MATLABSimulink软件仿真平台之车辆模型.docx

MATLAB/Simulink软件仿真平台之车辆模型新能源车控制策略仿真平台主要包括驾驶员模型、控制策略、车辆模 型三部分，如下图所示。今天我们详细说说第三部分车辆模型（车辆 平台）的相关内容，也是最复杂的部分。车辆模型需求分析车辆模型，从字面上理解就是把整车抽象出来，建立其数学模型，用 于仿真研究或控制开发。广义上的车辆模型应该是包括纵向、侧向、 垂向三个方向的动力学模型，是一个及其复杂的系统。通常，我们会 根据实际的研究需要，搭建一个方向或两个方向的动力学模型。这次 我们搭建的增程式电动汽车软件仿真平台，主要用于验证车辆能量管 理相关的控制策略，仅需要与驱动、制动相关的车辆纵向动力学模型， 再加上增程器、电池等子系统模型（为简化建模搭建，忽略部件响应 延迟以及部分摩擦）。1、增程器模型需求 增程器主要包括发动机、发电机，二者一般直连在一起，构成一个提 供电能的增程器。发动机启动过程中，发电机出正扭矩把发动机拉到 点火转速后，发动机自行点火启动；发动机启动成功后，发动机出正 扭矩，发电机出负扭矩发电同时维持发动机转速恒定；发动机停机过 程中，发动机和发电机停止出力，在发动机摩擦力的作用下发动机转 速会慢慢降为0。增程器模型输入：发动机扭矩请求（来自控制策略，这里用固定的节气门开度近似代替）发电机扭矩请求（来自控制策略，这里用扭矩请求百分比信号近似代 替）高压电池电压（来自高压电池实际状态）。增程器模型输出；发电机充放电电流（充电为负，放电为正）模型物理关系：发动机实际扭矩二MAP1 （发动机实际转速，发动机节气门开度）发电机实际扭矩二MAP2（发电机实际转速）*发电机扭矩请求百分比 发动机转速（即发电机转速）由增程器系统的动力学决定，TENG+TGM=（JENg+JGM）*dw/dt发电机充放电电流由功率守恒计算，充电时TGM*WGM* e二UBATT*IGM, 放电时 TGM*WGM/ e =UBATT*IGM2、纵向动力学模型需求增程式电动汽车的纵向动力学模型与纯电车一样，由电机、主减速器、 轮胎、车身等。电机扭矩从主减速器传动轮端，最终由驱动轮提供整 车行驶动力，克服风阻、坡阻等阻力后，实现车辆加速或减速行驶。纵向动力学模型输入：电机扭矩请求（来自控制策略，这里用扭矩请求百分比信号近似代替）高压电池电压（来自高压电池实际状态）。纵向动力学模型输出：车速电机充放电电流模型物理学关系：电机实际扭矩二MAP3 （发电机实际转速）*发电机扭矩请求百分比电机放电电流由功率守恒计算，充电时TEM*WEM*e=UBATT*IEM，放电时 TEM*WEM/ e =UBATT*IEM 车速由车辆纵向动力学决定，FDRV-Fw-Fi二m*dv/dt3、电池模型需求这里重点关注电池SOC和电压变化，忽略温度的影响。电池模型输入：电机充放电电流发电机充放电电流电池模型输出：电池SOC电池电压模型物理学关系：电池 SOC 由电荷守恒计算，SOCACT二SOCINT+丁(- IEM- IGM)dt电池电压由基尔霍夫电压定律，VBATT=VOCV-( IEM+ IGM)*R车辆模型Simulink实现 基于以上模型的物理学关系，我们用Simulink物理建模的方法搭建 以下几部分模型。1、增程器模型实现 增程器整体模型如下，发电机与发动机机械连接，并分别响应控制器请求扭矩，输出发动机转速和燃油消耗量、发电机充放电电流。其中发电机子模块如下，主要根据发电机外特性MAP以及效率MAP进 行相关计算，并忽略发电机扭矩响应的延迟。发动机子模块如下，主要根据发动机扭矩MAP和燃油消耗MAP进行相关计算，也忽略掉扭矩响应的延迟。河it heniaQ陶洲2)GD-EmgTrqjL的匚*Enpi曲 Ter” 由nilWiin 叩 §Carv4rigr MechgncalI。的 I TarqLW &1讨明口 gOftSl 口做蝉 newEn卯qN*c±taprai Pori-oIda jl RcuiEiroJup F4sdiarpc E- RDlJhdrfll Rctranoa'ICoirlgirrtcnl=n IPSS-nidnk ComsnK<DBig£pd_iaa_fpii!iniegirtniCTFueQirfiju呻皙弓2-D LdcMjErijbie F邮 RaBiiKdm&'BWl2、纵向动力学模型实现纵向动力学模型如下，电机与车辆模型机械连接，并响应控制器请求 扭矩，输出车速、电机充放电电流。其中电机子模块如下（与发电机一致），主要根据发电机外特性MAP以及效率MAP进行相关计算，并忽略电机扭矩响应的延迟。车辆模型如下，包括主减速器、车轮、车体等部件，需要定义传动比、车重、载荷分布、风阻、坡度等相关参数。3、电池模型实现电池模型如下，这里我们主要想观察SOC和电压变化，发电机、电机 的充放电电流积分后即可很方便计算出当前SOC大小。4、车辆模型把以上增程器模型、纵向动力学模型、电池模型组合起来，即可得到 一个初步的车辆模型，如下图。输入信号主要是控制器对三个动力部 件的扭矩请求，输出信号有车速、电池SOC、发动机转速、发动机燃 油消耗量。以上，就是增程式电动汽车Simulink软件仿真平台的车辆模型内容。 篇幅有限，车辆模型的验证放到下一篇仿真平台整体调试里一起介绍 吧。