汽车行驶加速度控制方法研究

徐云杰，邱明安

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车行驶加速度控制方法研究

徐云杰，邱明安

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

为了解决汽车在仿真中加速度行驶的控制问题，基于功率平衡原理，对汽车行驶中的受力进行分析，建立汽车发动机逆模型，完成汽车加速度控制方法的建立。在matlab/simulink环境中建立汽车加速度控制算法，在汽车的加速度分别为1m/s2，2m/s2,3m/s2进行仿真验证，仿真结果表明：随着行驶加速度的增加，控制器对汽车行驶速度的控制精度逐渐下降，并且速度偏差随之增大，但是基本可以保证汽车的行驶速度按照参考速度的变化趋势变化。

carsim；simulink；加速度；仿真

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

引言

在现实中的汽车的行驶过程中，驾驶人对汽车的操作是很少进行恒定加速度的加速行驶的。为了降低汽车的开发成本，缩短开发周期，仿真作为一个重要的开发手段可以很好的解决这个问题。但是在进行汽车的设计阶段进行的动力仿真和行驶中的安全性仿真中，为了简化汽车行驶控制过程中的控制算法的复杂行驶，需要进行汽车恒定加速度的加速度控制。因此建立汽车的加速度控制方法具有一定的现实意义。

本文基于功率平衡原理，在carsim软件中建立车辆动力学模型，并在matlab/simulink仿真环境中，建立汽车恒定加速度的控制方法，并在carsim和matlab/simulink的联合仿真中对本文建立的控制方法进行了仿真验证。

1、加速度控制算法

基于汽车在行驶过程中的功率平衡原理，经过对汽车行驶中的受力分析，建立平衡方程，依据该平衡方程确定在一定加速度下汽车所需要的扭矩，然后通过发动机逆模型，得到汽车所需要的节气门开度。

1.1 行驶中汽车的受力分析

在行驶过程中，汽车的所受到的力[1,2]包括驱动力Ft，滚动阻力Ff，空气阻力Fw，坡道阻力Fi和加速阻力Fj。建立平衡方程

假设汽车在水平路面上以恒定的加速度行驶时，汽车发

假设汽车在水平路面上以恒定的加速度行驶时，汽车发动的输出功率就为

在式（3）中参数m、δ、f、CD、A等都是已知的，这样就可以通过发动机的逆模，来确定汽车恒定加速度行驶时所需要的节气门开度。

1.2 建立汽车发动机逆模型

在发动机正模型中，是由发动机的油门开度和转速来确定输出转矩。为了建立汽车的发动机逆模型，则是通过发动机的输出扭矩和转速来确定输油门开度。在建立发动机逆模型的过程中，汽车发动机的功率为125kw，转速最高为4800r/min。为了能够得到发动机的输出扭矩和转速与油门开度的关系，对原发动机的数据进行拟合、转化[3]，得到如表1所示的发动逆模型的数据，图1为该发动机逆模型的三维曲线图。

表1 发动机的输出扭矩、转速与油门开度的数据表

2、仿真实验

2.1 控制器的建立

在进行仿真时，在此取m=3800kg；CD=0.27；f=0.7；A=2.33；δ=1.2；Tη=0.75，在carsim软件中得到汽车的动力学模型。并在matlab/simulink环境中建立本文建立的汽车加速度控制方法，并与动力学模型相连接。

2.2 仿真结果

在对本文建立的汽车加速度控制方法进行仿真验证中，假设汽车初始速度为20km/h，并在汽车的加速度1m/s2，2m/s2，3m/s2进行仿真，得到如图2、图3和图4所示的仿真结果。

从图2的放着结果可以得出，汽车的速度在开始恒定加速度行驶时出现速度波动，并且波动越来越小，最后消失；在速度波动比较小时，仿真得到的速度和理想参考速度基本重合，并且仿真行驶速度可以按照理想参考速度的变化趋势变化，然而速度的最大误差为1.98km/h。

从图3的放着结果可以得出，与1m/s2时相比，仿真速度速度波动更加剧烈，并慢慢减小；在仿真速度波动慢慢减小之后，出现了较大的速度误差；仿真速度与理想参考速度之间的最大速度误差为5.46km/h，但是基本可以按照理想参考速度的变化趋势变化。

从图4的仿真结果可以看出，仿真速度波动的频率下降，但是最终没有达到控制的稳定，并且具有较大的速度偏差；仿真速度与理想参考速度之间的最大误差为5.33km/h，但是可以按照理想参考速度的变化趋势变化。

综合果来看，随着行驶加速度的增加，控制器对汽车行驶速度的控制精度逐渐下降，并且速度偏差随之增大，但是基本可以保证汽车的行驶速度按照参考速度的变化趋势变化。

3、结论

本文基于功率平衡原理，通过分析汽车的受力建立发动机逆模型，建立汽车恒定加速度控制的控制方法，并在carsim和matlab/simulink的联合仿真环境中建立汽车恒定加速度控制算法，对该算法进行了仿真验证。仿真结果表明：随着行驶加速度的增加，控制器对汽车行驶速度的控制精度逐渐下降，并且速度偏差随之增大，但是基本可以保证汽车的行驶速度按照参考速度的变化趋势变化。

[1] M.米奇克. 汽车动力学（第4 版）[M]. 陈荫三，余强，译.北京：清华大学出版社，2009.

[2] 余志生. 汽车理论（第4 版）[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[3] 童宝锋,刘卫国,张君媛等.基于目标速度的汽车AC C系统油门控制策略研究[J]. 交通信息与安全,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，工学硕士，就职于陕西重型汽车有限公司。