纯电动汽车动力性能深度力学分析与仿真建模

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%% 纯电动汽车动力性能仿真 (0-100km/h)% 包含：电压下拉、打滑计算、建扭速率、旋转惯量% Author: Gemini Thought Partnerclear; clc; close all;%% 1. 车辆与环境参数定义m_vehicle = 1600;       % [kg] 整车整备质量 + 负载r_tire = 0.306;         % [m] 轮胎滚动半径 (e.g., 205/55 R16)Cd = 0.28;              % [-] 风阻系数A_front = 2.2;          % [m^2] 迎风面积rho_air = 1.225;        % [kg/m^3] 空气密度f_roll = 0.015;         % [-] 滚动阻力系数g = 9.81;               % [m/s^2] 重力加速度L = 2.7;                % [m] 轴距Lf = 1.2;               % [m] 质心到前轴距离 (用于轴荷计算)h_cg = 0.5;             % [m] 质心高度%% 2. 传动系统参数 (含惯量计算)ig = 9.5;               % [-] 减速器速比eta = 0.94;             % [-] 传动系综合效率J_motor = 0.05;         % [kg*m^2] 电机转子转动惯量 (关键参数!)J_wheel = 1.2;          % [kg*m^2] 单个车轮转动惯量% 计算旋转质量换算系数 delta (第4章公式)m_eq_wheel = (4 * J_wheel) / (r_tire^2);          % 4个轮子的等效质量m_eq_motor = (J_motor * ig^2 * eta) / (r_tire^2); % 电机的等效质量delta = 1 + (m_eq_wheel + m_eq_motor) / m_vehicle;fprintf('旋转质量换算系数 delta: %.3f\n', delta);%% 3. 电池参数 (用于电压下拉计算)Voc_base = 360;         % [V] 电池开路电压R_int = 0.05;           % [Ohm] 电池直流内阻Capacity_Ah = 60;       % [Ah] 电池容量%% 4. 电机特性参数T_peak_motor = 300;     % [Nm] 电机峰值扭矩P_peak_motor = 150000;  % [W] 电机峰值功率 (150kW)Max_RPM = 16000;        % [rpm] 电机最高转速% 建扭速率限制 (Torque Slew Rate) - 第9章SlewRate_Nm_per_sec = 2000; % [Nm/s]%% 5. 仿真初始化dt = 0.01;              % [s] 仿真步长 (10ms)t_max = 30;             % [s] 最大仿真时间N = t_max / dt;% 初始化状态数组time = zeros(N,1);v_kmh = zeros(N,1);     % 车速 km/hv_ms = zeros(N,1);      % 车速 m/sacc = zeros(N,1);       % 加速度 m/s^2T_motor_cmd = zeros(N,1); % 请求扭矩T_motor_act = zeros(N,1); % 实际扭矩Voltage_Load = zeros(N,1);% 负载电压Slip_Flag = zeros(N,1);   % 打滑标志位% 初始条件v_ms(1) = 0; T_motor_act(1) = 0;Voltage_Load(1) = Voc_base;%% 6. 主循环 (时间步进积分)fori = 2:N    time(i) = time(i-1) + dt;% --- A. 当前状态更新 ---    v_curr = v_ms(i-1); % 上一时刻速度    n_motor = (v_curr / r_tire) * ig * (60 / (2*pi)); % [rpm] 计算电机转速% --- B. 基础阻力计算 ---    F_aero = 0.5 * Cd * A_front * rho_air * v_curr^2;    F_roll = m_vehicle * g * f_roll;    F_res = F_aero + F_roll;% --- C. 电机外特性计算 (含电压下拉修正) ---% 1. 计算理论上的基础外特性 (无电压限制)if n_motor > 0        T_limit_base = min(T_peak_motor, (9550 * P_peak_motor) / n_motor);else        T_limit_base = T_peak_motor;end% 2. 估算电池负载电压% 这是一个代数环，我们用上一时刻的扭矩来估算当前电压    P_est_elec = (T_motor_act(i-1) * n_motor * 2*pi/60) / 0.9; if P_est_elec < 0; P_est_elec = 0; end% 解一元二次方程估算电压: P = U * I = U * (Voc - U)/R    delta_volt = Voc_base^2 - 4 * P_est_elec * R_int;if delta_volt > 0        U_load = (Voc_base + sqrt(delta_volt)) / 2;else        U_load = Voc_base / 2; % 极端情况end    Voltage_Load(i) = U_load;% 3. 基于电压修正电机峰值功率 (模拟 Map 插值)    Voltage_Factor = max(0.5, min(1, U_load / 320));     T_limit_volt = T_limit_base * Voltage_Factor;% --- D. 建扭速率限制 (Slew Rate) ---    T_target = T_limit_volt;     dT_max = SlewRate_Nm_per_sec * dt;if T_target > T_motor_act(i-1)        T_mot_dyn = min(T_target, T_motor_act(i-1) + dT_max);else        T_mot_dyn = max(T_target, T_motor_act(i-1) - dT_max);end% --- E. 轮胎打滑边界计算 ---    acc_prev = acc(i-1);    Fz_rear = (m_vehicle * g * Lf + m_vehicle * acc_prev * h_cg) / L;    mu_peak = 0.95;     F_traction_limit = mu_peak * Fz_rear;    F_drive_req = (T_mot_dyn * ig * eta) / r_tire;% 判断是否打滑if F_drive_req > F_traction_limit        F_drive_actual = F_traction_limit;        Slip_Flag(i) = 1;         T_motor_act(i) = (F_traction_limit * r_tire) / (ig * eta);else        F_drive_actual = F_drive_req;        Slip_Flag(i) = 0;        T_motor_act(i) = T_mot_dyn;end% --- F. 动力学积分 ---    F_net = F_drive_actual - F_res;    a_curr = F_net / (m_vehicle * delta);    v_next = v_curr + a_curr * dt;    acc(i) = a_curr;    v_ms(i) = v_next;    v_kmh(i) = v_next * 3.6;if v_kmh(i) >= 100 && v_kmh(i-1) < 100        fprintf('--- 0-100 km/h 加速时间: %.3f 秒 ---\n', time(i));endif n_motor > Max_RPM        T_motor_act(i) = 0; endend%% 7. 绘图结果分析figure('Color','w');subplot(2,2,1); plot(time, v_kmh); title('Vehicle Speed (km/h)'); grid on;subplot(2,2,2); plot(time, acc/9.81); title('Longitudinal G'); grid on;subplot(2,2,3); plot(time, T_motor_act); title('Motor Torque (Nm)'); grid on;subplot(2,2,4); plot(time, Voltage_Load, 'r'); title('Bus Voltage (V)'); grid on;