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原文传递独立驱动/制动电动汽车制动能量回收优化控制策略研究

论文题名：	独立驱动/制动电动汽车制动能量回收优化控制策略研究
关键词：	电动汽车;独立驱动;线控制动;制动能量回收;转矩优化分配;机电复合制动
摘要：	由于石油危机和环境污染，纯电动汽车因其环保节能成为国家大力发展的重点，并趁机在此方面快速超车，成为世界一流甚至是电动汽车行业标准的制定者。近几年随着汽车智能化水平的提高，四轮独立驱动/制动线控底盘成为智能电动汽车的核心执行总成技术，该技术具备驱动/制动踏板与驱动器/制动器间无机械解耦连接，四轮驱动/制动转矩均独立可控的技术本质特征。通过优化分配四个车轮的驱动/制动转矩，不但可以显著提高车辆的行驶稳定性，而且还可以最大化挖掘车辆的节能效果，改善车辆的行驶经济性。但目前的制动工况要么仅考虑四轮摩擦制动力分配，要么仅考虑单轴机电制动力分配，而关于四轮制动力与机电制动力一起分配的控制策略较少。因此，本文以四轮独立驱动/制动电动汽车为研究对象，以稳定性和能效性为控制目标，重点研究了直线和转弯工况下的再生制动能量回收优化控制策略，通过协调分配再生制动和摩擦制动，在保证汽车行驶稳定性的前提下提升其制动效能和能量回收性能。　　首先，搭建了四轮独立驱动/制动电动汽车的仿真模型，包括七自由度整车动力学模型、轮毂电机模型、动力电池模型以及电控机械制动器模型，其中电控机械制动器采用功率键合图方法建模。为后文仿真平台的建立奠定理论基础。　　其次，制定了直线制动工况下的再生制动能量回收优化控制策略。在各执行器与ECE制动法规约束下，以制动稳定性和最小制动能量损失为控制目标，采用遗传算法对前后轴转矩分配系数和机电分配系数进行离线优化，最后获得三个转矩分配系数的三维MAP以在线实时分配四轮机电制动力矩。制定了基于级联PI控制与间隙控制的电控机械制动器夹紧力控制策略，并基于MATLAB/Simulink搭建了其控制器和仿真模型，进行了响应性和跟随性的仿真验证。　　再次，制定了转弯制动工况下的再生制动能量回收优化控制策略。根据线性二自由度车辆模型，设计了横摆力偶矩滑模控制器用于确定跟踪目标横摆角速度所需的附加横摆力矩，同时计算出转弯时地面所能提供的极限纵向力，并基于此设计了策略选择模块和两种转弯工况的转矩分配控制策略，分别为基于在线优化的制动力矩分配策略和极限转弯制动时的制动力矩分配策略。在正常转弯制动时，以最小制动能耗损失和轮胎附着利用率为优化目标，综合考虑目标总制动力和横摆力矩指令跟踪误差和各机电执行器能力约束，实现实时转矩分配优化控制；在极限转弯制动时，为优先保证行驶方向的稳定性，此时以跟踪目标总制动力矩和横摆力矩作为惩罚函数和轮胎附着利用率一起纳入目标函数进行转矩分配优化求解。同时为了满足车辆不同行驶状态需求，还设计了模糊控制器实时动态调整轮胎附着利用率权重值。　　最后，基于MATLAB/Simulink和CarSim建立了四轮独立驱动/制动电动汽车联合仿真平台，并通过仿真验证了直线和转弯工况下的再生制动能量回收优化控制策略的稳定性和经济性效果。直线单一制动工况仿真结果表明，除了平均制动稳定率较低，相比于基于Ⅰ曲线与基于规则的分配方法，提出的基于遗传算法离线优化分配在高中低三种典型制动强度下的制动能量回收增长率改善0~4.2%和1.32%~17.9%；在典型NEDC工况和LA92循环工况下，提出的优化方法相较于基于规则分配，制动能量回收增长率分别改善1.1%和5.4%。转弯制动工况仿真结果表明，相较于比例分配的策略，提出的采用SQP算法在线优化的机电制动力矩分配策略，除了制动能量回收率在不同制动强度、不同初始车速和不同转弯半径下均有超过10%以上的明显改善以外，还在极限转弯制动状态下具有较好的行驶稳定性。
作者：	朱振华
专业：	车辆工程
导师：	陈志勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023