一、混合动力系统架构设计
1. 典型架构选择
| 架构类型 | 特点 | 适用场景 | Simulink实现要点 |
|---|---|---|---|
| P2并联 | 电机位于发动机与变速箱之间，支持纯电/混动模式切换 | 城市通勤+高速工况 | 需构建离合器控制模块和转矩分配逻辑 |
| 串联增程 | 发动机仅发电，电机独立驱动 | 长途续航需求 | 需集成APU发电模型和SOC维持策略 |
| 混联式 | 功率分流+机械耦合 | 全工况优化 | 需设计行星齿轮动力学模型 |
2. 系统级架构图
graph TD
A[驾驶员输入] --> B[整车控制器]
B --> C[动力分配模块]
C --> D[发动机子系统]
C --> E[驱动电机子系统]
C --> F[电池管理系统]
D --> G[机械传动]
E --> G
F --> E
G --> H[车辆动力学模型]
二、核心子系统建模
1. 动力系统建模
%% 发动机模型（Simscape实现）
model EngineModelparametersP_max = 80e3; % 最大功率(W)torque_map = readtable('engine_map.csv'); % 扭矩-转速特性表endinputsThrottle; % 节气门开度(0-1)Speed; % 发动机转速(rpm)endoutputsTorque; % 输出扭矩(Nm)FuelFlow; % 燃油消耗率(g/s)equationsTorque = interp1(torque_map.Speed, torque_map.Torque, Speed) * Throttle;FuelFlow = 0.0001 * Torque^2 * Speed / 60; % 简化燃油模型end
end
2. 电机驱动系统
%% 永磁同步电机模型
model PMSM_DriverparametersR_s = 0.01; % 定子电阻(Ω)L_d = 0.001; % d轴电感(H)L_q = 0.0012; % q轴电感(H)pole_pairs = 4; % 极对数endinputsI_d; % d轴电流(A)I_q; % q轴电流(A)Speed; % 转速(rpm)outputsTorque; % 输出扭矩(Nm)Speed; % 实际转速(rpm)equationsIdq = [I_d; I_q];Torque = 1.5 * pole_pairs * (L_d - L_q) * Idq(1)*Idq(2);dSpeed = (Torque - 0.01*Speed)/J; % J为转动惯量end
end
3. 电池管理系统
%% 锂电池SOC估算模型
model Battery_SOCparametersQ_nom = 60; % 标称容量(Ah)V_nom = 400; % 标称电压(V)R_0 = 0.005; % 内阻(Ω)endinputsI_bat; % 电池电流(A)SOC_in; % 输入SOC(%)outputsSOC_out; % 输出SOC(%)V_bat; % 端电压(V)equationsdelta_SOC = -I_bat * dt / (Q_nom * 3600);SOC_out = SOC_in + delta_SOC;V_bat = V_nom - I_bat*R_0 - 0.001*(SOC_out/100)^2; // 二次压降模型end
end
三、控制实现
1. 能量管理
%% 基于SOC的规则控制
function [P_eng, P_mot] = energy_management(SOC, P_req)persistent SOC_low SOC_highif isempty(SOC_low), SOC_low=0.3; SOC_high=0.8; endif SOC < SOC_lowP_eng = P_req * 1.2; % 强制发动机高负荷充电P_mot = 0;elseif SOC > SOC_highP_eng = 0;P_mot = P_req;elseP_eng = 0.5*P_req;P_mot = 0.5*P_req;end
end
2. 模式切换逻辑（Stateflow实现）
%% 状态转移图设计
states = {'EV_Mode', 'Hybrid_Mode', 'Engine_Mode'};
transitions = {{'EV_Mode', 'Hybrid_Mode', 'SOC < 0.3'}, {'Hybrid_Mode', 'EV_Mode', 'SOC > 0.7'},{'Hybrid_Mode', 'Engine_Mode', 'P_req > P_eng_max'}
};
四、整车动力学模型
%% 纵向动力学模型
model Vehicle_Dynamicsparametersm = 1500; % 整车质量(kg)f_r = 0.015; % 滚动阻力系数C_d = 0.3; % 风阻系数A = 2.2; % 迎风面积(m²)endinputsF_trac; % 驱动力(N)F_brake; % 制动力(N)outputsv; % 车速(m/s)SOC; % 电池SOC(%)equationsa = (F_trac - F_brake - 0.5*C_d*A*v^2 - f_r*m*g)/m;dv = a*dt;v = v + dv;end
end
五、典型仿真工况实现
1. NEDC工况生成
function v_target = generate_NEDC()t = 0:0.1:1800; % 1800秒仿真v_target = zeros(size(t));% 按NEDC标准曲线分段赋值% ...（具体数值填充）
end
2. 驾驶员模型（PID控制）
%% PID跟车控制
Kp = 1.2; Ki = 0.4; Kd = 0.1;
err = v_target - v_actual;
integral = integral + err*dt;
derivative = (err - prev_err)/dt;
P = Kp*err;
I = Ki*integral;
D = Kd*derivative;
u = P + I + D; % 控制踏板开度
参考代码 Simulink中的混合动力汽车模型 www.youwenfan.com/contentcnk/78760.html
六、多模式仿真结果分析
| 模式 | 发动机状态 | 电机状态 | 典型工况 |
|---|---|---|---|
| 纯电模式 | 关闭 | 驱动 | 低速/启停 |
| 混动模式 | 部分负载 | 辅助驱动 | 中速加速 |
| 充电模式 | 高负载 | 制动回收 | 下坡/减速 |
| 发动机直驱 | 全负载 | 关闭 | 高速巡航 |
七、模型优化策略
- 参数标定：通过台架试验数据拟合电机效率Map和发动机BSFC曲线
- 实时性优化：采用Simscape Fixed-Step求解器，步长设为1ms
- 硬件在环：通过Simulink Coder生成C代码部署到dSPACE硬件
