基于MATLAB的混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力學(xué)建模與仿真

周志峰，顧蘇菁，張?zhí)煊?，鄭竹安，提艷，熊新

（鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224001）

基于MATLAB的混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力學(xué)建模與仿真

周志峰，顧蘇菁，張?zhí)煊睿嵵癜?，提艷，熊新

（鹽城工學(xué)院，江蘇 鹽城 224001）

為了快速、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)汽車(chē)動(dòng)力性，介紹了一種基于MATLAB/Simulink的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型建模方法。此方法可以簡(jiǎn)單快捷地建立混合動(dòng)力汽車(chē)仿真模型，跟蹤各個(gè)狀態(tài)變量的變化，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理，是進(jìn)行車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析的有效方法。

MATLAB；混合動(dòng)力；建模；仿真

混合動(dòng)力汽車(chē)（Hybrid Vehicle）是指車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車(chē)輛，車(chē)輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車(chē)輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或共同提供。日常駕駛，該系統(tǒng)更多的是偏向于純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電池電量不足時(shí)或者需要更強(qiáng)動(dòng)力時(shí)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)則會(huì)介入，這就改善了電動(dòng)車(chē)充電和續(xù)航里程的短板。利用 Matlab/Simulink對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)建模并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行仿真。

1 電動(dòng)汽車(chē)模型理論基礎(chǔ)

汽車(chē)的動(dòng)力性系指汽車(chē)在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車(chē)收到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速度。確定汽車(chē)的動(dòng)力性，就是確定汽車(chē)沿行駛方向的運(yùn)動(dòng)狀況。

汽車(chē)的行駛方程式為：

式中，F(xiàn)t為驅(qū)動(dòng)力，為行駛阻力之和。

u為汽車(chē)車(chē)速，T扭矩，N為驅(qū)動(dòng)裝置的個(gè)數(shù)m汽車(chē)質(zhì)量，r車(chē)輪半徑。

2 模型的建立

圖1 整車(chē)模型

本文建立的混合動(dòng)力汽車(chē)模型包括汽車(chē)簡(jiǎn)單模型、車(chē)輛控制器模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)模塊、電氣系統(tǒng)模塊（其中包括電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池和DC/DC變換器）、能量分配裝置模塊（行星齒 輪）和整車(chē)動(dòng)力學(xué)模塊等。混合動(dòng)力整車(chē)仿真模型如圖1所示，其中動(dòng)力模塊如圖2所示。

圖2 動(dòng)力模塊模型

3 仿真分析

汽車(chē)以初始車(chē)速為零進(jìn)行加速行駛，以下為仿真結(jié)果，圖3為汽車(chē)速度隨時(shí)間變化曲線，圖4為汽車(chē)行駛距離隨時(shí)間變化曲線。

圖3 汽車(chē)速度曲線

圖4 汽車(chē)行駛距離曲線

利用Simulink建立的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)模型在行駛工況下運(yùn)行仿真達(dá)到了比較理想的效果，在滿足汽車(chē)動(dòng)力性的前提下，燃油與排放性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)汽車(chē)，進(jìn)而達(dá)成了本混合動(dòng)力汽車(chē)模型建立的目的。

4 結(jié)論

利用MATLAB/SIMULINK設(shè)計(jì)并建立模型，運(yùn)行時(shí)間短、精度高，可維護(hù)性好，易于在新車(chē)設(shè)計(jì)和舊車(chē)改進(jìn)中推廣應(yīng)用。此方法可以簡(jiǎn)單快捷地建立混合動(dòng)力汽車(chē)仿真模型，跟蹤各個(gè)狀態(tài)變量的變化，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理，是進(jìn)行車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析的有力工具。

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Based on MATLAB for Modeling and Simulation of Hybrid Vehicle

Zhou Zhifeng, Gu Sujing, Zhang Tianyu, Zheng Zhu'an, Ti Yan, Xiong Xin
( Yancheng Institute of Technology, Jiangsu Yancheng 224001）

In order to quickly and accurately predict vehicle power performance, this paper introduces a vehicle dynamics model based on MATLAB/Simulink modeling method. This method can be simple and efficient hybrid simulation model is set up, to monitor the changes of the state variables, and data post-processing, is an effective method for vehicle system dynamics simulation analysis.

MATLAB; Hybrid; Modeing; Simulation

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-95-02

U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)12-95-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.031

通訊作者，鄭竹安(1984-)，男，講師，博士，就職于鹽城工學(xué)院。主要從事新能源汽車(chē)技術(shù)研究。

國(guó)基自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51405419），鹽城工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(YG2016075)。