王鵬

汽車爬坡能力建模與控制仿真

王鵬

（山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，山西 長治 046011）

文章對汽車爬坡能力進行了參數(shù)的設(shè)計與計算，對其進行數(shù)學(xué)建模并用Matlab軟件進行系統(tǒng)仿真，通過調(diào)試，分析系統(tǒng)仿真波形，最終確定了汽車最大的爬坡角度。

汽車；爬坡能力；仿真

引言

1 車輛爬坡能力的理論基礎(chǔ)

（2）

汽車在日常爬坡過程中，爬坡能力會受到路面附著系數(shù)的限制，所以我們應(yīng)該對汽車驅(qū)動輪附著系數(shù)進行計算。

我們以前輪驅(qū)動的轎車為例，在爬坡時，主要的行駛阻力為加速阻力和爬坡阻力之和，此時空氣阻力與滾動阻力可忽略不計。

車輛在爬坡時的前軸靜態(tài)荷載為：

前輪驅(qū)動的附著系數(shù)為：

2 實例仿真計算

表1 發(fā)動機外特性參數(shù)

根據(jù)理論分析編寫M程序，具體程序如下：

1=[3.416 1.894 1.28 0.914 0.757]；%變速器傳動比；

r=0.272；2=4.388；=0.9；%r為車輪半徑，為傳動系機械效率；

G=970*9.8；L=2.335；a=1.12；g=0.71；b=L-a；%g為汽車重心到地面高度；

k=1:5；%5個前進檔；

1k=[800 800 800 800 800 800]；%每檔初始發(fā)動機轉(zhuǎn)速；

1m=[5400 5400 5400 5400 5400]；%每檔最終發(fā)動機轉(zhuǎn)速；

1k=0.377.*r.*1k(k)./(1(k).*2)；%每檔起始車速；

1m=0.377.*r.*1m(k)./(1(k).*2)；%每檔終止車速；

f0=0.009；f1=0.002；f4=0.0003；%滾動阻力系數(shù)；

C=0.3；A=2.3；%C為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積。

for k=1:5

if k==1

u=1k(k):1m(k)；

n=1(k)*0.*u./r./0.377；

t=57.793+1.8363.*(n./100)-2.8832.*(n./1000).^2-8.7594e-11.*n.^3；%發(fā)動機轉(zhuǎn)矩外特性進行4階多項式擬合后忽略4次項：

F=t*1(k)*2/r；

f=f0+f1.*(u./100)+f4.*(u./100).^4；

F=G*f；

F=Cd*A.*u.^2./21.15；

=arcsin((F-F-F)/G)；

I=tan()；

1max=max(I)；%求1檔最大爬坡度

max=max()*180/pi；%換算成度

disp '~~~~~計算結(jié)果~~~~~~'

fprintf('1檔的最大爬坡度為1max=%3.3f ',1max)

fprintf('1檔的最大爬坡角為max=%3.2f度 ',max)

plot(u,I)；

hold on

grid on

Else if k==2

u=1k(k):1m(k)；

n=1(k)*2.*u./r./0.377；

t=57.793+1.8363.*(n./100)-2.8832.*(n./1000).^2-8.7594e-11.*n.^3；

F=t*1(k)*2/r；

f=f0+f1.*(u./100)+f4.*(u./100).^4；

F=G*f；

F=Cd*A.*u.^2./21.15；

=arcsin((F-F-F)/G)；

I=tan()；

2max=max(I)；

plot(u,I)；

hold on

grid on

q=1max；%確定等效坡度；

C1=q*L/(b-g*q)；

=0.7；

fprintf('C1=%3.2f ',C1)

ifC1>

disp '由于C1>，現(xiàn)重新計算'

q=b/L/(1/+g/L)；

=arctan(q)*180/pi；

fprintf('汽車行駛實際最大坡度為 q=%3.2f ',q)

fprintf('汽車行駛實際最大坡度角為=%3.2f度 ',)

else

disp'=0.7，能滿足附著要求'

q=b/L/(1/+g/L)；

=arctan(q)*180/pi；

fprintf('該車1檔最大爬坡度為，1max=%3.2f ',1max)

fprintf('該車行駛實際最大坡度角為max=%3.2f度 'max,)

end

運行以上程序可得到以下計算結(jié)果：

1檔的最大爬坡度為1max=0.547，max=28.56?,而前驅(qū)汽車勻速上坡時要求的附著系數(shù)為C1=1.55，此時C1>， 重新計算q=b/L/(1/+g/L)可得汽車能通過的實際最大坡度為 q=0.30，最大爬坡角為=16.24?

圖2 汽車爬坡圖

圖2明顯地表示出前輪驅(qū)動汽車各檔位的爬坡角度。經(jīng)過仿真計算，其結(jié)果可得，在實際地面附著系數(shù)=0.7的路面上，該車1檔的爬坡能力是無法實現(xiàn)的。經(jīng)過重新校核計算，汽車行駛能通過的最大坡度為16.24?。

[1] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992.

[2] 張森,張正亮.MATLAB仿真技術(shù)與實際應(yīng)用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[3] 宋志安.MATLAB/Simulink與機電控制系統(tǒng)仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011.

[4] 張秀峰.MATLAB機電控制系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[5] 喻凡.車輛動力學(xué)及控制[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

[6] 靳曉雄,張立軍,江浩.汽車振動分析[M].上海:同濟大學(xué)出版社, 2002.

Modeling and Control Simulation of Gradeability of vehicles

Wang Peng

( Department of Automotive Engineering Shanxi Institute of Mechanical & Engineering, Shanxi Changzhi 046011 )

This article carries on the parameter design and the calculation to the climbing ability of the automobile, carries on the mathematical modeling and uses the Matlab software to carry on the system simulation, through the debugging, analyses the system simulation waveform, finally determined the motor vehicle maximum climbing angle.

Vehicles; Gradeability; Simulate

U270.1+1

A

1671-7988(2019)13-88-03

U270.1+1

A

1671-7988(2019)13-88-03

王鵬（1981-），男，山西長治市人，碩士，講師，就職于山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，主要從事汽車電子及自動化方面的研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.031