汽車動力系統(tǒng)仿真的案例
基于Matlab 的燃料電池汽車動力系統(tǒng)仿真
基于Matlab 的燃料電池汽車動力系統(tǒng)仿真
高大威，金振華，盧青春
（清華大學汽車工程系, 北京 100084）
摘 要: 在給出燃料電池汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎上，基于Matlab 軟件環(huán)境，建立了前向式燃料
電池汽車動力系統(tǒng)模型，模型結(jié)構(gòu)和實際的動力系統(tǒng)有著嚴格的對應關系，各部分模型采用物理分
析與數(shù)據(jù)處理相結(jié)合的方法建立。按照一定的控制策略和部件物理參數(shù)進行了仿真，仿真結(jié)果表明
該模型的有效性和合理性，為燃料電池汽車動力系統(tǒng)研究打下了基礎。
關鍵詞：燃料電池；仿真；Matlab；燃料電池汽車
文章編號：1004-731X (2005) 08-1899-03 中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A
基于Matlab的燃料電池汽車動力系統(tǒng)仿真.pdf
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達索汽車官方直播｜汽車內(nèi)外飾、底盤、結(jié)構(gòu)仿真、電驅(qū)系統(tǒng)、動力總成
主講人
姚永漢（達索系統(tǒng)SIMULIA汽車行業(yè)技術顧問）
直播時間
2022年8月5日 14：00-15:00
四.動力總成及相關零部件仿真解決方案和典型案例分享
動力總成是汽車的核心部件。傳統(tǒng)內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)形式非常復雜，運行工況也十分苛刻。因此傳統(tǒng)發(fā)動機前期仿真是非常重要的。通過仿真能夠有效的在早期確保發(fā)動機設計能夠滿足性能和可靠性的要求。
隨著近幾年新能源汽車的大力發(fā)展，新式的動力總成如電驅(qū)和混動逐漸呈現(xiàn)出成為主流的趨勢。這些新式的動力總成有全新的特點，也會帶來傳統(tǒng)動力所沒有的問題，但一成不變的是對性能和可靠性的高要求。因此，同樣需要在產(chǎn)品開發(fā)早期通過仿真來確保產(chǎn)品性能要求。
動力總成及其部件的仿真涉及多物理場，需要多物理場仿真軟件的聯(lián)合仿真和高效使用。同時，絕大多數(shù)的工況包含非線性，需要仿真軟件具有強大功能和高效率。
直播簡介
達索系統(tǒng)SIMULIA提供完整的多學科仿真軟件和平臺體系。目前已涵蓋結(jié)構(gòu)、疲勞、流體、電磁、聲學等多個學科，并通過設計仿真平臺將各個仿真工具無縫集成于研發(fā)體系。有效助力動力總成及相關零部件的高效仿真和協(xié)同研發(fā)。
本次講座將介紹達索系統(tǒng)SIMULIA針對動力總成及相關零部件仿真的方案和案例。
主講人
姚永漢（達索系統(tǒng)SIMULIA汽車行業(yè)技術顧問）
直播時間
2022年8月12日 14：00-15:00
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展開 純電動汽車動力系統(tǒng)選型匹配與仿真
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據(jù)整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成。其動力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅(qū)動電機選型計算
1.1.1最高轉(zhuǎn)速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
可得到電機的最高轉(zhuǎn)速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關系可用擴大恒功率區(qū)系數(shù)β來表示，根據(jù)關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉(zhuǎn)速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數(shù)
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅(qū)動系統(tǒng)峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
展開 
純電動汽車動力系統(tǒng)選型匹配與仿真
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據(jù)整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成。其動力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅(qū)動電機選型計算
