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電動(dòng)車設(shè)計(jì)開源

1846656 2022-11-04 | zip | 0.04 MB | 次下載 | 2積分

資料介紹

描述

介紹：

EV 是電動(dòng)汽車的縮寫。電動(dòng)汽車是部分或完全依靠電力供電的車輛。電動(dòng)汽車的運(yùn)行成本低，因?yàn)樗鼈冃枰S護(hù)的活動(dòng)部件較少，而且非常環(huán)保，因?yàn)樗鼈兪褂煤苌倩虿皇褂没剂希ㄆ突虿裼停?/font>雖然一些電動(dòng)汽車使用鉛酸或鎳金屬氫化物電池，但現(xiàn)代電池電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在被認(rèn)為是鋰離子電池，因?yàn)樗鼈兙哂懈L(zhǎng)的壽命并且在保持能量方面表現(xiàn)出色，每次自放電率僅為 5%月。盡管效率有所提高，但這些電池仍然存在挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)經(jīng)歷熱失控，例如，導(dǎo)致特斯拉 Model S 起火或爆炸，

理論：

當(dāng)汽車的踏板被踩下時(shí)，然后：

控制器從電池和逆變器獲取并調(diào)節(jié)電能
通過控制器設(shè)置，逆變器然后向電機(jī)發(fā)送一定量的電能（根據(jù)踏板上的壓力深度）
電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（旋轉(zhuǎn)）
電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)使變速器旋轉(zhuǎn)，因此車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后汽車移動(dòng)。

電動(dòng)汽車有 4（四）種類型，概述如下：

電池電動(dòng)汽車 (BEV)

雜交種

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV)
插電式混合動(dòng)力汽車 (PHEV)
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV)插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (PHEV)
燃料電池電動(dòng)汽車 (FCEV)

不同類型的電動(dòng)汽車

系統(tǒng)級(jí)配置：

系統(tǒng)級(jí)配置處理整個(gè) EV 的控制。整個(gè)電動(dòng)汽車的簡(jiǎn)單框圖將包括電池、直流電機(jī)及其控制單元、傳動(dòng)系統(tǒng)和車輪。

電動(dòng)汽車框圖

框圖是 EV 的簡(jiǎn)單布局。在 matlab 模型中，我們將分別描述每個(gè)塊。

EV 的設(shè)計(jì)是在 simulink 中使用所需的電池組和所需的直流電機(jī)完成的。EV 的建模是使用 simulink 完成的，以描述車輛的完整工作。

simulink中的電動(dòng)汽車模型

上面的框圖用于刺激 EV。該模型包括，

1.車身子系統(tǒng)

2.直流電機(jī)

3.電機(jī)控制器

4.縱向驅(qū)動(dòng)

5.驅(qū)動(dòng)循環(huán)

6.電池

7.SOC子系統(tǒng)

現(xiàn)在我們可以看到用于 EV 建模的模塊的組件級(jí)詳細(xì)信息。

1.車身子系統(tǒng)：

該子系統(tǒng)由幾個(gè)塊組成，

車身子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由車輪塊、齒輪塊和車身塊組成。

輪胎塊：

輪胎塊

在這里，我們使用輪胎塊（魔術(shù)輪塊）來制作我們的 EV 車輪。該塊有 4 個(gè)端口，即 A、N、S、H。

A口——輪軸機(jī)械保轉(zhuǎn)口。同軸的車輪應(yīng)通過此口連接。

N口——作用于其上的正常反應(yīng)。此口與車體塊相連。

H 端口 - 它是用于產(chǎn)生在其中產(chǎn)生的推力的車輪的機(jī)械平移保護(hù)端口。四個(gè)車輪通過該端口連接，并且該端口也連接到車體端口中的同一個(gè)平移端口。

S 端口 - 它是車輪的 Slip 輸出。這里不連接，或者可以連接到用于無連接端口的 ps 終結(jié)器。

該塊的特點(diǎn)是各種塊參數(shù)，

峰值縱向力設(shè)置為3000N
滑動(dòng)設(shè)置為 10%
輪胎半徑為 0.3m
車輪慣量保持在1Kgm^2
滾動(dòng)系數(shù)保持為0.015

