条件下的响应数据实现LSTM神经网络的训练,以精确预测并补偿作动器的死区和饱和影响,进而使主动悬架系统的垂直加速度趋近于0m/s2,从而极大地提升了乘坐舒适性。通过数值仿真验证所设计控制器的适用性和有效性。研究结果表明,所设计的控制器在多种工况下能够有效提高主动悬架系统的动态性能。
中图分类号:
庞辉, 王明祥, 王磊, 郑理哲. 基于事件触发的汽车主动悬架振动控制器设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2698-2711.
PANG Hui, WANG Mingxiang, WANG Lei, ZHENG Lizhe. Design of Event Trigger-based Vibration Control for Active Suspension System[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2698-2711.
参数 | 数值 |
---|---|
ms/kg | 492 |
mu/kg | 40 |
ks/(N·m-1) | 46021 |
kt/(N·m-1) | 238145 |
c/(N·s·m-1) | 2040 |
表1 主动悬架系统参数
Table 1 Parameter values of active suspension model
参数 | 数值 |
---|---|
ms/kg | 492 |
mu/kg | 40 |
ks/(N·m-1) | 46021 |
kt/(N·m-1) | 238145 |
c/(N·s·m-1) | 2040 |
符号 | 数值 | 符号 | 数值 |
---|---|---|---|
q1 | 7.792×104 | nin, nim,nout | 3,5,1 |
q2 | 9.1831×104 | Igc | 0.05 |
q3 | 9.6057×104 | nlstm, nFcln | 200,50 |
rlBP | 0.2 | rlLSTM | 0.01 |
Nmax | 200 | Ggt | 1 |
Nmin | 20 | rAR | 0.5 |
表2 主动悬架系统仿真所需参数
Table 2 Parameter values of active suspension model
符号 | 数值 | 符号 | 数值 |
---|---|---|---|
q1 | 7.792×104 | nin, nim,nout | 3,5,1 |
q2 | 9.1831×104 | Igc | 0.05 |
q3 | 9.6057×104 | nlstm, nFcln | 200,50 |
rlBP | 0.2 | rlLSTM | 0.01 |
Nmax | 200 | Ggt | 1 |
Nmin | 20 | rAR | 0.5 |
控制器 | RMS | yuRMS | F RMS |
---|---|---|---|
Passive | 0.3827 | 0.002340 | 243.9 |
ET-BPNN | 0.3637 | 0.001871 | 225.6 |
ET-LSTM | 0.3060 | 0.001821 | 207.3 |
表3 凸块路面下主动悬架性能指标RMS对比
Table 3 Comparison of RMSs of active suspension performance on bump road
控制器 | RMS | yuRMS | F RMS |
---|---|---|---|
Passive | 0.3827 | 0.002340 | 243.9 |
ET-BPNN | 0.3637 | 0.001871 | 225.6 |
ET-LSTM | 0.3060 | 0.001821 | 207.3 |
控制器 | RMS | yuRMS | F RMS |
---|---|---|---|
Passive | 0.938 | 0.01092 | 567.1 |
ET-BPNN | 0.791 | 0.008958 | 399.1 |
ET-LSTM | 0.494 | 0.008127 | 263.7 |
表4 随机路面下主动悬架性能指标RMS对比
Table 4 Comparison of RMSs of active suspension performance on random road
控制器 | RMS | yuRMS | F RMS |
---|---|---|---|
Passive | 0.938 | 0.01092 | 567.1 |
ET-BPNN | 0.791 | 0.008958 | 399.1 |
ET-LSTM | 0.494 | 0.008127 | 263.7 |
车速/ (m·s-1) | 控制 算法 | RMS( ) | RMS (yu) | RMS (F) |
---|---|---|---|---|
Passive | 0.469 | 0.005458 | 233.5 | |
5 | ET-BPNN | 0.4354 (↓7.16%) | 0.004479 (↓17.9%) | 220.9 (↓5.4%) |
ET-LSTM | 0.3955 (↓15.67%) | 0.003478 (↓36.28%) | 199.5 (↓14.56%) | |
Passive | 0.6633 | 0.007716 | 330.3 | |
10 | ET-BPNN | 0.6157 (↓7.17%) | 0.006334 (↓17.9%) | 312.5 (↓5.4%) |
ET-LSTM | 0.5593 (↓15.68%) | 0.004919 (↓36.25%) | 282.2 (↓14.56%) | |
Passive | 0.8124 | 0.009453 | 402.5 | |
15 | ET-BPNN | 0.7641 (↓5.9%) | 0.007758 (↓17.93%) | 382.7 (↓4.92%) |
ET-LSTM | 0.685 (↓15.68%) | 0.006024 (↓36.27%) | 345.6 (↓14.14%) |
表5 不同速度随机路面下主动悬架性能指标RMS对比
Table 5 Comparison of RMSs of active suspension performance on random road at different speeds
车速/ (m·s-1) | 控制 算法 | RMS( ) | RMS (yu) | RMS (F) |
---|---|---|---|---|
Passive | 0.469 | 0.005458 | 233.5 | |
5 | ET-BPNN | 0.4354 (↓7.16%) | 0.004479 (↓17.9%) | 220.9 (↓5.4%) |
ET-LSTM | 0.3955 (↓15.67%) | 0.003478 (↓36.28%) | 199.5 (↓14.56%) | |
Passive | 0.6633 | 0.007716 | 330.3 | |
10 | ET-BPNN | 0.6157 (↓7.17%) | 0.006334 (↓17.9%) | 312.5 (↓5.4%) |
ET-LSTM | 0.5593 (↓15.68%) | 0.004919 (↓36.25%) | 282.2 (↓14.56%) | |
Passive | 0.8124 | 0.009453 | 402.5 | |
15 | ET-BPNN | 0.7641 (↓5.9%) | 0.007758 (↓17.93%) | 382.7 (↓4.92%) |
ET-LSTM | 0.685 (↓15.68%) | 0.006024 (↓36.27%) | 345.6 (↓14.14%) |
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