基于MATLAB App Designer的電動(dòng)汽車動(dòng)力參數(shù)匹配

韋超毅 許哲 黃大明 徐光忠

摘 要：“節(jié)能發(fā)展，綠色環(huán)?！币殉蔀楫?dāng)今社會(huì)最關(guān)切的主題，電動(dòng)汽車因此迎來(lái)了發(fā)展熱潮。電動(dòng)汽車的動(dòng)力參數(shù)匹配是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠使電動(dòng)汽車滿足基本的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性要求。文章參考某款電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo)，基于MATLAB App Designer開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一款A(yù)pp，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池和傳動(dòng)比的關(guān)鍵參數(shù)匹配。該款A(yù)pp能夠使電動(dòng)汽車的參數(shù)匹配計(jì)算提供便利，也為后續(xù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)及擴(kuò)展提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;MATLAB;參數(shù)匹配;App Designer

中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-04-04

Abstract： "Energy-saving development， green environmental protection" has become the most concerned topic in today's society， and electric vehicles have ushered in a development boom. The matching of dynamic parameters of electric vehicles is a key link in the design and development， which can enable electric vehicles to meet the basic dynamic and economic requirements. The article refers to the entire vehicle parameters and performance indicators of an electric vehicle， develops and designs an App based on MATLAB App Designer， and realizes the matching of key parameters of the electric vehicle's drive motor， power battery and transmission ratio. This App can facilitate the parameter matching calculation of electric vehicles， and also provide a reference for subsequent application development and expansion.

Keywords： Electric vehicle; MATLAB; Parameter matching; App Designer

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-04-04

前言

隨著近年我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們的生活水平不斷地提升，汽車保有量也在逐年遞增，汽車尾氣的排放造成的污染日益嚴(yán)重。全球各國(guó)為了應(yīng)對(duì)這一嚴(yán)峻的問(wèn)題，開(kāi)始加大了對(duì)電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)投入力度，電動(dòng)汽車迎來(lái)了一次前所未有的發(fā)展熱潮。

電動(dòng)汽車的出現(xiàn)對(duì)降低環(huán)境污染和減少石油資源消耗起到了至關(guān)重要的作用。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車相比，具有清潔、安靜、效率更高的特點(diǎn)。在電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，電動(dòng)汽車的動(dòng)力參數(shù)匹配是重要一環(huán)，其關(guān)系到整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)。

動(dòng)力性匹配計(jì)算繁瑣，需要根據(jù)整車參數(shù)及性能指標(biāo)要求匹配出最大功率、動(dòng)力電池和傳動(dòng)比等關(guān)鍵參數(shù)。文章基于MATLAB App Designer設(shè)計(jì)一款A(yù)pp，用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力參數(shù)匹配，旨在便于電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。其將理論基礎(chǔ)及晦澀難懂的電腦語(yǔ)言包裝成簡(jiǎn)單易懂的圖形用戶界面，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。該App界面簡(jiǎn)潔、易于操作，能夠使設(shè)計(jì)人員提高使用效率，同時(shí)有效的降低時(shí)間成本。

2 整車參數(shù)及性能指標(biāo)

電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程中，整車主要參數(shù)及性能指標(biāo)都要先進(jìn)行初步的擬定，后續(xù)一系列的設(shè)計(jì)過(guò)程都以此而展開(kāi)。故本文電動(dòng)汽車動(dòng)力參數(shù)的匹配同樣需要根據(jù)電動(dòng)汽車的整車參數(shù)以及性能指標(biāo)要求來(lái)完成，這里參考使用某款電動(dòng)汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)，具體內(nèi)容與數(shù)值如上表所示。

3 電動(dòng)汽車動(dòng)力參數(shù)匹配App設(shè)計(jì)

文章基于MATLAB App Designer開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一款A(yù)pp，將上述理論轉(zhuǎn)換成程序代碼，通過(guò)鍵入電動(dòng)汽車主要參數(shù)及性能指標(biāo)，讓程序執(zhí)行匹配計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、傳動(dòng)比等參數(shù)匹配數(shù)值的輸出。

3.1 MATLAB App Designer簡(jiǎn)介

MATLAB App Designer是Mathworks公司在MATLAB R2016a中正式推出的前系GUIDE的替代產(chǎn)品。其界面控件做了全面的更新，這是在MATLAB圖形系統(tǒng)轉(zhuǎn)向使用面向?qū)ο笙到y(tǒng)之后的一個(gè)重要的后續(xù)產(chǎn)品。它旨在順應(yīng)Web的潮流，能幫助用戶利用新的圖形系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)更加美觀的GUI（Graphical User Interface，圖形用戶接口）[5]。用戶可以在App Designer設(shè)計(jì)工具中，通過(guò)拖放可視化組件來(lái)安排圖形用戶界面的設(shè)計(jì)布局，并使用集成編輯器快速編寫(xiě)其行為，創(chuàng)建開(kāi)發(fā)出專業(yè)的應(yīng)用程序。