1.1.1最高轉(zhuǎn)速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖
可得到電機的最高轉(zhuǎn)速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關系可用擴大恒功率區(qū)系數(shù)β來表示，根據(jù)關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉(zhuǎn)速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數(shù)
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅(qū)動系統(tǒng)峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
展開 純電動汽車動力系統(tǒng)選型匹配與仿真
作者：趙暢，朱春紅
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據(jù)整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成。其動力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
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= 汽車結(jié)構(gòu)方面 =
汽車結(jié)構(gòu)相對復雜，平均每輛乘用車包含1.5萬個零部件，零件裝配在一起成為總成，各總成裝配在一起成為汽車。總的來說汽車分為車身、發(fā)動機、底盤和電子系統(tǒng)四大部分，每部分由不同的總成組成，比如底盤包含懸架轉(zhuǎn)向等等。四個部分作用不同：車身用于承載零部件，發(fā)動機提供動力，底盤配合行駛，電子系統(tǒng)進行控制等等。組合在一起，就實現(xiàn)了汽車的功能。
準備了13本相關書籍，包含了結(jié)構(gòu)仿真、底盤、懸架、內(nèi)外飾、零部件等內(nèi)容
= 汽車電池方面 =
電動化、智能化、互聯(lián)化正成為汽車發(fā)展新趨勢，為提升燃油經(jīng)濟性的啟停系統(tǒng)、為增加主動安全性的先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、以及作為新一代智能交通基礎的駕駛信息系統(tǒng)等多個電子系統(tǒng)越來越多地被汽車設計人員所采用，多系統(tǒng)的集成在提升汽車駕乘體驗的同時，也為汽車電源設計帶來了挑戰(zhàn)。
準備了7本相關書籍，包含了動力電池、電池熱管理、新能源汽車等內(nèi)容
= 汽車動力方面 =
在振動系統(tǒng)當中，動力總成系統(tǒng)是重要的振動子系統(tǒng)，是由發(fā)動機、離合器、變速箱等零部件共同組合而成的，動力總成系統(tǒng)是通過懸置元件連接在車架（底盤）上的。
準備了18本相關書籍，包含了系統(tǒng)動力學、動力總成、傳動系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)等內(nèi)容
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展開 電動汽車動力電池均衡方法研究 附電動汽車動力電池管理系統(tǒng)設計譚曉軍下載
根據(jù)當前我國對于均衡裝置的電流評定標準來看，組合電池的電流應當是動力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區(qū)間內(nèi)是比較合適的。
3.2均衡結(jié)果
組合電池的內(nèi)部差異會影響電動汽車的運行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進行連接，改善電池的性能，增長電池的使用周期。例如對28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進行電源輸出，經(jīng)過測量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內(nèi)的所有組合電池進行對比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數(shù)為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進行均衡處理，就會導致電池差異性越發(fā)嚴重，使得動力電池的輸出功率大大降低。
4結(jié)語
