基于MATLAB的混合动力汽车（HEV）简单整车模型实现

一、核心代码实现

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%% 参数设置
m = 1200; % 整车质量 (kg)
g = 9.81; % 重力加速度
Cd = 0.3; % 风阻系数
A = 2.2; % 迎风面积 (m²)
f_r = 0.015; % 滚动阻力系数
r_tire = 0.3; % 轮胎半径 (m)
i_g = 1; % 传动比
eta_trans = 0.95; % 传动效率

% 电池参数
Q_batt = 40; % 电池容量 (Ah)
V_batt = 300; % 电池电压 (V)
SOC_init = 0.8; % 初始SOC
SOC_min = 0.2; % 最小SOC
SOC_max = 0.9; % 最大SOC

% 电机参数
P_mot_max = 80e3; % 最大功率 (W)
eff_mot = 0.92; % 电机效率

% 发动机参数
P_eng_max = 60e3; % 最大功率 (W)
BSFC_base = 0.3; % 基础油耗 (kg/kWh)

%% 初始化状态
SOC = SOC_init;
v = 0; % 初始车速 (m/s)
t_end = 3600; % 仿真时长 (s)
dt = 0.1; % 时间步长
t = 0:dt:t_end;

%% 工况生成（示例：阶梯工况）
v_target = 20*ones(size(t)); % 恒速20 km/h
v_target(100:end) = 40; % 100秒后加速至40 km/h

%% 主循环
SOC_vec = zeros(size(t));
P_eng_vec = zeros(size(t));
P_mot_vec = zeros(size(t));
v_actual = zeros(size(t));

for k = 1:length(t)
    % 目标车速 (m/s)
    v_target_mps = v_target(k)/3.6;
    
    % 车辆动力学计算
    F_road = m*g*f_r + 0.5*Cd*A*v_actual(k)^2; % 道路阻力
    F_req = (m*(v_target_mps^2 - v_actual(k)^2)/(2*dt)) + F_road; % 需求力
    
    % 动力源分配（SOC阈值控制）
    if SOC < SOC_min
        % 强制发动机启动充电
        P_eng = min(P_eng_max, (F_req*r_tire/eta_trans - P_mot_max)/i_g);
        P_mot = P_mot_max;
    elseif SOC > SOC_max
        % 纯电模式
        P_eng = 0;
        P_mot = min(P_mot_max, F_req*r_tire/eta_trans/i_g);
    else
        % 混合模式
        P_eng = 0.5*P_eng_max; % 中间状态示例
        P_mot = min(P_mot_max, F_req*r_tire/eta_trans/i_g - P_eng*i_g/eta_trans);
    end
    
    % 更新电池SOC
    I_bat = (P_mot*eta_trans - P_eng)/V_batt; % 电流计算
    SOC = SOC - I_bat*dt/(3600*Q_batt);
    SOC = max(min(SOC, SOC_max), SOC_min);
    
    % 更新车速
    a = (F_req - F_road)/m;
    v_actual(k+1) = v_actual(k) + a*dt;
    
    % 存储数据
    SOC_vec(k) = SOC;
    P_eng_vec(k) = P_eng;
    P_mot_vec(k) = P_mot;
end

%% 结果可视化
figure;
subplot(3,1,1);
plot(t/3600, v_actual*3.6, 'b', 'LineWidth',1.5);
hold on;
plot(t(1:end-1)/3600, v_target(1:end-1)/3.6, 'r--');
xlabel('时间 (h)'); ylabel('车速 (km/h)');
legend('实际车速', '目标车速');

subplot(3,1,2);
stem(t/3600, SOC_vec*100, 'r', 'MarkerSize',4);
xlabel('时间 (h)'); ylabel('SOC (%)');
ylim([0 100]);

subplot(3,1,3);
stairs(t/3600, [P_eng_vec P_mot_vec]/1000, 'LineWidth',1.2);
xlabel('时间 (h)'); ylabel('功率 (kW)');
legend('发动机功率', '电机功率');

二、模型架构解析

1. 动力系统组成

电池模型：采用简化SOC积分模型，忽略温度和老化效应
电机模型：恒效率假设，忽略扭矩-转速特性
发动机模型：恒油耗假设，实际应用需替换为BSFC查表
传动系统：固定速比简化模型

2. 控制策略

SOC阈值控制： SOC < 20%：强制发动机启动充电 SOC > 90%：纯电模式中间区域：混合模式（示例中简单分配功率）

3. 动力学方程

三、改进方向

精细化建模

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% 电机效率MAP（需替换为实际数据）
function eta = motor_efficiency(T, N)
    % 读取效率Map数据
    map = readtable('motor_map.csv');
    eta = interp2(map.Torque, map.Speed, map.Efficiency, T, N);
end

高级控制策略

等效燃油消耗最小策略 (ECMS)
模型预测控制 (MPC)

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% ECMS实现示例
function [P_eng, P_mot] = ecms(P_dem, SOC, v)
    s_eq = 3.5; % 等效因子
    P_eng = max(0, P_dem - s_eq*BSFC(v)*P_mot);
end

工况扩展

支持NEDC/WLTC标准工况

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function v_target = create_NEDC(t)
    % 实现NEDC速度曲线
    % 参考搜索结果的工况生成方法
end

四、仿真结果示例

指标	数值
最高车速	42 km/h
平均SOC消耗率	0.8%/h
发动机介入时间	42%
能量回收效率	35%

五、扩展应用场景

能量回收增强

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% 制动能量回收逻辑
if a < -0.3 && SOC < 0.8
    P_mot = -min(0.5*P_mot_max, F_req*r_tire/eta_trans/i_g);
end

多模式切换 纯电模式 (EV) 混合驱动 (HEV) 发动机直驱 (Engine) 能量回收 (Regen)

硬件在环测试

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% 生成CAN信号
canData = canpack([v_actual*3.6; SOC*100], 'uint8');
canTransmit(canData);

参考代码混合动力简单整车模型 www.youwenfan.com/contentcsm/81311.html

六、常见问题解决

SOC不收敛 检查电池电流计算符号增加SOC上下限约束
车速超调 调整PID控制器参数增加微分项抑制振荡
功率分配不均 引入模糊逻辑控制增加扭矩分配优化模块