Simulink汽車仿真實(shí)例

第5章Simulink仿真實(shí)戰(zhàn)

——車輛典型部件建模仿真（10學(xué)時(shí)）2內(nèi)容概覽引例：用Simulink對(duì)微分方程建模仿真一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型離合器接合/分離模型防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）半車模型懸架系統(tǒng)3引例用Simulink對(duì)下列微分方程進(jìn)行建模仿真（u

為常數(shù)）4基本步驟啟動(dòng)MATLAB啟動(dòng)Simulink新建一個(gè)模型保存模型選擇合適的模塊模塊操作信號(hào)線操作仿真參數(shù)設(shè)置開(kāi)始仿真5擴(kuò)展步驟示波器設(shè)置多個(gè)示波器分別顯示多條曲線在一個(gè)示波器中顯示多條曲線6實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型根據(jù)下列數(shù)學(xué)模型，用Simulink建模仿真。負(fù)載扭矩（輸入）：節(jié)氣門開(kāi)度（輸入）：7實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)入進(jìn)氣歧管的空氣質(zhì)量速度：8實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)氣歧管的壓力變化速度：9實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型離開(kāi)進(jìn)氣歧管的空氣質(zhì)量速度（即進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量速度）：10實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩：11實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)角加速度：12實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型用到的模塊一覽：常量 Constant Sources階躍 Step Sources示波器 Scope Sinks終端 Terminator Sinks增益 Gain MathOperations加減 Sum MathOperations乘除 Product MathOperations求最值 MinMax MathOperations判正負(fù) Sign MathOperations匯總器 Mux SignalRouting開(kāi)關(guān) Switch SignalRouting13實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型用到的模塊一覽：關(guān)系運(yùn)算符 RelationalOp.

Logic&BitOp.積分器 Integrator Continuous飽和環(huán)節(jié) Saturation Discontinuites單位延遲 UnitDelay Discrete初始條件 IC SignalAttributes函數(shù) Fcn User-DefinedFcn子系統(tǒng) SubSystem Ports&Subsystems輸入 In1 Ports&Subsystems輸出 Out1 Ports&Subsystems觸發(fā)器 Trigger Ports&Subsystems14作業(yè)完成各個(gè)子系統(tǒng)的建模。下節(jié)課將這些子系統(tǒng)組裝成一個(gè)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。15實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型Simulink模型：16實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型仿真結(jié)果分析：負(fù)載減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；節(jié)氣門開(kāi)度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；負(fù)載增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降并趨于穩(wěn)定。123發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線17實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制加入一個(gè)離散控制器（PI控制器），通過(guò)一個(gè)快速節(jié)氣門執(zhí)行器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使得負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響最小。18實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模型19實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線負(fù)載扭矩曲線節(jié)氣門開(kāi)度曲線20作業(yè)建立一個(gè)完整的帶PI轉(zhuǎn)速控制器的Simulink發(fā)動(dòng)機(jī)模型（可參考enginewc.mdl）。21實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型一個(gè)離合器集中參數(shù)模型22實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型參數(shù)定義：23實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型摩擦扭矩：最大動(dòng)摩擦扭矩：最大靜摩擦扭矩：對(duì)于非金屬材料的當(dāng)量半徑24實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型離合器保持接合所需要的摩擦扭矩：25實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型接合/分離的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）：接合條件lock分離條件unlock原狀態(tài)mem執(zhí)行動(dòng)作locked說(shuō)明0000保持分離態(tài)0011保持接合態(tài)0100保持分離態(tài)0110切換至分離態(tài)1001切換至接合態(tài)1011保持接合態(tài)1101切換至接合態(tài)1110切換至分離態(tài)26實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介紹：使能子系統(tǒng)：當(dāng)使能端口的控制信號(hào)為正時(shí)，子系統(tǒng)執(zhí)行（sys_enable.mdl）；觸發(fā)子系統(tǒng)：子系統(tǒng)只在觸發(fā)事件發(fā)生的時(shí)刻執(zhí)行，并保持該時(shí)刻的輸出直至下一次觸發(fā)事件發(fā)生（sys_trigger.mdl）；邏輯運(yùn)算“NOT”：（sys_not.mdl）；27實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介紹：HitCrossing：檢測(cè)輸入從指定方向上到達(dá)或通過(guò)指定點(diǎn)（sys_hit.mdl）；Goto/From：信號(hào)的跳轉(zhuǎn)。注意Tag的可見(jiàn)性；Memory：存儲(chǔ)模塊（sys_memory.mdl）；CombinatorialLogic：組合邏輯模塊；28實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型Simulink模型：回調(diào)函數(shù)的使用29實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：發(fā)動(dòng)機(jī)輸入扭矩黃色：離合器夾緊力青色：最大靜摩擦扭矩紅色：保持接合的摩擦扭矩30實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速黃色：從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速青色：接合后轉(zhuǎn)速31作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對(duì)離合器接合/分離模型進(jìn)行建模仿真。32實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）單輪制動(dòng)數(shù)學(xué)模型：33實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）Simulink模型：34實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）基本模塊介紹：傳遞函數(shù) TransferFcn Continuous查找表 LookupTable LoopupTables積分器（限幅）Integrator Continuous終止仿真 Stop Sinks防止“除零”而采取的措施：

