Simulink汽车仿真实例

第5章Simulink仿真实战

——车辆典型部件建模仿真（10学时）2内容概览引例：用Simulink对微分方程建模仿真一个发动机模型离合器接合/分离模型防抱死制动系统（ABS）半车模型悬架系统3引例用Simulink对下列微分方程进行建模仿真（u

为常数）4基本步骤启动MATLAB启动Simulink新建一个模型保存模型选择合适的模块模块操作信号线操作仿真参数设置开始仿真5扩展步骤示波器设置多个示波器分别显示多条曲线在一个示波器中显示多条曲线6实战1：一个发动机模型根据下列数学模型，用Simulink建模仿真。负载扭矩（输入）：节气门开度（输入）：7实战1：一个发动机模型进入进气歧管的空气质量速度：8实战1：一个发动机模型进气歧管的压力变化速度：9实战1：一个发动机模型离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空气质量速度）：10实战1：一个发动机模型发动机扭矩：11实战1：一个发动机模型发动机角加速度：12实战1：一个发动机模型用到的模块一览：常量 Constant Sources阶跃 Step Sources示波器 Scope Sinks终端 Terminator Sinks增益 Gain MathOperations加减 Sum MathOperations乘除 Product MathOperations求最值 MinMax MathOperations判正负 Sign MathOperations汇总器 Mux SignalRouting开关 Switch SignalRouting13实战1：一个发动机模型用到的模块一览：关系运算符 RelationalOp.

Logic&BitOp.积分器 Integrator Continuous饱和环节 Saturation Discontinuites单位延迟 UnitDelay Discrete初始条件 IC SignalAttributes函数 Fcn User-DefinedFcn子系统 SubSystem Ports&Subsystems输入 In1 Ports&Subsystems输出 Out1 Ports&Subsystems触发器 Trigger Ports&Subsystems14作业完成各个子系统的建模。下节课将这些子系统组装成一个完整的发动机模型。15实战1：一个发动机模型Simulink模型：16实战1：一个发动机模型仿真结果分析：负载减小，发动机转速升高并趋于稳定；节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定；负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。123发动机转速曲线17实战1：一个发动机模型发动机转速闭环控制加入一个离散控制器（PI控制器），通过一个快速节气门执行器调节发动机转速，使得负载转矩的变化对发动机转速的影响最小。18实战1：一个发动机模型发动机转速闭环控制模型19实战1：一个发动机模型发动机转速闭环控制发动机转速曲线负载扭矩曲线节气门开度曲线20作业建立一个完整的带PI转速控制器的Simulink发动机模型（可参考enginewc.mdl）。21实战2：离合器接合/分离模型一个离合器集中参数模型22实战2：离合器接合/分离模型参数定义：23实战2：离合器接合/分离模型摩擦扭矩：最大动摩擦扭矩：最大静摩擦扭矩：对于非金属材料的当量半径24实战2：离合器接合/分离模型离合器保持接合所需要的摩擦扭矩：25实战2：离合器接合/分离模型接合/分离的有限状态机（FSM）：接合条件lock分离条件unlock原状态mem执行动作locked说明0000保持分离态0011保持接合态0100保持分离态0110切换至分离态1001切换至接合态1011保持接合态1101切换至接合态1110切换至分离态26实战2：离合器接合/分离模型基本模块介绍：使能子系统：当使能端口的控制信号为正时，子系统执行（sys_enable.mdl）；触发子系统：子系统只在触发事件发生的时刻执行，并保持该时刻的输出直至下一次触发事件发生（sys_trigger.mdl）；逻辑运算“NOT”：（sys_not.mdl）；27实战2：离合器接合/分离模型基本模块介绍：HitCrossing：检测输入从指定方向上到达或通过指定点（sys_hit.mdl）；Goto/From：信号的跳转。注意Tag的可见性；Memory：存储模块（sys_memory.mdl）；CombinatorialLogic：组合逻辑模块；28实战2：离合器接合/分离模型Simulink模型：回调函数的使用29实战2：离合器接合/分离模型仿真曲线：紫色：发动机输入扭矩黄色：离合器夹紧力青色：最大静摩擦扭矩红色：保持接合的摩擦扭矩30实战2：离合器接合/分离模型仿真曲线：紫色：主动盘转速黄色：从动盘转速青色：接合后转速31作业1、复习各类基本模块；2、对离合器接合/分离模型进行建模仿真。32实战3：防抱死制动系统（ABS）单轮制动数学模型：33实战3：防抱死制动系统（ABS）Simulink模型：34实战3：防抱死制动系统（ABS）基本模块介绍：传递函数 TransferFcn Continuous查找表 LookupTable LoopupTables积分器（限幅）Integrator Continuous终止仿真 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实战3：防抱死制动系统（ABS）Simulink模型精讲bangbang控制器原理：制动系液压管路：一阶惯性环节36实战3：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ctrl=1，ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速度黄色：车轮实际角速度37实战3：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ctrl=0，非ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速度黄色：车轮实际角速度38实战3：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ABS制动与非ABS制动效果对比ABS制动非ABS制动制动时间（x10-2s）制动距离（feet）39作业1、复习各类基本模块；2、对防抱死制动系统进行建模仿真。40实战4：半车模型悬架系统半车模型悬架系统：41实战4：半车模型悬架系统前悬架作用力和扭矩数学模型：42实战4：半车模型悬架系统后悬架作用力和扭矩数学模型：43实战4：半车模型悬架系统力平衡方程：扭矩平衡方程：44实战4：半车模型悬架系统Simulink模型：45实战4：半车模型悬架系统46作业1、对半车模型悬架系统进行建模仿真。附录资料：不需要的可以自行删除节能与新能源汽车

