徐云杰，邱明安

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

汽車(chē)行駛加速度控制方法研究

徐云杰，邱明安

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710200）

為了解決汽車(chē)在仿真中加速度行駛的控制問(wèn)題，基于功率平衡原理，對(duì)汽車(chē)行駛中的受力進(jìn)行分析，建立汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型，完成汽車(chē)加速度控制方法的建立。在matlab/simulink環(huán)境中建立汽車(chē)加速度控制算法，在汽車(chē)的加速度分別為1m/s2，2m/s2,3m/s2進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明：隨著行駛加速度的增加，控制器對(duì)汽車(chē)行駛速度的控制精度逐漸下降，并且速度偏差隨之增大，但是基本可以保證汽車(chē)的行駛速度按照參考速度的變化趨勢(shì)變化。

carsim；simulink；加速度；仿真

CLC NO.:U461.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-07-03

引言

在現(xiàn)實(shí)中的汽車(chē)的行駛過(guò)程中，駕駛?cè)藢?duì)汽車(chē)的操作是很少進(jìn)行恒定加速度的加速行駛的。為了降低汽車(chē)的開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，仿真作為一個(gè)重要的開(kāi)發(fā)手段可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。但是在進(jìn)行汽車(chē)的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的動(dòng)力仿真和行駛中的安全性仿真中，為了簡(jiǎn)化汽車(chē)行駛控制過(guò)程中的控制算法的復(fù)雜行駛，需要進(jìn)行汽車(chē)恒定加速度的加速度控制。因此建立汽車(chē)的加速度控制方法具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

本文基于功率平衡原理，在carsim軟件中建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，并在matlab/simulink仿真環(huán)境中，建立汽車(chē)恒定加速度的控制方法，并在carsim和matlab/simulink的聯(lián)合仿真中對(duì)本文建立的控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1、加速度控制算法

基于汽車(chē)在行駛過(guò)程中的功率平衡原理，經(jīng)過(guò)對(duì)汽車(chē)行駛中的受力分析，建立平衡方程，依據(jù)該平衡方程確定在一定加速度下汽車(chē)所需要的扭矩，然后通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型，得到汽車(chē)所需要的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。

1.1 行駛中汽車(chē)的受力分析

在行駛過(guò)程中，汽車(chē)的所受到的力[1,2]包括驅(qū)動(dòng)力Ft，滾動(dòng)阻力Ff，空氣阻力Fw，坡道阻力Fi和加速阻力Fj。建立平衡方程

假設(shè)汽車(chē)在水平路面上以恒定的加速度行駛時(shí)，汽車(chē)發(fā)

假設(shè)汽車(chē)在水平路面上以恒定的加速度行駛時(shí)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)的輸出功率就為

在式（3）中參數(shù)m、δ、f、CD、A等都是已知的，這樣就可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的逆模，來(lái)確定汽車(chē)恒定加速度行駛時(shí)所需要的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。

1.2 建立汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型

在發(fā)動(dòng)機(jī)正模型中，是由發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)開(kāi)度和轉(zhuǎn)速來(lái)確定輸出轉(zhuǎn)矩。為了建立汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型，則是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速來(lái)確定輸油門(mén)開(kāi)度。在建立發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型的過(guò)程中，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為125kw，轉(zhuǎn)速最高為4800r/min。為了能夠得到發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速與油門(mén)開(kāi)度的關(guān)系，對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合、轉(zhuǎn)化[3]，得到如表1所示的發(fā)動(dòng)逆模型的數(shù)據(jù)，圖1為該發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型的三維曲線圖。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩、轉(zhuǎn)速與油門(mén)開(kāi)度的數(shù)據(jù)表

2、仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 控制器的建立

在進(jìn)行仿真時(shí)，在此取m=3800kg；CD=0.27；f=0.7；A=2.33；δ=1.2；Tη=0.75，在carsim軟件中得到汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型。并在matlab/simulink環(huán)境中建立本文建立的汽車(chē)加速度控制方法，并與動(dòng)力學(xué)模型相連接。

