王鵬

汽車爬坡能力建模與控制仿真

王鵬

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，山西 長(zhǎng)治 046011）

文章對(duì)汽車爬坡能力進(jìn)行了參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模并用Matlab軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，通過(guò)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(guò)程中，爬坡能力會(huì)受到路面附著系數(shù)的限制，所以我們應(yīng)該對(duì)汽車驅(qū)動(dòng)輪附著系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

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

車輛在爬坡時(shí)的前軸靜態(tài)荷載為：

前輪驅(qū)動(dòng)的附著系數(shù)為：

2 實(shí)例仿真計(jì)算

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性參數(shù)

根據(jù)理論分析編寫(xiě)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(dòng)比；

r=0.272；2=4.388；=0.9；%r為車輪半徑，為傳動(dòng)系機(jī)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(gè)前進(jìn)檔；

1k=[800 800 800 800 800 800]；%每檔初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

1m=[5400 5400 5400 5400 5400]；%每檔最終發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩外特性進(jìn)行4階多項(xiàng)式擬合后忽略4次項(xiàng)：

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(jì)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(jì)算'

q=b/L/(1/+g/L)；

=arctan(q)*180/pi；

fprintf('汽車行駛實(shí)際最大坡度為 q=%3.2f ',q)

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

end

運(yùn)行以上程序可得到以下計(jì)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(shí)要求的附著系數(shù)為C1=1.55，此時(shí)C1>， 重新計(jì)算q=b/L/(1/+g/L)可得汽車能通過(guò)的實(shí)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(dòng)汽車各檔位的爬坡角度。經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，其結(jié)果可得，在實(shí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過(guò)重新校核計(jì)算，汽車行駛能通過(guò)的最大坡度為16.24?。

[1] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992.

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[4] 張秀峰.MATLAB機(jī)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.

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[6] 靳曉雄,張立軍,江浩.汽車振動(dòng)分析[M].上海:同濟(jì)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(zhǎng)治市人，碩士，講師，就職于山西機(jī)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(dòng)化方面的研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.031