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基于MATLAB的汽车动力性仿真平台设计

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：杨桥生

[导读] 摘要：动力性是汽车的最重要性能之一。本文利用MATLAB对直驱型纯电动汽车进行建模和仿真，采用插值法绘制了电机MAP图，并绘制了电机外特性曲线图、汽车驱动力行驶阻力平衡图、爬坡曲线图、加速时间曲线图，为汽车动力性的合理匹配提供了科学的分析工具。

        珠海广通汽车有限公司珠海 519040
        摘要：动力性是汽车的最重要性能之一。本文利用MATLAB对直驱型纯电动汽车进行建模和仿真，采用插值法绘制了电机MAP图，并绘制了电机外特性曲线图、汽车驱动力行驶阻力平衡图、爬坡曲线图、加速时间曲线图，为汽车动力性的合理匹配提供了科学的分析工具。
        关键词：汽车；动力性；MATLAB；仿真；图形用户界面；GUI
        0 前言
        动力性是汽车的最重要性能之一，因此，建立科学的汽车动力模型，分析动力特性问题并给出合理的解决方案对汽车动力匹配设计具有非常重要的意义。本文利用MATLAB对直驱型纯电动汽车进行建模和仿真，以明确各参数变化对汽车动力性的影响，为动力性的合理匹配提供科学的分析工具。
        1 建立动力性仿真模型
        汽车动力性指标主要由最高车速、最大爬坡度和加速时间三方面评价，汽车动力性能计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系[1]，汽车的驱动力－行驶阻力平衡方程为：

        （1）驱动力、行驶阻力
        在电机转速特性、传动系统传动比及效率、车轮半径、空气阻力系数、迎风面积以及汽车的质量等确定后，便可确定电动汽车的驱动力－行驶阻力平衡关系。
        Ft=
        备注：Tq-电机的输出转矩；

        （2）滚动阻力

        （3）空气阻力

        （4）坡道阻力：

        （5）加速阻力

        （6）功率平衡方程式

        （7）最大爬坡

        备注：D-前进档动力因数
        （8）加速度及加速时间

        （9）最高车速
        Umax=0.377*nmax*rd/i0
        nmax-电机最高转速
        2 仿真平台总体设计
        以汽车动力性理论为基础，利用MATLAB/GUI开发珠海银隆商用专用车研究院仿真平台。平台具有多界面切换功能，对银隆集团广通汽车公司6-18米系列车型进行动力性模拟计算，输出电机外特性曲线图、电机MAP图、汽车外形图片、驱动力-行驶阻力平衡图、爬坡曲线图。
        3 图形用户界面设计
        3.1 主界面设计
        主界面以银隆集团广通汽车经典车型仿古铛铛车为背景，显示动力性仿真按钮和仿真平台型号，主界面突出亲和力好的特性。

        图1 主界面
        3.2 子界面设计
        左侧显示整车图片、整车基本参数、电机基本参数、电机外特性图和电机MAP图，右侧设置“分析结果”按钮，显示最高车速、最大爬坡度，设置“性能曲线”按钮，显示爬坡曲线图、驱动力-行驶阻力平衡图、加速时间曲线、功率平衡图。

        图2子界面
        3.3 界面设计实现
        图形界面由窗、轴、按钮、弹出式下拉菜单、静态文本框、可编辑文本框等组成[2-3]。
        Callbacks：回调函数，程序设计主要在此函数下进行。
        hobject：当前控件句柄。
        Handles：包含所有程序句柄。
        Pusbbution：按钮，子界面设置“分析结果”和“性能曲线”按钮。
        Popupmenu：弹出式下拉菜单，子界面设置“银隆车型”和“电机型号”两个下拉菜单。
        部分脚本程序如下

        4实例演示
        4.1电机外特性和MAP图
        以银隆广通汽车GTQ6126BEVBT20匹配银隆电器公司的YLP-HMP250-WKB电机为例。选择好车型后界面左侧相应文本框自动显示出整车满载质量18000Kg，主减速比6.143，迎风面积7.5m2，轮胎滚动半径0.466m；选择好电机型号后，相应文本框自动显示出主驱电机峰值功率200Kw，峰值扭矩2800N.m，最高转速2600r/min.根据电机试验参数绘制电机外特性图，采用插值法绘制电机MAP图。

        图3 整车信息和电机信息
        4.2整车最高车速和最大爬坡度
        点击“分析结果”按钮，最高车速显示为74.367km/h，最大爬坡度显示为18.7873%。

        图4 最高车速和最大爬坡度
        4.3爬坡度曲线
        点击“性能曲线”按扭，显示不同车速下最大爬坡度曲线

        图5 爬坡度曲线图
        4.4驱动力-行驶阻力平衡图
        点击“性能曲线”按扭，显示驱动力-行驶阻力平衡图

        图6 驱动力-行驶阻力平衡图
        4.5加速时间
        点击“性能曲线”按扭，显示加速时间曲线图

        图7 加速时间曲线图
        4.6功率平衡图
        点击“性能曲线”按扭，显示功率平衡图

        图8功率平衡图
        4.7动力性评估
        从仿真结果看，最大爬坡度超过18%，而中国城市道路坡度基本都在13%以内，因此动力有较大余量。
        5结束语
        本仿真平台图形界面友好，操作简单，对汽车动力设计具有很好的辅助作用。
        参考文献：
        [1]余志生．汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2000．
        [2]罗华飞，MATLAB GUI设计学习手记[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.
        [3]刘浩，韩晶晶.MATLAB R2016a完全自学一本通[M].北京：电子工业出版社，2018.
        作者简介：
        杨桥生，E-mil：378912443@163.com或yangqiaosheng@zhyle.com；研究方向：新能源汽车电机电控。