一种基于栈式自编码的主动悬架系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于栈式自编码的主动悬架系统及其工作方法。所述基于栈式自编码的主动悬架系统，包括控制单元和分别设置在四个车轮上的信号采集单元；所述信号采集单元包括，车身加速度传感器、车轮加速度传感器、轮速传感器、空气弹簧和磁流变减振器；控制单元与四个信号采集单元连接。本发明专利技术所述基于栈式自编码的主动悬架系统，将栈式自编码器用于汽车行驶模式的识别，实现汽车空气弹簧模式的选择和磁流变减震器模式的选择；根据路况寻优出最佳的调节因子，保证车辆的平顺性和操纵稳定性；节约能源的同时实现控制效果最优。

An active suspension system based on trestle self coding and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种基于栈式自编码的主动悬架系统及其工作方法
本专利技术涉及一种基于栈式自编码的主动悬架系统及其工作方法，属于汽车主动悬架系统控制的

技术介绍
安全、快捷、舒适的行驶是汽车普遍追求的目标，而频繁的交通安全事故以及随之而来的主动安全问题一直是社会所关注的重大难题。乘坐舒适性和操纵稳定性是汽车两大重要性能指标。目前，人们对汽车悬架的研究，主要还是针对乘坐舒适性。而在特殊工况下，悬架成为主动安全，特别是提高侧倾稳定性的重要执行机构。在设计主动悬架时，要考虑抑制簧载质量的振动和车轮跳动，同时要抑制车辆的侧倾运动，以提高汽车的乘坐舒适性和操纵稳定性。现有主动悬架无法实现不同路况下控制模式实时切换控制，浪费能源且无法使性能达到最优。栈式自编码是深度学习的一种，是一种无监督学习算法，其应用反向传播，将目标值设置为输入。编码器尝试学习身份功能的近似值，以便输出与输入相似。以正向顺序运行每一层的编码步骤，给出堆叠式自动编码器的编码步骤，以相反的顺序运行每个自动编码器的解码堆栈得到解码步骤。这样，可以将最深的隐藏单元的激活值作为分类器的特征，将栈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于栈式自编码的主动悬架系统，其特征在于，包括控制单元和分别设置在四个车轮上的信号采集单元；所述信号采集单元包括，车身加速度传感器、车轮加速度传感器、轮速传感器、空气弹簧和磁流变减振器；控制单元与四个信号采集单元连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于栈式自编码的主动悬架系统，其特征在于，包括控制单元和分别设置在四个车轮上的信号采集单元；所述信号采集单元包括，车身加速度传感器、车轮加速度传感器、轮速传感器、空气弹簧和磁流变减振器；控制单元与四个信号采集单元连接。


2.根据权利要求1所述的基于栈式自编码的主动悬架系统，其特征在于，所述信号采集单元依次通过电荷放大器和数据采集仪与控制单元连接。


3.一种如权利要求1-2任意一项所述主动悬架系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)构建栈式自编码神经网络；
1.1)训练第一隐藏层；在不同路况下，将四个信号采集单元采集的信号作为输入信号，训练栈式自编码器；所述栈式自编码器学习得到输入信号的一阶特征；
1.2)训练第二隐藏层；将输入信号的一阶特征作为输入，训练栈式自编码器得到二阶特征；
1.3)将所述二阶特征作为softmax分类器层的输入，训练得到一个能将所述二阶特征映射到数字标签的模型；
2)通过栈式自编码网络进行主动悬架系统的模式识别；主动悬架系统的模式包括舒适模式和安全模式；
3)根据主动悬架系统的模式进行相应的控制；
3.1.1)为实现舒适模式的控制，建立车辆悬架系统七自由度车模型，其中，车身具有垂向、侧倾、俯仰三个自由度，四个车轮分别具有一个垂向运动的自由度；其中，a、b为前、后轴距，前轴距是指车辆质心到前轴的距离，后轴距是指车辆质心到后轴的距离，B为轮距，zs为车身垂向位移，θ为车身俯仰角，为车身侧倾角，zsf1、zsf2、zsr1、zsr2为簧上质量垂向位移、ztf1、ztf2、ztr1、ztr2为簧下质量垂向位移，ksf1、ksf2、ksr1、ksr2为空气弹簧的弹簧刚度、csf1、csf2、csr1、csr2为磁流变减振器的阻尼系数，ktf、ktr为前排轮胎、后排轮胎的刚度，qf1、qf2、qr1、qr2为路面输入；
3.1.2)为实现安全模式的控制，建立车辆悬架系统四自由度半车模型，其中车身具有垂向、侧倾两个自由度，左右两侧车轮分别具有一个垂向运动的自由度；ms为车身质量；zsl、zsr分别为车身左、右两侧的位移；mtl、mtr为左右两侧车轮的质量，左右两侧车轮垂向位移分别为ztl、ztr；hs为簧上质量质心到侧倾轴线的距离，ql、qr分别为左、右两侧车轮的路面输入；ksl、ksr分别为左、右两侧悬架弹簧的弹簧刚度，csl、csr分别为左、右两侧减振器的阻尼系数；h为簧上质量质心到地面的距离；
3.2.1)对于空气弹簧，当识别出的模式为舒适模式时，以车身质心处的垂向加速度为评价指标，优化参数为四个空气弹簧的刚度ksf1、ksf2、ksr1、ksr2，在进行基于差分进化算法的弹簧刚度寻优时，所取的系统适应度函数为：




为优化后簧上质量垂向速度均方根值，为优化后簧上质量垂向加速度均方根值，为被动悬架系统簧上质量垂向速度均方根值，为被动悬架系统簧上质量垂向加速度均方根值；
约束条件如下：
考虑车轮与路面间轮胎动载荷及车身悬架动挠度；车辆行驶时，要避免轮胎离开地面，轮胎与路面的动载荷小于静载荷，即



其中，fktf1、fktf2、fktr1、fktr2为四个轮胎静载荷；根据车辆静态力平衡及力矩平衡方程获得四个轮胎的静载荷为：
其中，g为重力加速度，mtf为前排的单个轮胎质量，mtr为后排的单个轮胎质量；
由于悬架机械结构的行程限制，将悬架的动行程zsi-zti(i＝f1、f2、r1、r2)限制在一定范围内；避免撞击限位块破坏舒适性；对应的约束条件为：



其中，Smax为允许的车辆悬架工作空间限位；
最终，得到寻优后的四个空气弹簧刚度，作为舒适模式的弹簧刚度；
3.2.2)对于空气弹簧，当识别出的行驶模式为安全模式时，以车身侧倾角的加速度作为评价指标优化，优化参数为空气弹簧的刚度ksf1、ksf2、ksr1、ksr2，在进行基于差分进化算法的弹簧刚度寻优时，所取的系统适应度函数为：




为优化后车身侧倾角均方根值，为优化后车身侧倾角的加速度均方根值，为被动悬架系统车身...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玲玲，侯力文，牛宁，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37