打開(kāi)MATLAB，可在新建選項(xiàng)中選擇“App”或在面板命令行輸入“appdesigner”回車進(jìn)入App Designer程序編輯界面。App Designer界面主要分為四個(gè)部分，分別是組件庫(kù)、設(shè)計(jì)/代碼視圖區(qū)、組件瀏覽器、組件屬性。組件庫(kù)中有豐富的組件，可供用戶拖選使用;在設(shè)計(jì)/代碼視圖區(qū)，可切換設(shè)計(jì)與代碼視圖，完成界面的設(shè)計(jì)及代碼編寫(xiě);組件瀏覽器，可實(shí)現(xiàn)大量組件的集中管理和重命名，便于代碼編寫(xiě)時(shí)回調(diào)函數(shù)的調(diào)用及區(qū)分;右下側(cè)的組件屬性區(qū)域，可對(duì)組件大小、顏色等基礎(chǔ)屬性進(jìn)行更改編輯。基礎(chǔ)主界面如圖1所示。

3.2 App交互界面設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的交互界面按作用可劃分為三個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)、結(jié)果顯示區(qū)以及按鍵執(zhí)行區(qū)。數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)包含“性能指標(biāo)”和“整車基本參數(shù)”兩部分，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)及參數(shù);結(jié)果顯示區(qū)用于輸出并顯示參數(shù)匹配的結(jié)果;案件執(zhí)行區(qū)位于界面底部，提供兩個(gè)按鍵用于執(zhí)行程序和數(shù)據(jù)重置。根據(jù)以上要求需從組件庫(kù)中拖入多個(gè)“Edit Field”組件，供使用人員輸入初始的參數(shù)和輸出顯示計(jì)算結(jié)果，相應(yīng)的還需拖入“Button”組件，用于啟動(dòng)計(jì)算指令和實(shí)現(xiàn)重置數(shù)據(jù)的功能。通過(guò)對(duì)組件進(jìn)行屬性編輯和排版美化，設(shè)計(jì)出的App交互界面如圖2所示。

3.3 App代碼編寫(xiě)

App Designer的代碼編寫(xiě)可在代碼視圖中完成，代碼視圖見(jiàn)圖3。代碼視圖灰色部分都是在畫(huà)布拖入組件后自動(dòng)生成的默認(rèn)代碼，這些代碼不可修改。

App Designer中可以通過(guò)添加回調(diào)函數(shù)、函數(shù)和屬性對(duì)App進(jìn)行代碼編寫(xiě)?；卣{(diào)函數(shù)是代碼編寫(xiě)的核心，可以使用它來(lái)響應(yīng)用戶交互。上述設(shè)計(jì)的App界面中的“匹配計(jì)算”以及“重置”按鈕的功能就需要添加回調(diào)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體操作是在組件瀏覽器中選中對(duì)應(yīng)的“Button”組件，右鍵并選擇添加該組件的回調(diào)函數(shù)，代碼視圖中會(huì)出現(xiàn)白色背景可編輯部分，可在此對(duì)回調(diào)進(jìn)行編寫(xiě)。App功能的實(shí)現(xiàn)，主要集中在兩個(gè)“Button”組件的回調(diào)函數(shù)編寫(xiě)上，編寫(xiě)的回調(diào)代碼如圖4所示。

3.4 App運(yùn)行及參數(shù)匹配結(jié)果

程序代碼經(jīng)過(guò)調(diào)試后，可順利運(yùn)行。在App的對(duì)應(yīng)窗口中輸入上文選取的某款電動(dòng)汽車的整車參數(shù)及性能指標(biāo)，并點(diǎn)擊“匹配計(jì)算”按鈕，可在動(dòng)力參數(shù)匹配結(jié)果的面板中得到計(jì)算結(jié)果。圖5為程序的運(yùn)行結(jié)果。該App計(jì)算匹配出的電動(dòng)汽車各關(guān)鍵參數(shù)如表2所示。

該匹配計(jì)算結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，準(zhǔn)確有效，說(shuō)明代碼編寫(xiě)無(wú)誤。匹配參數(shù)均為理論得出的滿足汽車預(yù)期動(dòng)力性的最低參數(shù)要求。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，可根據(jù)匹配得到的參數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池等部件的選型，傳動(dòng)比選取的范圍為7.111≤i≤7.405。

4 總結(jié)

電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)和商業(yè)化是如今的大勢(shì)所趨。在電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，動(dòng)力參數(shù)的匹配是一切后續(xù)開(kāi)發(fā)工作的基礎(chǔ)。MATLAB App Designer是一個(gè)全新的平臺(tái)，它為應(yīng)用程序布局提供了一個(gè)現(xiàn)代化的、用戶友好的環(huán)境，且操作方便、實(shí)用性強(qiáng)?；贛ATLAB App Designer設(shè)計(jì)了一款A(yù)pp，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵動(dòng)力參數(shù)的匹配，為電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)提供便捷，提高了工作效率。后續(xù)的研究可以完善并擴(kuò)展該App的功能，對(duì)匹配原理進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，甚至是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池等部件選型。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志生.汽車?yán)碚揫M].五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，3.

[2] 周飛鯤.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[3] 薛國(guó)森.基于MotoTron的電動(dòng)汽車整車控制策略的研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2017.

[4] 徐仕華.純電動(dòng)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與性能研究[D].南昌：南昌大學(xué)， 2012.

[5] MathWorks發(fā)布包含MATLAB和Simulink系列的2016a版本[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2016，16（05）：87-88.