空气悬架系统动态载荷的识别.pdf

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1、第26卷第3期1302010年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、7b1．26No．3Mat．2010空气悬架系统动态载荷的识别。杨斌1，唐海燕2(1．铜陵学院机械工程系，铜陵244000；2．空军航空大学航空理论系，长春130000)摘要：针对空气悬架系统主动控制中神经辨识器的离线训练问题，利用BP神经网络实现从空气悬架系统非簧载质量振动加速度空间到其动态载荷空间的映射。建寺带有空气悬架系统的114工程车辆动态模型，通过仿真得出了工程车辆空气悬架系统的非簧载质量振动加速度和动态

2、载荷数据，以空气悬架系统的非簧载质量振动加速度数据作为神经网络的输入，动态载荷数据作为神经网络的输出，训练BP神经网络，并对训练好的BP神经网络进行泛化能力的测试，路面输入采用幅值为O．01111，频率为1rad／$正弦波时，识别误差率在30％以内的点占总数的82．95％；以幅值为O．02m，频率为2rad／s的正弦波作为系统的路面输入，识别误差率在30％以内的点占总数的77．94％。结果表明BP神经网络能够对不同的路面输入具有较好的适应性。关键词：动态载荷，神经网络，信号分析，空气悬架doi：10．3

3、969／j．issn．1002—6819．2010．03．022中图分类号：U463．33文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一03-0130—05杨斌，唐海燕．空气悬架系统动态载荷的识别[J]．农业工程学报，2010，26(3)：130--134．YangBin，TangHaiyan．Identificationofdynamicloadofairsuspensionsystem[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(3)：130—134．(inChine

4、sewithEnglishabstract)0引言1空气弹簧的工作原理目前自行式工程车辆大多采用刚性悬架系统，这就限制了其最大车速(一般不超过35km／h)，工程实践中对自行式工程车辆的车速提出了更高的要求【1】。由于空气悬架具有灵活改变刚度的特性，能有效改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性【引，在工程车辆上的应用范围不断扩大。为了进一步提高工程车辆的行驶速度，改善工程车辆的行驶平顺性及操纵稳定性，空气悬架系统的主动控制技术是其未来发展的主要方向之一【3】。近年来，许多学者提出了各种应用于车辆主动空气悬架系

5、统的设计和控制理论，但是对空气悬架系统实施主动控制需要首先对其进行辨识，利用辨识器得出的结果由控制器按照一定的控制规律来产生控制信号。由于工程车辆的空气悬架系统是复杂的非线性系统，基于BP神经网络的非线性映射能力及分布式的处理方式，采用神经网络辨识器可以有效地辨识出空气悬架系统的动态特性，然后控制器就能够利用神经网络辨识器的信息对空气悬架系统进行控制【4j。针对BP神经网络收敛速度慢的问题，神经网络辨识器的离线训练是解决这一问题的有效途径。本文以空气悬架系统非簧载质量振动加速度作为BP神经网络的输入，利

6、用神经网络通过空气悬架非簧载质量振动加速度来识别空气悬架系统的动态载荷。以空气悬架动态载荷的识别为基础来设计神经网络辨识器，能够实现神经网络辨识器的离线训练，缩短神经网络辨识器的反应时间，提高控制系统的响应速度。收稿日期：2009-07-02修订日期：2009．114)1基金项目：安徽省高校青年教师资助计划项目(2008jql144)作者简介：杨斌(1973--)，男，主要研究方向为现代设计方法。铜陵铜陵学院机械工程系，244000。Email：yangbinwindows@163．踟空气弹簧以压缩空气

7、为弹性介质，利用空气的可压缩性制成。从窄气弹簧的计算角度来说，在实际工作过程中，空气弹簧内的压缩空气要与外加载荷相平衡，则式中：p—_夕h加载荷，N：卜空气弹簧内的空气压力，Pa；彳——空气弹簧的有效承载面积，n12。在空气弹簧振动过程中，假定空气弹簧的垂直位移为工，空气弹簧内的空气压力和有效承载面积均为X的函数。同时，在此过程中，由于气体变化过程很快，来不及与外界进行热交换，因此其为绝热过程【5】o则(Po+只)Vo"=(P+只)矿”(2)式中：P仃一空气弹簧处于平衡位置时的气体压力，Pa；P口一大气

8、压力，Pa；吩一空气弹簧处于平衡位置时的气体容积，m3；m——气体的多变指数；卜空气弹簧位移为x时气体容积，m3。由式(2)得P=(昂+只)(，等]”一￡(3)则肚胁I(Po+Po)(等]”-P=l彳㈤空气弹簧的刚度为也=誓2[c昂+只，(軎]“一只]罢。5，嘲(批)时歹1idV第3期杨斌等：空气悬架系统动态载荷的识别131由式(3)得乞=尸些(ix一彳所(尸+只)矿1idV‘、“矿舐平衡状态下，肛Vo，A=Ao，尸矾。带入式(6)，可得平