2.2 仿真結(jié)果

在對(duì)本文建立的汽車(chē)加速度控制方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證中，假設(shè)汽車(chē)初始速度為20km/h，并在汽車(chē)的加速度1m/s2，2m/s2，3m/s2進(jìn)行仿真，得到如圖2、圖3和圖4所示的仿真結(jié)果。

從圖2的放著結(jié)果可以得出，汽車(chē)的速度在開(kāi)始恒定加速度行駛時(shí)出現(xiàn)速度波動(dòng)，并且波動(dòng)越來(lái)越小，最后消失；在速度波動(dòng)比較小時(shí)，仿真得到的速度和理想?yún)⒖妓俣然局睾?，并且仿真行駛速度可以按照理想?yún)⒖妓俣鹊淖兓厔?shì)變化，然而速度的最大誤差為1.98km/h。

從圖3的放著結(jié)果可以得出，與1m/s2時(shí)相比，仿真速度速度波動(dòng)更加劇烈，并慢慢減??；在仿真速度波動(dòng)慢慢減小之后，出現(xiàn)了較大的速度誤差；仿真速度與理想?yún)⒖妓俣戎g的最大速度誤差為5.46km/h，但是基本可以按照理想?yún)⒖妓俣鹊淖兓厔?shì)變化。

從圖4的仿真結(jié)果可以看出，仿真速度波動(dòng)的頻率下降，但是最終沒(méi)有達(dá)到控制的穩(wěn)定，并且具有較大的速度偏差；仿真速度與理想?yún)⒖妓俣戎g的最大誤差為5.33km/h，但是可以按照理想?yún)⒖妓俣鹊淖兓厔?shì)變化。

綜合果來(lái)看，隨著行駛加速度的增加，控制器對(duì)汽車(chē)行駛速度的控制精度逐漸下降，并且速度偏差隨之增大，但是基本可以保證汽車(chē)的行駛速度按照參考速度的變化趨勢(shì)變化。

3、結(jié)論

本文基于功率平衡原理，通過(guò)分析汽車(chē)的受力建立發(fā)動(dòng)機(jī)逆模型，建立汽車(chē)恒定加速度控制的控制方法，并在carsim和matlab/simulink的聯(lián)合仿真環(huán)境中建立汽車(chē)恒定加速度控制算法，對(duì)該算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明：隨著行駛加速度的增加，控制器對(duì)汽車(chē)行駛速度的控制精度逐漸下降，并且速度偏差隨之增大，但是基本可以保證汽車(chē)的行駛速度按照參考速度的變化趨勢(shì)變化。

[1] M.米奇克. 汽車(chē)動(dòng)力學(xué)（第4 版）[M]. 陳蔭三，余強(qiáng)，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2] 余志生. 汽車(chē)?yán)碚摚ǖ? 版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3] 童寶鋒,劉衛(wèi)國(guó),張君媛等.基于目標(biāo)速度的汽車(chē)AC C系統(tǒng)油門(mén)控制策略研究[J]. 交通信息與安全,2012,30(4):39-43.

The study on control method of the vehicles’ acceleration

Xu Yunjie, Qiu Mingan
(Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200)

In order to solve the vehicles’ acceleration control problem in the simulation, based on the principle of the power balance, the force on the vehicle was analyzed, the inverse engine model was established, the vehicles’ acceleration control methods was completed. In matlab/simulink environment, the vehicle acceleration control algorithm was established. Simulation results of 1m/s2，2m/s2and 3m/s2shows that as acceleration increasing, the precision of the vehicle velocity is gradually decreased, and the speed deviation increases. But vehicle velocity can change according to the trends of reference velocity.

carsim；simulink；acceleration；simulation

U461.4

A

1671-7988(2014)08-07-03

徐云杰，工學(xué)碩士，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。