基于CRUISE的后轮驱动汽车爬坡性能分析.pdf

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基于 CRUISE的后轮驱动汽车爬坡性能分析
A study about climbing ability of rear wheel drive automobile based on CRUISE
黄菊花,潘林,曹铭
HUANG Ju-hua, PAN Lin, CAO Ming
(南昌大学机电工程学院,南昌330031)
摘要:计算最大爬坡度有两个影向因素,先是在考虑风阻和附着力的情况下,求得最大爬坡度,而后
在不考虑风阳的情况下,求得最大爬坡度。最后比较可得:相同条件下后轮驱动汽车爬坡能
力要强于前轮驱动汽车;对于该系车型,考虑风阻与不考虑风阻对最大爬坡度的影向程度为
0.5%,要求严格时,需要考虑风阻的影响。
关键词:后轮驱动汽车;爬坡性能;AVL- CRUISE
中图分类号:U462.3+1
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2015)04(上)-0092-04
Doi:10.3969/j.lssn.1009-0134.2015.04(上).28
0引言
是汽车质心与前后轴之间的距离。
1970年以前,后轮驱动汽车在我国汽车市场上占据
主导地位。随着时间的推移,1970年往后,因为前轮
驱动汽车在生产成本及重量上的优势,开始在国内占据
主导地位。由于后轮驱动汽车在操控性能等方面具备
定优势,所以在一些中高端汽车上还仍比较常见。
关于爬坡性能分析,国外没有对爬坡度进行分析的
文章,国内有运用汽车最大坡角实验来研究质心的高度
以及摩擦因子等系数对最大爬坡度的影响,但是因考虑
图1汽车加速上坡受力图
风阻影响较小,忽略了风阻对爬坡度的影响。但是风阻
是否真的可以忽略不计,并没有实际的去计算考量。
汽车的最大爬坡角度主要取决于两个因素:
本文首先运用汽车理论公式分别计算出考虑风阻的
1)发动机提供的最大转矩所决定的牵引力F:
最大爬坡度并与相同条件下的前轮驱动汽车作比较,第
F=Toi,ionr/r
二步计算不考虑风阻的最大爬坡度。而后运用软件进行
式(1)中:T表示的是发动机转矩,i表示的是变速
了后轮驱动车辆的动力性方面的仿真,从建模到参数的器的传动比,i表示的是主减速器的传动比,nr表示的
输入,再到仿真的结果的输出,最后结合理论对仿真结是传动系的效率,r为车轮半径。
果进行对比分析。
汽车行驶方程:
1爬坡过程力学分析
F=F+F+F+F
图1为汽车加速上坡时的受力图。图中G是汽车所
当在斜坡上时:
受的重力;a是道路的坡角:h。是汽车质心的高度:F
Fr=Gf cos a
是空气阻力:T、Ta是分别作用在前轮与后轮上的滚
C.Au
动阻力偶矩:T是作用在横置发动机飞轮上的惯性阻力
F
(4)
21.15
偶矩;T
是分别作用于前轮和后轮上的惯性阻力
F=Gsin a
偶矩;Fw、F2为作用在车身上分别位于前轮和后轮接
地点上方的空气升力:Fn、F2是分别作用于前轮和后
轮上的地面法向反作用力;F、F2是分别作用于前轮
式中:F表示的是滚动阻力,F表示的是空气阻
和后轮上的地面切向反作用力;L为汽车轴距;a、bカ,F表示的是坡道阻力,F表示的是汽车行驶时所需
收日期:2014-12-11
基金项目:江西省教育厅高等学校科技落地计划项目(KJLD11022):南昌市科技重大攻关项目(2013 ZDXMO01)
作者简介:黄菊花(1962-),女,教授,工学博士,主要从事汽车电子与控制、机电一体化等方面的研究工作。
92】第37卷第4期2015-04(上)
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要克服的加速阻力,G表示的是重力,C。表示的是空气因素。一是后轮驱动汽车的最大爬坡度的确定与后轮驱
阻力系数,A表示的是迎风面积,4。表示的是汽车行驶动汽车的最大转矩所能提供的牵引力:二是汽车轮胎与
速度,8表示的是汽车旋转质量转换系数,m表示的是地面的附着条件的限制,即作用于轮胎上的转矩T引起
质量。
的地面切向反作用力不能大于附着力。根据这两个条件
2)汽车的动力性还受轮胎与地面的附着条件的限便可求得后轮驱动汽车的最大爬坡度。
制,作用于轮胎上的转矩T引起的地面切向反作用力不
由发动机提供的最大转矩所决定的牵引力式(1)和
能大于附着力。对于后轮驱动的汽车来说,有:
汽车的行驶方程(2)所产生的平衡关系,可得:
(T-T90)/r=F,SF,9
(7)
F=T,iion/r=Fr+F+F+F
式(の中:T2表示的是后驱动轮上的滚动阻力偶矩,
再将F、F、F、F的表达式代入式(10得:
F2为后轮上的地面切向反作用力,φ称为附着系数。
1s lon/r=Gfcosa+-odi 2
du
如图1当在坡道上时,将作用在汽车前、后轮与道
+Gsi a+o
21.15
路接触中心取力矩,得到作用在前、后轮上的地面法向
反作用力F、Fa
式(11)中。=0.377
n代表的是最大扭矩所对
2と:44血
应的转速
(8
因为在最大坡度处整车基本上没有加速度,所以
rリ~Fma+ G=cosa
根据汽车理论里面的知识,忽略掉旋转质量惯性h
0。将式(12)整理得:
阻力偶矩与滚动阻力偶矩之后,式(8)可以修改成下列
Mw'eionr/r=Gf,c W+G sina (12)
式子:
21.15
F:1=G(cos d--sin a)--cuapu
设sima=1,则cosa=1-r2,式(13)可以整理
(9)得
F:2=G(cos a+--sin a)--c,, APU
Ti,inn, /r=G/vi-r+
A
(13)
21.15
2后轮驱动汽车整车参数及最大爬坡度的确定
然后根据已有数据可求得t,再求反三角函数即可
求得最大爬坡角a
表1整车基本参数
由表1及查阅资料可得:
参数数值
参数
数值
车长
4734mm
最大功率
100kw
T=235nmG=15400Nr=305mmi=362
车宽181lmm最大扭矩
235mm
f=0.015
A=2.12m
C=0.321r=0.89L=2920mm
车高1453mm最大功率转速410m~6450pmC-0.246h,=545mmb=1200mmC=0.1369=0.8
轴距
2920mm最大扭矩转速
4250rpm
排量
1598ml
整备质量
1540kg
2.1.1求F,a,Fw;
轮胎直径610mm
将T、r、i、i、nr代入式(10得F:
根据滚动阻力系数f、汽车阻力系数C与迎风面积A和
F=Tiai。nr/r=235*3.62*3*0.89/0.305=7447.11N
传动系统效率ηr的选取来计算作用于汽车上的牵引力。
将n、r、ia、i。代入式。=0.377::可以