1.0–u(1)/(u(2)+(u(2)==0)*eps)必定非零！35實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）Simulink模型精講bangbang控制器原理：制動(dòng)系液壓管路：一階慣性環(huán)節(jié)36實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=1，ABS制動(dòng)滑移率曲線黃色：實(shí)際滑移率車輪角速度曲線紫色：車輪前進(jìn)速度折算角速度黃色：車輪實(shí)際角速度37實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=0，非ABS制動(dòng)滑移率曲線黃色：實(shí)際滑移率車輪角速度曲線紫色：車輪前進(jìn)速度折算角速度黃色：車輪實(shí)際角速度38實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ABS制動(dòng)與非ABS制動(dòng)效果對(duì)比ABS制動(dòng)非ABS制動(dòng)制動(dòng)時(shí)間（x10-2s）制動(dòng)距離（feet）39作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。40實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)半車模型懸架系統(tǒng)：41實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)前懸架作用力和扭矩?cái)?shù)學(xué)模型：42實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)后懸架作用力和扭矩?cái)?shù)學(xué)模型：43實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)力平衡方程：扭矩平衡方程：44實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)Simulink模型：45實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)46作業(yè)1、對(duì)半車模型懸架系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。附錄資料：不需要的可以自行刪除節(jié)能與新能源汽車

--純電動(dòng)汽車目錄1概述2新能源汽車現(xiàn)狀

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純電動(dòng)汽車技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)4純電動(dòng)汽車商業(yè)模式簡(jiǎn)介5遠(yuǎn)期展望概述基本概念以內(nèi)燃機(jī)為主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，綜合利用各種技術(shù)降低油耗的叫節(jié)能汽車。

“新能源汽車”是指采用新型動(dòng)力系統(tǒng)，使用非石油燃料的汽車。規(guī)劃中的新能源汽車主要是指純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車。純電動(dòng)汽車是以電池為儲(chǔ)能單元，以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車輛。純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟。新能源汽車現(xiàn)狀序號(hào)國(guó)家/區(qū)域鼓勵(lì)政策行動(dòng)計(jì)劃1美國(guó)《2001年美國(guó)未來(lái)能源保證法案》《美國(guó)新的綜合性能源計(jì)劃》《美國(guó)下一代電動(dòng)汽車協(xié)議》未來(lái)10年投入10億美元，至2015年普及100萬(wàn)輛插電式混合動(dòng)力汽車2歐盟歐洲汽車制造商協(xié)會(huì)《2010稅收導(dǎo)則》，除意大利和盧森堡，所有西歐國(guó)家出臺(tái)了對(duì)電動(dòng)車的減稅、免稅或補(bǔ)貼政策奧地利：25萬(wàn)輛推廣計(jì)劃丹麥：2020年，電動(dòng)汽車占新售車輛1/10西班牙：2014年普及100萬(wàn)輛3德國(guó)《國(guó)家電動(dòng)車發(fā)展計(jì)劃》，2009-2012年投入5億歐元用于純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化到2020年、2030年分別普及100萬(wàn)輛和500萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車4法國(guó)《新車置換金》《法國(guó)清潔汽車購(gòu)買獎(jiǎng)勵(lì)體系》2015年推廣電動(dòng)汽車10萬(wàn)輛5英國(guó)《私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼細(xì)則》低碳汽車示范運(yùn)行與研發(fā)資助政策2015年推廣電動(dòng)汽車24萬(wàn)輛6日本《下一代汽車的補(bǔ)助金制度》《日本電動(dòng)汽車購(gòu)買補(bǔ)助手冊(cè)》到2020年普及以電動(dòng)汽車為主體的“下一代汽車”達(dá)到1350萬(wàn)輛國(guó)外政策世界各國(guó)普遍將發(fā)展電動(dòng)汽車確立為節(jié)能減排的重要途徑和政府戰(zhàn)略性計(jì)劃，出臺(tái)各類發(fā)展鼓勵(lì)政策和行動(dòng)計(jì)劃。新能源汽車現(xiàn)狀電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃 形成“三橫三縱三大平臺(tái)”（三縱：混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車；三橫：電池、電機(jī)、電控;三大平臺(tái)：標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)、能源供給、集成

