✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长毕业设计辅导、数学建模、数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。https://gitcode.com/qq_59747472/Matlab/blob/main/README.md 往期回顾关注个人主页Matlab科研工作室 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料个人信条做科研博学之、审问之、慎思之、明辨之、笃行之是为博学慎思明辨笃行。 内容介绍一、引言随着环保意识的增强和对能源可持续性的追求插电式混合动力汽车PHEVs作为一种过渡性的绿色出行解决方案受到了广泛关注。PHEVs 结合了传统燃油发动机和电动驱动系统的优势既可以在纯电模式下行驶减少尾气排放又能在长途行驶时依靠燃油发动机提供动力解决续航焦虑问题。通过性能模拟可以深入了解 PHEVs 在不同工况下的表现为其优化设计和实际应用提供重要依据。二、PHEVs 系统构成一动力系统组件发动机PHEVs 配备传统的燃油发动机如汽油发动机或柴油发动机。发动机在车辆行驶过程中可在电池电量不足或需要更大动力输出时为车辆提供驱动力。例如当车辆高速行驶或进行急加速时发动机能迅速响应提供额外的动力支持。电动机电动机是 PHEVs 实现纯电驱动的关键组件。它通过电池提供的电能转化为机械能驱动车辆行驶。电动机具有响应迅速、扭矩大的特点在车辆起步和低速行驶时能够提供平稳且高效的动力输出减少能源消耗和尾气排放。电池组电池组作为 PHEVs 储存电能的装置其性能直接影响车辆的纯电续航里程和整体性能。常见的电池类型包括锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命等优点。电池组的容量决定了车辆在纯电模式下能够行驶的距离例如一些 PHEVs 的电池组容量可达 15 - 30kWh可支持车辆在纯电模式下行驶 50 - 100 公里。二能量管理系统EMSEMS 是 PHEVs 的核心控制系统负责协调发动机、电动机和电池组之间的能量分配以实现最优的性能和能效。它根据车辆的行驶工况如车速、加速踏板位置、电池电量等实时做出决策决定是使用纯电驱动、纯燃油驱动还是混合动力驱动。例如当电池电量充足且车辆处于城市拥堵路况时EMS 会优先选择纯电驱动模式以减少尾气排放和燃油消耗而在长途高速行驶时EMS 会合理调配发动机和电动机的工作确保车辆的动力性能和续航能力。三、PHEVs 性能模拟方法一建模与仿真工具系统级建模使用专业的车辆动力学和能源管理建模工具如 MATLAB/Simulink、GT - Suite 等。在这些工具中可以建立 PHEVs 的详细系统模型包括发动机模型、电动机模型、电池模型以及 EMS 模型等。通过定义各个组件的参数和相互之间的连接关系模拟 PHEVs 在不同工况下的运行情况。例如在 MATLAB/Simulink 中可以利用 Simscape 库搭建车辆动力系统的物理模型通过设置发动机的功率、扭矩特性曲线电动机的效率曲线以及电池的充放电特性等参数精确模拟车辆的动力输出和能量流动。行驶工况模拟为了准确评估 PHEVs 的性能需要模拟各种实际行驶工况。常见的行驶工况包括城市循环工况如 NEDC、WLTC 城市部分、高速公路工况以及综合工况等。这些工况通过一系列的速度 - 时间曲线来描述车辆在不同场景下的行驶状态如频繁的启停、加速、减速等。在模拟过程中将这些工况曲线作为输入驱动 PHEVs 模型运行以观察车辆在实际行驶条件下的性能表现。二性能指标评估燃油经济性通过模拟计算车辆在不同工况下的燃油消耗评估 PHEVs 的燃油经济性。燃油经济性通常以每百公里燃油消耗量L/100km来表示。在模拟中根据发动机的工作状态、行驶里程以及燃油消耗率等参数计算出车辆在整个行驶过程中的燃油消耗总量进而得出燃油经济性指标。例如在城市循环工况下PHEVs 的燃油经济性可能会明显优于传统燃油汽车因为在频繁启停的过程中纯电驱动模式可以有效减少发动机的低效运行时间。纯电续航里程模拟车辆在纯电模式下从满电状态到电量耗尽时的行驶里程即为纯电续航里程。这一指标取决于电池组的容量、电动机的效率以及车辆的行驶工况等因素。在模拟过程中设定初始电池电量让车辆在纯电模式下按照特定工况行驶记录车辆行驶的距离直到电池电量达到设定的下限值。通过优化电池管理策略和车辆动力系统的匹配可以提高 PHEVs 的纯电续航里程满足日常通勤等短途出行需求。尾气排放评估 PHEVs 在不同工况下的尾气排放情况主要包括一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOx以及颗粒物PM等污染物的排放。在模拟中根据发动机的燃烧模型和排放特性结合车辆的行驶工况计算出各种污染物的排放量。