汽车爬坡能力建模与控制仿真

王鹏

汽车爬坡能力建模与控制仿真

王鹏

（山西机电职业技术学院汽车工程系，山西 长治 046011）

文章对汽车爬坡能力进行了参数的设计与计算，对其进行数学建模并用Matlab软件进行系统仿真，通过调试，分析系统仿真波形，最终确定了汽车最大的爬坡角度。

汽车；爬坡能力；仿真

引言

1 车辆爬坡能力的理论基础

（2）

汽车在日常爬坡过程中，爬坡能力会受到路面附着系数的限制，所以我们应该对汽车驱动轮附着系数进行计算。

我们以前轮驱动的轿车为例，在爬坡时，主要的行驶阻力为加速阻力和爬坡阻力之和，此时空气阻力与滚动阻力可忽略不计。

车辆在爬坡时的前轴静态荷载为：

前轮驱动的附着系数为：

2 实例仿真计算

表1 发动机外特性参数

根据理论分析编写M程序，具体程序如下：

1=[3.416 1.894 1.28 0.914 0.757]；%变速器传动比；

r=0.272；2=4.388；=0.9；%r为车轮半径，为传动系机械效率；

G=970*9.8；L=2.335；a=1.12；g=0.71；b=L-a；%g为汽车重心到地面高度；

k=1:5；%5个前进档；

1k=[800 800 800 800 800 800]；%每档初始发动机转速；

1m=[5400 5400 5400 5400 5400]；%每档最终发动机转速；

1k=0.377.*r.*1k(k)./(1(k).*2)；%每档起始车速；

1m=0.377.*r.*1m(k)./(1(k).*2)；%每档终止车速；

f0=0.009；f1=0.002；f4=0.0003；%滚动阻力系数；

C=0.3；A=2.3；%C为空气阻力系数，A为迎风面积。

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；%发动机转矩外特性进行4阶多项式拟合后忽略4次项：

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档最大爬坡度

max=max()*180/pi；%换算成度

disp '~~~~~计算结果~~~~~~'

fprintf('1档的最大爬坡度为1max=%3.3f ',1max)

fprintf('1档的最大爬坡角为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；%确定等效坡度；

C1=q*L/(b-g*q)；

=0.7；

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

ifC1>

disp '由于C1>，现重新计算'

q=b/L/(1/+g/L)；

=arctan(q)*180/pi；

fprintf('汽车行驶实际最大坡度为 q=%3.2f ',q)

fprintf('汽车行驶实际最大坡度角为=%3.2f度 ',)

else

disp'=0.7，能满足附着要求'

q=b/L/(1/+g/L)；

=arctan(q)*180/pi；

fprintf('该车1档最大爬坡度为，1max=%3.2f ',1max)

fprintf('该车行驶实际最大坡度角为max=%3.2f度 'max,)

end

运行以上程序可得到以下计算结果：

1档的最大爬坡度为1max=0.547，max=28.56︒,而前驱汽车匀速上坡时要求的附着系数为C1=1.55，此时C1>， 重新计算q=b/L/(1/+g/L)可得汽车能通过的实际最大坡度为 q=0.30，最大爬坡角为=16.24︒

图2 汽车爬坡图

图2明显地表示出前轮驱动汽车各档位的爬坡角度。经过仿真计算，其结果可得，在实际地面附着系数=0.7的路面上，该车1档的爬坡能力是无法实现的。经过重新校核计算，汽车行驶能通过的最大坡度为16.24︒。

[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1992.

[2] 张森,张正亮.MATLAB仿真技术与实际应用教程[M].北京:机械工业出版社,2004.

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[6] 靳晓雄,张立军,江浩.汽车振动分析[M].上海:同济大学出版社, 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

王鹏（1981-），男，山西长治市人，硕士，讲师，就职于山西机电职业技术学院汽车工程系，主要从事汽车电子及自动化方面的研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.031