示范戰(zhàn)略重點(diǎn)與任務(wù)布局）

《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020）》

汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向——純電驅(qū)動(dòng)當(dāng)前重點(diǎn)推進(jìn)——純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化推廣普及：非插電式混合動(dòng)力汽車、節(jié)能內(nèi)燃機(jī)汽車

國(guó)內(nèi)政策新能源汽車已經(jīng)成為我國(guó)七大戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)之一新能源汽車現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r經(jīng)過(guò)多年的醞釀，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車日趨成熟，有多款電動(dòng)車已取得國(guó)家公告吉利熊貓EK電動(dòng)汽車系列動(dòng)力源：鉛酸電池最高車速：80km/h北汽福田迷迪純電動(dòng)轎車動(dòng)力源：鋰電池組續(xù)航：100—150公里

東風(fēng)風(fēng)神，EJ02純電動(dòng)汽車動(dòng)力源：磷酸鐵鋰電池，電機(jī)類型：風(fēng)神采用永磁同步電機(jī)長(zhǎng)安奔奔MINI純電動(dòng)汽車動(dòng)力源：磷酸鐵鋰電池組電機(jī)類型：永磁直流無(wú)刷電機(jī)

比亞迪E6純電動(dòng)汽車動(dòng)力源：鐵電池續(xù)航：200—300公里

眾泰2008EV純電動(dòng)汽車動(dòng)力源：鋰離子電池續(xù)航：300公里純電動(dòng)汽車純電動(dòng)汽車技術(shù)原理分類領(lǐng)域整車共性技術(shù)

整車和系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)通訊和控制技術(shù)強(qiáng)電安全技術(shù)電磁兼容性技術(shù)整車輕量化技術(shù)整車匹配標(biāo)定和試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)標(biāo)定和優(yōu)化技術(shù)智能感應(yīng)及顯示技術(shù)故障診斷和容錯(cuò)控制技術(shù)熱管理技術(shù)分類和領(lǐng)域純電動(dòng)汽車核心技術(shù)分類領(lǐng)域控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電制動(dòng)技術(shù)安全技術(shù)控制軟件開(kāi)發(fā)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)診斷技術(shù)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)系統(tǒng)集成系統(tǒng)熱管理位置/轉(zhuǎn)速傳感器高性能絕緣材料高性能永磁材料電力電子元器件IGBT車用動(dòng)力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

動(dòng)力電池及成組技術(shù)系統(tǒng)集成電池管理系統(tǒng)正負(fù)極材料鋰離子電池隔膜純電動(dòng)汽車核心技術(shù)分類領(lǐng)域電動(dòng)輔助系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電空調(diào)電轉(zhuǎn)向電制動(dòng)電動(dòng)汽車的主要組成和核心部件“三大件”驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車的心臟驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功用是將存儲(chǔ)在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，并能夠在汽車減速制動(dòng)時(shí)，將車輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能充入蓄電池中。實(shí)現(xiàn)一種“再生”效應(yīng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括：電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪等。常用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)：

1、直流有刷電動(dòng)機(jī)、

2、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、

3、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、

4、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)及永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)的控制

主要功能是根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的工況，在保證安全和動(dòng)力性要求的前提下選擇盡可能優(yōu)化的工作模式。動(dòng)力源電池管理系統(tǒng)電池組鋰離子電池鉛酸蓄電池鎳氫蓄電池鎳鎘蓄電池鈉硫蓄電池重量輕、儲(chǔ)能大、無(wú)污染、無(wú)記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)；它是一種真正的綠色節(jié)能環(huán)保電池可靠性好、原材料易得，價(jià)格便宜；性能差，使用壽命短屬于堿性電池，循環(huán)使用壽命較長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)，但價(jià)格較高可快速充電，循環(huán)使用壽命較長(zhǎng)，價(jià)格貴，容易造成環(huán)境污染能量轉(zhuǎn)換率高，零污染，可大電流、高功率放電。電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)節(jié)能環(huán)保-最突出的優(yōu)點(diǎn)：電動(dòng)汽車所采用的電能來(lái)源比較廣，火電、核電、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電以及太陽(yáng)能發(fā)電等等。對(duì)環(huán)境的污染較小，并且節(jié)約石油資源減速停車時(shí)，可以將車輛的動(dòng)能通過(guò)磁電效應(yīng)“再生”地轉(zhuǎn)化為電能并貯存在蓄電池中。這