与传统燃油汽车相比PHEVs 在纯电模式下几乎没有尾气排放在混合动力模式下由于发动机的工作时间减少尾气排放也会显著降低有助于改善空气质量和减少环境污染。四、模拟结果与分析一不同工况下的性能表现城市工况在城市拥堵工况下PHEVs 的纯电驱动模式优势明显。频繁的启停使得发动机在低效区间运行而 PHEVs 可以依靠电动机提供动力减少燃油消耗和尾气排放。模拟结果显示在城市工况下PHEVs 的燃油经济性可比传统燃油汽车提高 30% - 50%同时尾气排放大幅降低尤其是 CO 和 HC 的排放可减少 70% - 80%。高速公路工况在高速公路行驶时由于车辆需要保持较高的速度发动机的高效运行区间得以充分利用。此时PHEVs 的混合动力模式能够合理调配发动机和电动机的工作以提供稳定的动力输出。虽然纯电续航里程在高速行驶时会有所降低但整体燃油经济性仍优于传统燃油汽车大约提高 10% - 20%。综合工况综合考虑城市和高速公路等多种工况PHEVs 的平均燃油经济性相比传统燃油汽车有显著提升一般可提高 20% - 40%。同时尾气排放也能得到有效控制为减少碳排放和改善环境质量做出积极贡献。二影响性能的因素电池容量电池容量越大PHEVs 的纯电续航里程越长在日常使用中能够更多地依靠纯电驱动从而减少燃油消耗和尾气排放。然而增加电池容量也会带来车辆成本上升和重量增加等问题需要在设计和优化过程中进行权衡。能量管理策略优化的 EMS 可以根据不同的行驶工况和电池状态合理分配发动机和电动机的动力输出实现最优的能源利用效率。例如采用基于模型预测控制MPC的 EMS能够提前预测车辆的行驶工况更精准地调配能量进一步提高 PHEVs 的燃油经济性和整体性能。车辆负载车辆负载的增加会导致动力需求增大从而影响 PHEVs 的燃油经济性和纯电续航里程。在模拟中发现当车辆满载时燃油消耗会增加 10% - 20%纯电续航里程会缩短 15% - 25%。因此合理控制车辆负载对于提高 PHEVs 的性能至关重要。五、结论通过对插电式混合动力汽车PHEVs性能的模拟我们深入了解了其在不同工况下的燃油经济性、纯电续航里程和尾气排放等关键性能指标。模拟结果表明PHEVs 在减少燃油消耗和尾气排放方面具有显著优势尤其在城市拥堵工况下表现突出。同时电池容量、能量管理策略和车辆负载等因素对 PHEVs 的性能有着重要影响。在未来的发展中进一步优化 PHEVs 的设计和能量管理策略提高电池性能将有助于充分发挥其优势推动绿色出行的发展为实现可持续交通目标做出更大贡献。性能模拟作为一种有效的研究手段将继续为 PHEVs 的技术改进和优化提供有力支持促进其在市场上的广泛应用。⛳️ 运行结果 部分代码% GETMINMSRP - Returns the minimum MSRP of a PHEV. This model is based% on adding the costs of batteries, motors, and ultracapacitors to the% MSRP of a conventional vehicle with the same power output from its% drivetrain.% BAT is the battery energy, in kWh% MOTOR is the motor peak power, in kW% ENGINE is the engine peak power, in kW% UCAPS is the number of ultracapacitors (based on Maxwell PC2500% ultracapacitor - the data sheet is available online. It is rated% at 2700 F, 8400 J, continuous power output of 1.563 kWfunction res getMinMSRP(bat,motor,engine,ucaps)PE motor./bat; %power-to-energy ratiototalPower motor engine;convMSRP getMSRP(totalPower);batteryCost getBatteryCost(motor,bat,argonneMidModel);motorCost getMotorCost(motor);engineCost getEngineCost(engine);ucapCost getUcapCost(ucaps);res round(convMSRP batteryCost motorCost engineCost ucapCost);end 参考文献[1]王浩淼,杨伟东,刘全周,等.插电式混合动力汽车的建模与仿真研究[J].机械设计与制造, 2020(6):5.DOI:CNKI:SUN:JSYZ.0.2020-06-022.更多免费数学建模和仿真教程关注领取