基于MATLAB_GUI的混合动力汽车部件选型平台

第53卷第3期0引言随着能源危机和环境污染的日益加剧，汽车行业面临着从传统汽车向新能源汽车发展的转型问题。

人们认为最为理想的公共交通工具———纯电动客车，由于受到电池技术的限制推广应用受阻。

混合动力汽车兼具传统汽车和纯电动汽车续驶里程长、节能、环保等优点，得到业内人士的一致认可。

混合动力汽车的研发设计初期，首先要进行部件选型（其主要工作是根据设计要求进行参数匹配），彭涛[1]、王国海[2]、郑维[3]等人对其开展了相应的研究并完成了混合动力汽车的参数匹配及仿真分析工作，但他们在进行参数匹配时将滚动阻力系数按照一个定值来处理，没有考虑行驶车速对滚动阻力系数的影响。

对于由参数匹配结果得到的部件选型方案，郭宽友[4]对其进行了相应的分析，提出匹配方案扭矩裕度过大需要进行部件参数优化的问题，但其却没有给出合理的优化方案。

饶阳[5]、吴光强[6]等人通过遗传算法对参数匹配结果进行优化，并得到了良好的优化效果，但是这种寻优方法编程复杂、计算耗时且和实际生产中部件选型过程存在出入。

本文在前人研究的基础上，针对混合动力客车部件选型问题，以汽车理论经济性动力性分析部分的内容为理论基础，考虑行驶车速对滚动阻力系数的影响进行参数匹配，结合混合动力客车实际开发过程，通过相应的程序和Simulink 模型对满足性能要求的匹配方案进行对比分析，从而得到满足用户需求的最佳匹配方案，为混合动力客车部件选型工作提供了一个快速、稳定、可靠的程序化开发工具。

1部件选型1.1发动机选型发动机单独驱动情况下，根据平直路面上最高车速v e max 的设计要求，计算发动机最大功率需求：P e_max1≥v e max t [mg (f 0+f 1v e max )+C D A v 2e max]（1）基金项目：国家自然科学基金资助项目（51105001）收稿日期：2014－12－28修回日期：2015－01－14doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．03．002基于MATLAB/GUI 的混合动力汽车部件选型平台汪旭明（230601安徽省合肥市安徽江淮汽车股份有限公司技术中心试验部）［摘要］运用MATLAB/GUI 设计模块搭建了混合动力汽车部件选型平台。

该平台以汽车理论经济性动力性分析部分的内容为理论基础，根据用户的设计要求对发动机、驱动电机、动力电池等关键部件进行选型；通过相应的程序和Simulink 模型对满足设计要求的匹配方案进行对比分析，得到满足用户性能需求的最佳匹配方案。

提出的部件选型平台为混合动力汽车部件选型工作提供快速、稳定、可靠的程序化开发工具。

［关键词］混合动力客车；MATLAB/GUI ；经济性动力性分析；部件选型［中图分类号］U462［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)03-0005-05Components Selection Platform of Hybrid Electric Vehicle Based on MATLAB ／GUIWang Xuming（Anhui Jianghuai Automobile Co．Ltd．Technical Center ，Hefei City ，Anhui Province 230601，China ）［Abstract ］Platform of components selection for HEV（Hybrid Electric Vehicle ）was set up applying design module ofMATLAB ／GUI．The platform was based on the theory of the economy and power performances in the Automobile Theories ，and the key components ，such as vehicle engine ，motor and batteries were selected according to the user＇s requirements in economy and power performances．The matching schemes which met the performance requirements were conducted for comparative analysis by the relative program and Simulink model ，which aimed to get the best matching scheme to satisfy the user＇s performance requirements．The platform of components selection in this paper provided a fast ，stable and reliable programming development tool for HEV．［Key words ］hybrid electric vehicle ；MATLAB ／GUI ；analysis of economy and power performance ；components selection农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT &VEHICLE ENGINEERING第53卷第3期Vol．53No．32015年3月March 2015农业装备与车辆工程2015年式中：ηt ———传动系统效率；m ———设计车辆最大总质量；g ———重力加速度；f 0———滚动阻力系数常数项；f 1———滚动阻力系数速度一次方项系数；C D ———空气阻力系数；A ———迎风面积。