此輪胎塊與車體 simscape 塊連接

車身：

車身塊

車體塊用于將車輪連接到現(xiàn)實(shí)世界的車輛。它由 NR、NF、beta、V、H、W 塊組成

Nf-Nr - 它們是連接到 EV 前后輪的正常反應(yīng)輸出端口。

H口- 與車輪H口相連的機(jī)械平移保護(hù)口。

V 端口 - 是車輛的實(shí)際輸出速度，模擬后發(fā)送到示波器查看輸出圖。它也作為車輛控制的反饋。

beta - 道路傾斜角。這里它被認(rèn)為是恒定的 0 值。

W端口- 迎面風(fēng)速。這里被認(rèn)為是常數(shù)0值。

改變塊的參數(shù)以控制在輪軸之間分布的空氣動(dòng)力阻力、車身質(zhì)量和路面傾角。

毛重為1200kg
幾何參數(shù)保持不變
阻力系數(shù)取0.3
不考慮車輛的俯仰動(dòng)力學(xué)。

齒輪箱：

齒輪箱塊

這里使用簡(jiǎn)單的齒輪箱進(jìn)行模擬。B口作為輸入，F(xiàn)口作為輸出。輸入用于將電機(jī)軸插入齒輪箱，輸出口用于傳遞電機(jī)軸到輪軸。

電機(jī)軸的傳遞取決于齒輪箱的傳動(dòng)比。這里的值為3.73。齒輪箱的軸設(shè)置為與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同。

2.直流電機(jī)：

直流電機(jī)

直流電機(jī)用于電動(dòng)汽車的仿真。它由電氣端子和機(jī)械端子組成。

+ 和 - 符號(hào)表示連接到受控電源的電機(jī)的電氣輸入。

R 和 C 符號(hào)表示電機(jī)的機(jī)械輸出。R 端口給出扭矩和速度值，作為輸入給車體子系統(tǒng)。C 端口連接到機(jī)械參考。

電機(jī)參數(shù)改變?yōu)椋?/font>

磁場(chǎng)類型選擇為永磁體
空載轉(zhuǎn)速保持在10000rpm
額定轉(zhuǎn)速8000rpm
額定負(fù)載為60kw
額定直流電源為 330v

3.電機(jī)控制器：

如果直流電機(jī)直接連接到電池，它將在電池所需的電壓下運(yùn)行，我們無法控制電機(jī)的速度。因此建議在電機(jī)和電池之間使用控制器?？刂破饔蓛蓚€(gè)主要部件 - H 橋和 PWM 控制電壓。

H橋：

H橋塊

此塊代表 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它有 $ 輸入和兩個(gè)輸出端子。

PWM 端口 - 將電壓采樣到 PWM 信號(hào)的輸入端口。該橋可以在兩種模式下運(yùn)行。在 PWM 模式下，如果給定的 pwm 大于閾值，橋?qū)⑦\(yùn)行。在平均模式下，pwm電壓值除以 pwm 信號(hào)來確定電橋?qū)〞r(shí)間的比率。

REF 端口 - 這是與 pwm 端口相結(jié)合的參考電壓，以使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。它通常接地。

REV 端口 - 這決定了電機(jī)的反向運(yùn)動(dòng)。這里它是接地的。

BRk 端口 - 用于車輛制動(dòng)。通過受控電壓源與縱向驅(qū)動(dòng)塊連接。

該塊的其他參數(shù)包括，

選擇的模擬模式是平均模式，因?yàn)樗?jié)省了我們的模擬時(shí)間。
啟用再生制動(dòng)，因此當(dāng)車輛開始減速時(shí)，電池會(huì)被充電。
負(fù)載電流設(shè)置為平滑值
輸出幅度值設(shè)置為與電池電壓相同的330v。
輸入閾值保持為常數(shù)參數(shù)。

受控PWM電壓：

受控的 PWM 電壓

Simulink 提供了一個(gè)內(nèi)置的受控 PWM 電壓模塊。它是向 H 橋電路提供脈沖所必需的。

它由兩個(gè)參考電壓輸入組成，用于為電機(jī)提供必要的電壓。輸入由驅(qū)動(dòng)器提供，模塊相應(yīng)地生成用于加速和制動(dòng)的脈沖。

它有兩個(gè)輸出端口，PWM端口連接H橋的PWM信號(hào)，ref也連接到H橋的ref來控制它。

塊的參數(shù)包括，

PWM 頻率設(shè)置為 1000Hz。
模擬模式是平均的。
對(duì)于 0% 占空比，電壓縮放為 0V，對(duì)于 100% 占空比，電壓縮放為 5V。