--纯电动汽车目录1概述2新能源汽车现状

3

纯电动汽车技术原理及优势4纯电动汽车商业模式简介5远期展望概述基本概念以内燃机为主要动力系统，综合利用各种技术降低油耗的叫节能汽车。

“新能源汽车”是指采用新型动力系统，使用非石油燃料的汽车。规划中的新能源汽车主要是指纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车。纯电动汽车是以电池为储能单元，以电动机为驱动系统的车辆。纯电动汽车的特点：结构相对简单，生产工艺相对成熟。新能源汽车现状序号国家/区域鼓励政策行动计划1美国《2001年美国未来能源保证法案》《美国新的综合性能源计划》《美国下一代电动汽车协议》未来10年投入10亿美元，至2015年普及100万辆插电式混合动力汽车2欧盟欧洲汽车制造商协会《2010税收导则》，除意大利和卢森堡，所有西欧国家出台了对电动车的减税、免税或补贴政策奥地利：25万辆推广计划丹麦：2020年，电动汽车占新售车辆1/10西班牙：2014年普及100万辆3德国《国家电动车发展计划》，2009-2012年投入5亿欧元用于纯电动和插电式混合动力汽车的研发产业化到2020年、2030年分别普及100万辆和500万辆纯电动汽车和插电式混合动力汽车4法国《新车置换金》《法国清洁汽车购买奖励体系》2015年推广电动汽车10万辆5英国《私人购买新能源汽车补贴细则》低碳汽车示范运行与研发资助政策2015年推广电动汽车24万辆6日本《下一代汽车的补助金制度》《日本电动汽车购买补助手册》到2020年普及以电动汽车为主体的“下一代汽车”达到1350万辆国外政策世界各国普遍将发展电动汽车确立为节能减排的重要途径和政府战略性计划，出台各类发展鼓励政策和行动计划。新能源汽车现状电动汽车科技发展“十二五”专项规划 形成“三横三纵三大平台”（三纵：混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车；三横：电池、电机、电控;三大平台：标准检测、能源供给、集成

示范战略重点与任务布局）

《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）》

汽车工业转型的主要战略取向——纯电驱动当前重点推进——纯电动汽车和混合动力汽车产业化推广普及：非插电式混合动力汽车、节能内燃机汽车

国内政策新能源汽车已经成为我国七大战略性新型产业之一新能源汽车现状国内发展状况经过多年的酝酿，国内纯电动汽车日趋成熟，有多款电动车已取得国家公告吉利熊猫EK电动汽车系列动力源：铅酸电池最高车速：80km/h北汽福田迷迪纯电动轿车动力源：锂电池组续航：100—150公里

东风风神，EJ02纯电动汽车动力源：磷酸铁锂电池，电机类型：风神采用永磁同步电机长安奔奔MINI纯电动汽车动力源：磷酸铁锂电池组电机类型：永磁直流无刷电机

比亚迪E6纯电动汽车动力源：铁电池续航：200—300公里

众泰2008EV纯电动汽车动力源：锂离子电池续航：300公里纯电动汽车纯电动汽车技术原理分类领域整车共性技术

整车和系统集成网络通讯和控制技术强电安全技术电磁兼容性技术整车轻量化技术整车匹配标定和试验技术系统标定和优化技术智能感应及显示技术故障诊断和容错控制技术热管理技术分类和领域纯电动汽车核心技术分类领域控制系统关键技术电制动技术安全技术控制软件开发仿真系统设计诊断技术车用驱动电机系统关键技术驱动电机及其控制技术系统集成系统热管理位置/转速传感器高性能绝缘材料高性能永磁材料电力电子元器件IGBT车用动力电池系统关键技术

动力电池及成组技术系统集成电池管理系统正负极材料锂离子电池隔膜纯电动汽车核心技术分类领域电动辅助系统关键技术电空调电转向电制动电动汽车的主要组成和核心部件“三大件”驱动系统电动汽车的心脏驱动系统的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池中。实现一种“再生”效应。驱动系统包括：电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮等。常用的驱动电机：

1、直流有刷电动机、

2、交流感应电动机、

3、开关磁阻电动机、

4、无刷直流电动机及永磁同步电机控制系统对驱动机的控制

主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况，在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式。动力源电池管理系统电池组锂离子电池铅酸蓄电池镍氢蓄电池镍镉蓄电池钠硫蓄电池重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长；它是一种真正的绿色节能环保电池可靠性好、原材料易得，价格便宜；性能差，使用寿命短属于碱性电池，循环使用寿命较长，无记忆效应，但价格较高可快速充电，循环使用寿命较长，价格贵，容易造成环境污染能量转换率高，零污染，可大电流、高功率放电。电动汽车的优点节能环保-最突出的优点：电动汽车所采用的电能来源比较广，火电、核电、风力发电、水力发电以及太阳能发电等等。对环境的污染较小，并且节约石油资源减速停车时，可以将车辆的动能通过磁电效应“再生”地转化为电能并贮存在蓄电池中。这