根据发动机单独驱动时整车最大爬坡度i e max计算发动机最大功率需求：P e_max2≥v it [mg (f 0+f 1v i )cos α+mg sin α+C D A v 2i ]（2）式中：α———坡道的倾斜角，α=a rc tan (i e max /100)；v i ———车辆一挡爬坡最低稳定车速，取v i =8km/h 。

最后，根据0-50km/h 加速时间t em 计算发动机最大功率需求P e_max3≥13600ηt t em (17.2mv 2em +mgf 0t em乙v d t +mgf 13.6t em0乙v 2d t +C D A21.15t em乙v 3d t )（3）式中：v em ———加速末速度，取50km/h 。

车辆由静止经时间t em 加速到末速度v em ，由经验公式[8]可知v =v em (t em)0.5，故发动机最大功率需求可写成P e_max3≥13600ηt t em (17.2mv 2em ＋mgf 0v emt em姨t em乙t 姨d t +mgf 1v2em3.6temt em乙t d t ＋C D Av3em 21.15t 3em姨t em乙t3姨d t )（4）为了保证发动机单独驱动时能满足用户提出的动力要求，发动机的需求功率须满足P e_max ≥max(P e_max1,P e_max2,P e_max3)（5）1.2驱动电机选型驱动电机选型和发动机选型步骤基本相同，分别通过最高车速、最大爬坡度和0-50km/h 加速时间得到电机需求功率P m_max1、P m_max2和P m max3，取三者的最大值作为驱动电机的需求功率P m_max 。

1.3动力电池选型为保证电机单独驱动状态下整车的动力性能，对于动力电池选型，其功率需满足P bat_max ≥P m_maxηbat ηmot ηt（6）式中：ηbat ———电池的放电效率；ηmot ———驱动电机的驱动效率。

为保证整车纯电续驶里程≥S ev_mode ，动力电池容量需满足[9]C bat_max ≥W roadbat mot t mot SOC=s ev_mode 3.6ηbat ηmot ηt U mot ΔSOC ×[mg (f 0+f 1v ev )+C D A 21.15v 2ev]（7）式中：W road ———纯电行驶状态下需要克服整车阻力所要做的功；U mot ———驱动电机正常工作电压；ΔSOC ———电池最大放电状态下SOC （State of Charge ，即电池的荷电状态）变化量；v ev ———纯电行驶状态下整车平均车速。

2部件选型平台界面设计2.1参数设置模块设计参数设置模块的作用是对设计要求和车辆相关参数进行设置。

其中，设计要求设置部分主要包括对发动机单独驱动、电机单独驱动以及混合驱动状态下，整车最高车速、最大爬坡度以及0-50km/h 加速时间等参数进行设置；车辆相关参数设置部分主要用于设置车长、轴距、质心高度、空载质量、满载质量、质心至前轴距离、迎风面积、空气阻力系数、车轮滚动半径、滚动阻力系数等参数；为了便于对经济性计算的结果进行比较，用户还需在其他参数设置部分对发动机附件功率、电器附件功率、市场油价、市场电价等进行设置。

具体界面设计如图1所示。

2.2部件选型模块设计部件选型模块，主要根据用户提出的设计要求，运用汽车行驶方程对发动机、驱动电机和动力电池进行选型[7]。

对于变速箱和主减速器，用户可以根据以往的匹配经验直接选定，也可以对其不图1参数设置界面Fig．1Interface of parameter setting6第53卷第3期进行设定，由部件选型平台将数据库中所有的变速箱和主减速器导入系统经行试算，最终推荐出动力性满足要求经济性最佳的部件选型方案。

具体界面设计如图2所示。

2.3工况设置模块设计对于部件选型结果，通过相应的程序和Simulink 模型对其所有组合方案进行经济性动力性分析，然后从中筛选出符合用户要求的最佳部件选型方案。

工况设置模块主要用于设置经济性计算的仿真循环工况以及部件选型评价标准。

部件选型平台目前包含的工况有ECE 、NEDC 、中国典型城市公交循环工况，如用户需要添加其他工况，只需将对应的工况数据文件存放在对应的文件夹下即可。

对于部件选型评价标准设置，平台设置了经济性评价标准、动力性评价标准以及综合性能评级标准，用户可以根据自身需求对评价标准进行设置。

具体界面设计如图3所示。

完成循环工况和部件选型评价标准相关设置后，部件选型平台调用如图4所示的仿真分析模型[10]依次对部件选型获得的所有配置方案进行分析计算，根据用户设定的评价标准进行对比分析，最终推荐出满足用户需求的最佳选型方案。