4.縱向驅(qū)動(dòng)：

它是由動(dòng)力總成模塊組提供的內(nèi)置模塊。它用于通過參考值和反饋值向駕駛員發(fā)出加速和制動(dòng)命令等命令。

Velref - 用于從預(yù)定義的駕駛循環(huán)數(shù)據(jù)中獲取速度的參考輸入值。

VelFdbk - 此端口從車身塊獲取反饋速度值，并將其與參考速度進(jìn)行比較以實(shí)現(xiàn)所需的加速和減速

Grade - 用于定義車輛的梯度。這里我們假設(shè)它為 0。

Accelcmd - 它是一個(gè)輸出端口，用于向電機(jī)提供加速命令。它通過受控電壓源與受控pwm電壓的正極相連。

Decelcmd - 它也是一個(gè)輸出端口，用于向電機(jī)提供減速命令。它通過受控電壓源與H橋的brk端口相連。

信息 - 它是各種總線信號(hào)的信號(hào)。此處未連接。

該模塊通過 PI 控制器方法控制，具有跟蹤飽和和前饋增益。

5.驅(qū)動(dòng)循環(huán)：

驅(qū)動(dòng)循環(huán)源是用來為仿真提供參考速度的塊。這里我們選擇了FTP75標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)循環(huán)。它包含2474秒的數(shù)據(jù)點(diǎn)。refspd端口id連接到縱向驅(qū)動(dòng)器的ref。

駕駛循環(huán)的參考速度也與車身塊中的速度一起提供給范圍，以檢查相應(yīng)的速度。輸出速度也提供給積分器塊并提供給范圍以測(cè)量行駛距離機(jī)動(dòng)車。

6.電池：

電池塊

使用簡(jiǎn)單的電池模型進(jìn)行仿真。電池通過受控電流源連接，電流傳感器與電池和電機(jī)相連。受控電流源的輸出提供給soc子系統(tǒng)。

電池的參數(shù)是，

充電容量是有限的。
電池標(biāo)稱電壓為400V
安培小時(shí)額定值為 50

7.SOC子系統(tǒng)：

SOC子系統(tǒng)模塊

創(chuàng)建 SOC 子系統(tǒng)來計(jì)算電池的充電狀態(tài)。該系統(tǒng)將電池電流作為輸入，并給出充電狀態(tài)作為輸出。

將電池的電流積分得到充電值，然后將充電值轉(zhuǎn)換為安培小時(shí)值。然后將轉(zhuǎn)換后的值與標(biāo)準(zhǔn)電池充電容量進(jìn)行比較。這里假設(shè)為 50Ah。

然后將比較值轉(zhuǎn)換為百分比值，它將表示電池的充電狀態(tài)。輸出也提供給示波器以圖形方式查看。

仿真結(jié)果：

現(xiàn)在完成上述所有連接后，我們需要運(yùn)行模型。模型將運(yùn)行 2474 秒，因?yàn)樾旭傊芷诎?2474 個(gè)點(diǎn)。如果我們選擇其他行駛周期選項(xiàng)，例如全開油門，我們可以決定總時(shí)間車輛必須運(yùn)行。

我們的模擬結(jié)果如下，

速度與時(shí)間

上圖顯示了參考速度和車輛實(shí)際速度。黃線表示參考速度，藍(lán)線表示車輛實(shí)際速度。我們可以看到實(shí)際速度沒有跟隨參考速度。這是由于電機(jī)的參數(shù)，如果我們提高電機(jī)的額定值，我們可以獲得非常精確的輸出。

覆蓋距離與時(shí)間

上圖顯示了車輛在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)行駛的距離。由于行駛周期中沒有負(fù)速度，該圖趨于增加。在2474s的行駛周期數(shù)據(jù)中，車輛總共行駛了20000m。我們可以還要看速度和距離的關(guān)系，當(dāng)速度趨于0時(shí)，距離保持不變。

SOC VS 時(shí)間

上圖顯示了電池的充電狀態(tài)。電池的容量隨著車輛的運(yùn)行而下降。運(yùn)行整個(gè)循環(huán)后，電池的充電狀態(tài)下降到 35% 的值。

結(jié)論：

創(chuàng)建了具有簡(jiǎn)單電池和直流電機(jī)的 EV 模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了仿真以獲得上述結(jié)果。該模型顯示了電動(dòng)汽車的性能。可以通過根據(jù)要求的參數(shù)設(shè)計(jì)電池和直流電機(jī)來改進(jìn)它。該模型對(duì)于確定 EV 的實(shí)際參數(shù)非常有用。該模型提供了對(duì)電動(dòng)汽車實(shí)際工作方式的基本了解