本文就當前電動汽車動力電池的均衡中存在的問題進行闡述，并使用上述均衡方式進行實驗，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進行實驗，根據(jù)結(jié)果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測的標準。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進行解決的過程中，由于組合電池的數(shù)目較大，導致動力電池的內(nèi)部差異過大，此時應當將組合電池的規(guī)格、體積、質(zhì)量進行統(tǒng)一，加設檢測節(jié)點，及時尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補均衡方式的不足之處。
下載地址：電動汽車動力電池管理系統(tǒng)設計譚曉軍
展開 混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
來
源：網(wǎng)絡，江蘇理工
【免責聲明】文章為作者個人觀點，不代表EDC電驅(qū)未來立場。
如因作品內(nèi)容、版權等存在問題，請于本文布30日內(nèi)聯(lián)系EDC電驅(qū)未來進行刪除或洽談版權使用事宜。
混合動力汽車動力系統(tǒng)概述（上)
一、增程式混合動力系統(tǒng)原理
增程式混合動力汽車是在純電動車的基礎上，增加一臺增程器
增程式混合動力由發(fā)動機、發(fā)電機和驅(qū)電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯(lián) 方式組成動力單元系統(tǒng)。增程式混合動力系統(tǒng)主要運行模式：純電驅(qū)動、串聯(lián)增程。
PN：發(fā)動機輸出功率；PO：增程器輸出的電功率; PI：車輛驅(qū)動電機需求功率；PB：電池組充放電功率，設充電為正，放電為負；系統(tǒng)根據(jù)PI的需求，控制發(fā)動機的扭矩（N）及轉(zhuǎn)速（n）PI=PO+PB;當負載PI=0時，增程器輸出全部向電池組充電；當負載需求PI＜PO時，增程器提供驅(qū)動器電源的同時，向電池組充電；當負載需求PI＞PO時，電池組放電（-PB），滿足PI的需求；
提高系統(tǒng)效率
提高發(fā)電機組的效率：
發(fā)電機與發(fā)動機的優(yōu)化匹配，發(fā)電機高效區(qū)與發(fā)動機高效區(qū)的重合；控制發(fā)動機始終工作在低燃油消耗率區(qū)內(nèi)；發(fā)揮發(fā)電機通過逆變器能快速穩(wěn)定工況的特點，保證發(fā)動機始終工作為最佳點火 角；發(fā)電功率與驅(qū)動功率需求的跟隨：在油模式下，電池的主要作用是平衡電量（削 峰填谷），電池的充電-放電循環(huán)，將損耗7-10%（0.96*0.96），盡量減少電池的 充放電；電機驅(qū)動系統(tǒng)的效率：提高電機及驅(qū)動器的效率；動力系統(tǒng)的匹配優(yōu)化，采用兩 擋變速箱；
該增程器由一款直列三缸汽油機、ISG發(fā)電機、發(fā)電機控制器、以及集成增程器控制功能
的ECU組成。最大功率可達40Kw，可基本滿足純電動輕型客車、物流車增程式電動汽車的需求。
展開 RecurDyn 應用：基于多體動力學的齒輪傳動系統(tǒng)動力學仿真
但是，因為BEV（純電動汽車）/HEV（混合動力汽車）的齒輪變速箱會在各種駕駛條件下使用，瞬態(tài)響應仿真比以往更重要。多體動力學適用于此類機械系統(tǒng)仿真，RecurDyn/DriveTrain使工程師能夠動態(tài)地開發(fā)考慮各種瞬態(tài)條件的齒輪傳動系統(tǒng)。
文章來源:Recurdyn軟件
汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢
汽車誕生100多年來，給人們的生活帶來了極大的方便性，也帶動了整個工業(yè)的發(fā)展。但隨著汽車數(shù)量的急劇增長，也造成了環(huán)境的壓力。為了滿足環(huán)境友好的目標，汽車需要大幅減少形成溫室效應的CO2排放和對人類身體健康有危害的顆粒物、NO x等尾氣排放。在嚴苛的法規(guī)壓力下，發(fā)動機是否還有未來呢？在2018國際發(fā)動機會議上多家汽車公司、咨詢公司發(fā)表了汽車傳統(tǒng)動力和新能源動力發(fā)展戰(zhàn)略和技術發(fā)展規(guī)劃，對未來各種動力系統(tǒng)的預測各家的觀點不完全一致，但所有公司的共同觀點是幾條路線需要并行發(fā)展，傳統(tǒng)發(fā)動機還有繼續(xù)優(yōu)化的空間，發(fā)動機自身有望實現(xiàn)零排放。另一方面，各個公司也都在加大發(fā)展電動車、燃料電池車。一個新的現(xiàn)象是有很多研究結(jié)構(gòu)和大學在研究新型合成燃料，希望能從根本上解決發(fā)動機排放問題，但要實現(xiàn)產(chǎn)品化，還需要從技術上突破及降低成本。
1 汽車傳統(tǒng)動力-發(fā)動機的未來
1.1 發(fā)動機技術發(fā)展趨勢
