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纯电动汽车建模与性能分析

摘要：电动汽车建模有助于在开发实时模型之前进行深入分析。在MATLAB/Simulink环境下建立了纯电动汽车的数学模型，并对不同标准驱动工况进行了测试，以分析其性能。利用模糊逻辑控制(FLC)来确定再生制动元件，从而使电池保持在安全的运行状态。为了分析行车模式的重要性，分别考虑了城市行车周期和公路行车周期，并研究了车辆重量、滚动阻力、路面坡度和行驶方式等路面参数的变化对车辆性能的影响。

关键词：电池电动汽车，再生制动，模糊逻辑控制，数学模型，驱动循环

0引言

燃油汽车虽然技术非常成熟，自动化程度非常高，但对环境影响及能源消耗非常大，因此电动汽车作为一个非常具有前途的替代品具有很强的市场潜力，本文采用马恒达全电动四门轿车e2o+P4型号电动汽车为研究原型，建立基本建模方程，描述模型，采用FLC策略提高制动有效性以及仿真性能分析对电动汽车进行分析及优化。

1研究方法

1.1建模所用的数学方程

建模的含义是系统用数学方程来进行表示。在纯电动汽车中，与牵引力[1-4]、机器建模[5]和电池参数[6]的方程是相关的。

1.1.1牵引力的计算

牵引力(Ftr)由气动阻力(Fad),滚动阻力(Frr),爬坡力(Fhc),机械摩擦阻力(MFb)和线加速度和角加速度力(FlaFωa)组成。

表1车辆参数

参数

值

汽车质量(m)

1237kg

迎风面积(A)

阻力系数(Cd)

滚动阻力系数(μrr)

传动比(G)

空气密度(ρ)

2.36m2

0.21

0.01

10.83:1

1.2kg/m3

图1作用于运动车辆上的力

总牵引力Ftr的定义为

Ftr=Fad+Fhc+Frr+MFb+Fla+Fωa(1)

其中，Frr为滚动阻力，这里取rr为0.01。混凝土路面的rr值为0.01~0.03,粗糙路面为0.1,沙质路面为0.3[7]。机械和摩擦制动(MFb)依赖于旋转机械部件如球轴承及其润滑，摩擦损失系数假设为0.005.

1.1.2机械损耗

异步电机的损耗[7]用式(2)表示，其中Kl,Kc,Kw为电机损耗常数，C为恒定损耗，T为输出转矩，w为速度其单位为rad/s。电机损耗常数

中，铜损耗为58%,磁芯损耗为25%,风阻损耗为12%,杂散损耗为5%。

Ploss=Kl*T2+Kc*ω+Kω*ω3+C(2)1.1.3电池参数计算

电池模型以开路电压(Voc)、电池功率(Pbatt)和内阻(R)为输入，计算出电池荷电状态(SOC)和电池电流[8]。

Pmotηmot(3)P

Pmot

ηmot

(3)

这里Pmot为感应电机(IM)的输出功率，mot为电机的效率，假设为0.88。Paux为辅助电源，取300W。通过对(4)得到的加速度进行积分，估计出车辆的速度。

v=dt(4)

1.2纯电动汽车的Matlab/simulink模型

用于BEV建模的逻辑如图2所示，其中给定的与车辆实际速度比较后的驱动周期作为PID控制器的输入[1,9],以产生所需的加速度或制动力。行驶周期是标准的模式，它表示速度与时间的关系，单位是m/s。由于电池荷电状态和车速、制动力等驾驶条件的不同，电池再生有一定的局限性。机械制动辅助再生制动，其中制动力的划分由模糊

逻辑控制器完成[10,11]。

图2完整的BEV模型

图3电动机模型

关于制动系统，制动所需的再生力大小由制动

系统决定，当电机不处于静止状态时，再生力将供给电机。再生力由式(5)计算。电机与轮之间有一个比例为G的齿轮。车轮的半径用r表示。

T=

Pmotω

=

Ftr*r

G

(5)

图3为电机模型，其中加速器、再生转矩和电机转速作为输入，用于开发用于电机和再生的转矩包络线。电机输出转矩是推进转矩和再生转矩的结合，电机的功率损耗同样利用公式(2)来计算。