吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1810-1817.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20181122

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基于车辆响应的路面不平度识别方法

李杰(),郭文翠,赵旗,谷盛丰   

  1. 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130022
  • 收稿日期:2018-11-12 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 作者简介:李杰(1964-),男,教授,博士生导师. 研究方向:汽车仿真与控制. E-mail:lj@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    中国汽车产业创新发展联合基金重点项目(U1564213);国家自然科学基金国际(地区)合作与交流重点项目(61520106008);吉林省省校共建计划专项项目(SXGJSF2017-2-1)

Road roughness identification based on vehicle responses

Jie LI(),Wen-cui GUO,Qi ZHAO,Sheng-feng GU   

  1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control,Jilin University,Changchun 130022,China
  • Received:2018-11-12 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08

摘要:

针对路面不平度识别的问题,研究了基于车辆响应的NARX神经网络识别方法及其适用性。建立了汽车振动系统4自由度平面模型,通过仿真获得车辆响应和车轮路面不平度。对于NARX神经网络及其应用选择、输入方案优化和评价指标进行了研究,提出了车辆响应选择和组合优化的解决方案。采用NARX神经网络识别了常用的B级路面和车速为60 km/h下某轿车的前轮路面不平度,其相关系数和均方根误差分别达到96.75%和0.003 3。考虑了训练采样点数、车辆响应随机噪声、车速和路面等级的变化对训练完成的NARX神经网络效果的影响,说明了基于车辆响应识别路面不平度的NARX神经网络方法的适用性。研究结果表明,采用正交试验设计确定NARX神经网络优化输入方案和基于车辆响应识别路面不平度取得了满意的结果,两者具有良好的适用性。

关键词: 车辆工程, 路面不平度识别, 车辆响应, NARX神经网络

Abstract:

To solve the problem of road roughness identification, a NARX neural network identification method and its applicability are studied based on vehicle responses. A four degree of freedom plane model of vehicle vibration system is established, thus, the vehicle responses and road roughness of wheel can be obtained by simulation. The application selection, input scheme optimization and evaluation index of NARX neural network are studied, and the solutions of vehicle response selection and its combination optimization are put forward. The NARX neural network is used to identify the road roughness at front wheel of a car under the common road grade B and 60 km/h driving speed, for which the correlation coefficient and root mean square error are 96.75% and 0.003 3, respectively. The influences of training sampling points, vehicle response random noise, vehicle speed, and road grade on the NARX neural network are considered, and the adaptability of NARX neural network method for road roughness identification based on vehicle responses is illustrated. The results show that the use of orthogonal test design to determine the optimal input scheme of the NARX neural network and the identification of road roughness based on vehicle responses can achieve satisfactory performance and good applicability.

Key words: vehicle engineering, road roughness identification, vehicle response, NARX neural network

中图分类号: 

  • U461.4

图1

汽车振动系统4自由度平面模型"

图2

NARX神经网络的典型构型"

表1

NARX神经网络正交试验设计的评价指标"

方案 R/% RMSE 方案 R/% RMSE
1 0.00 0.015 00 17 96.29 0.003 48
2 26.47 0.013 40 18 95.05 0.004 38
3 16.72 0.013 52 19 93.06 0.004 66
4 36.87 0.012 22 20 96.21 0.003 54
5 29.07 0.013 50 21 92.85 0.004 84
6 43.41 0.014 30 22 91.18 0.006 00
7 43.36 0.012 38 23 94.93 0.003 76
8 32.84 0.014 28 24 84.89 0.005 98
9 75.44 0.008 96 25 42.26 0.013 62
10 93.43 0.004 50 26 32.13 0.015 26
11 72.52 0.008 94 27 48.30 0.014 24
12 93.59 0.004 44 28 47.91 0.012 02
13 94.39 0.004 26 29 19.28 0.015 32
14 94.51 0.004 38 30 21.52 0.015 42
15 95.44 0.003 70 31 36.46 0.013 44
16 96.35 0.003 30 32 28.76 0.014 38

图3

NARX神经网络优化输入方案的识别结果"

表2

不同训练采样点数的评价指标"

采样点数 R/% RMSE
216 38.75 0.012 0
240 58.69 0.012 3
270 65.46 0.012 1
310 83.93 0.007 0
360 83.39 0.006 8
432 91.33 0.006 6
540 93.17 0.005 9
720 93.29 0.006 0
1080 93.56 0.005 0

表3

不同信噪比的评价指标"

信噪比/dB R/% RMSE
1 68.10 0.013 2
3 77.97 0.008 0
5 84.47 0.007 5
10 87.82 0.006 7
20 92.71 0.004 6

表4

不同车速的评价指标"

车速/(km·h-1) R/% RMSE
40 89.66 0.005 6
50 96.94 0.002 9
60 95.25 0.003 7
70 96.18 0.003 1
80 89.56 0.004 4

表5

不同路面等级的评价指标"

路面等级 R/% RMSE
A级 92.26 0.005 6
B级 94.70 0.005 0
C级 85.02 0.014 6
D级 62.06 0.036 8
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