發(fā)動機目前面臨的主要問題是CO2和成本之間的平衡及解決汽車使用當?shù)丨h(huán)境排放問題。柴油機技術重點是解決尾氣污染物排放，主要側(cè)重發(fā)動機后處理器、溫度管理及精細策略上[1-6]。博世宣稱不需增加發(fā)動機硬件，只采用合理的技術手段就可以使柴油機實現(xiàn)E6d排放。汽油機未來技術重點在降低油耗即CO2排放上，RDE排放也帶來一些難題。米勒循環(huán)、外部冷卻EGR、可變氣門升程、可變增壓、順序增壓、電動增壓、VCR、噴水、HCCI、超高噴油壓力、預燃室燃燒、絕熱等是比較有價值的技術。不同技術復雜度，對應不同的發(fā)動機動力性和熱效率，見圖1。采用米勒循環(huán)、外部冷卻EGR和順序增壓，可以實現(xiàn)42%的熱效率及90kw/l的功率密度，見圖2。發(fā)動機未來的發(fā)展主要有兩種趨勢，一是高動力性和中等效率，二是高效率和中等動力性，前者的目標是達到200kw/l，后者的目標是實現(xiàn)45%的熱效率，見圖3。
展開 汽車系統(tǒng)動力學
汽車系統(tǒng)動力學
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汽車系統(tǒng)動力學是研究所有與汽車系統(tǒng)運動有關的學科，研究內(nèi)容可按車輛運動方向分為縱向、垂向和側(cè)向動力學三大部分。
本書除了介紹車輛動力學建模的基礎理論、輪胎力學及汽車空氣動力學基礎之外，重點介紹了受汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)影響的驅(qū)動動力學和制動動力學，以及行駛動力學和操縱動力學內(nèi)容。
展開 《汽車系統(tǒng)動力學》
I S B N： 711116895
頁數(shù)： 324
開本： 小16開
印張： 15104245.76
包裝： 平裝
字數(shù)： 505千
簡介
汽車系統(tǒng)動力學是研究所有與汽車系統(tǒng)運動有關的學科，研究內(nèi)容可按車輛運動方向分為縱向、垂向和側(cè)向動力學三大部分。
本書除了介紹車輛動力學建模的基礎理論、輪胎力學及汽車空氣動力學基礎之外，重點介紹了受汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)影響的驅(qū)動動力學和制動動力學，以及行駛動力學和操縱動力學內(nèi)容。
本書運用系統(tǒng)方法及現(xiàn)代控制理論，結(jié)合實例分析，介紹了車輛動力學模型的建立、計算機仿真、動態(tài)性能分析和控制器設計的方法，同時也使讀者對常用的車輛動力學分析軟件有所了解。
本書可作為高等學校車輛工程專業(yè)研究生教學用書，也可作為車輛工程專業(yè)本科生的選修課教材，同時可供汽車設計和研究人員閱讀參考。
展開 深度解讀混合動力汽車雙電機驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動電機提供主要動力，不足部分由發(fā)動機和發(fā)電機補充，3個動力源可以同時驅(qū)動車輪，整車有更大的扭矩輸出，表現(xiàn)出更好的加速性能。此時車輛處于行駛狀態(tài)，發(fā)動機工作，發(fā)電機工作，驅(qū)動電機驅(qū)動，3個動力源同時驅(qū)動車輛。
圖8
（4）模式切換控制
從整車的經(jīng)濟性和動力性方面而言，采用EDU雙電機系統(tǒng)，可以基于雙離合器C1及C2，控制協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)，適時選擇相應的驅(qū)動電機、發(fā)電機及發(fā)動機動力源輸入，最終實現(xiàn)純電動、串聯(lián)、并聯(lián)和能量回收等模式功能的切換。當電池電量高并且車輛對扭矩需求較低的情況下，可進入純電動模式；當電池電量較低，對扭矩需求不足以進入并聯(lián)時，可進入串聯(lián)模式；在較高電池電量和較大扭矩需求下，可進入并聯(lián)模式。在不同的運行模式下，儀表系統(tǒng)可顯示出不同的混動能量流狀態(tài)。根據(jù)當前整車工況協(xié)調(diào)控制模式切換，讓各動力源處于最佳運行狀態(tài)，以使整車表出更好的性能。
4. 雙電機系統(tǒng)起步分析
混合動力車輛執(zhí)行完高壓上電流程之后就要考慮車輛起步的問題。車輛起步在實際行駛中經(jīng)常發(fā)生，起步性能的好壞對整車平順性、經(jīng)濟性有很大的影響。針對傳統(tǒng)汽車，由于發(fā)動機的特性關系，車輛起步需要離合器的滑摩來完成，但對混合動力汽車，特別是搭載雙電機的混合動力汽車，車輛起步所需要的扭矩可以由電機來承擔。因電機具有在低速時的大扭矩輸出特性，適合作為起步動力源，因此，只要匹配的電機滿足車輛起步的扭矩和功率需求，就能避免離合器的起步滑摩，達到較理想的起步特性。
雙電機混合動力系統(tǒng)電機在匹配時，不僅要考慮起步功率需求，還要考慮電機低速驅(qū)動時的效率，因電機高效區(qū)工作點集中在低速部分，有利于提高電機起步時的性能。
展開 