本文是一篇机械论文，本文以前驱型纯电动汽车为目标研究车型，以保障安全为前提，提出改进型的制动力分配规则并结合了模糊控制法，根据此制定了基于驾驶员制动需求的能量回收策略，通过Simulink/Cruise联合仿真分析和半实物电机台架实验台仿真控制试验对控制策略的有效性和合理性进行分析和验证。
第一章绪论
1.1研究背景及意义
伴随经济全球化快速发展的步伐，中国经济的发展日新月异。截至2022年3月，我国汽车保有量达到3.07亿辆[1]，位列全球第一，在如此庞大的数据体量下，同时带来了能源和环境问题。在化石燃料为主导的全球能源消耗中，交通领域的能源占比高达65%。当前我国传统燃油车占汽车保有量的97.4%，原油需求和消耗量量非常大，从我国石油储备量和战略需求方面考虑，能源短缺问题成为影响我国未来经济发展的重中之重[2]。此外，全球环境压力日渐疾增，汽车尾气所排放的CO2占全球排放量高达18%，大量的CO2排放引发一系列溢出危害效应，包括人类呼吸健康、酸雨、光化学烟雾和雾霾等环境问题[3]。
为此，发展新能源汽车已然成为时代背景下的我国战略选择。各国都为新能源汽车产业发展提供了政策倾斜，在汽车和能源产业结构调整的大背景下，突破固有汽车市场技术壁垒，通过新能源转型打开崭新局面，能为国家的可持续发展作出贡献。新能源汽车主要类型如表1.1所示。
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从汽车保有量上，截至2021年底我国新能源汽车保有量为784万辆，其中纯电动汽车650万辆，占新能源汽车总量的81.63%，成为新能源汽车发展最快的国家[4]。根据公安部数据表明，新能源汽车市场渗透率增势迅猛，近6年来销量统计如图1.1所示，可以看出纯电动汽车最受欢迎，占据大部分新能源汽车销量。
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1.2能量回收技术研究现状
1.2.1国内研究现状
国内对于再生制动控制技术的研究与应用起步较晚，“十一五”以来国家出台“节能和新能源汽车战略”[8]，大力支持和推动新能源汽车的研发和产业化，经过近二十年的发展，在理论研究和产业应用方面现以初步形成规模。
清华大学周磊团队在基于提高能量回馈率的基础上，考虑再生制动时的稳定与安全性，通过分层控制对路况进行判断并实时反馈到驾驶舱，对制动滑移率进行前后轮分配，由此集成能量回馈、防抱死控制并分类，进行层次化响应，Simulink仿真表明该方法在保证车辆安全前提下，液压制动平稳控制精度有了明显提高[9]。
长安大学的宋广发对纯电动车在理想制动力分配策略的基础上进行优化改进，考虑了电池和超级电容的充电限制，以及电机的制动工作状态，在保证制动安全的基础上，对主动制动强度和路面附着系数采取去精准处理，实时的根据车况和车辆需求制动力的变化向制动能量回收系统提供了最大制动强度，从而使车辆的制动力分配达到最优[10]。
重庆大学的李进针对混合动力汽车提出了液压制动与ABS防抱死协同控制的再生制动控制策略，根据蓄能压力和车轮滑移率来判断当前工况下的制动需求模式，集成的多种控制系统能够多层次，按照制动需求有序性过渡，由变速器档位和蓄能器压力判定最大允许再生制动力，通过AMESim-simulink在常规工况进行制动仿真，结果验证车轮滑移率控制有效，制动力分配合理[11]。
合肥工业大学的刘新天根据电池SOC变化和电机的制动性能，在满足制动要求的前提下，建立电动汽车能量回馈模型，寻找再生制动能量回收的最优工作点，合理分配电机机械制动转矩，保证了制动安全性，仿真结果表明能量回收效率较为理想[12]。
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第二章再生制动能量回收基础及参数匹配
2.1电动汽车系统构造
新能源纯电动汽车与传统汽车最大区别在动力传动系统。电动汽车以电池组作为可持续能量源供给驱动电机，通过电控系统主导整车信号发生和反馈调节。
在电机驱动系统中，传动轴贯穿驱动轮，由电机将电能转为机械能进行传递，电控单元收集踏板开度信号和传递信号进行瞬时处理传递给电机，电机据此调节驱动力矩和转速；在电源系统中，以能量管理系统为核心，监测控制整车电力实况，动力电池组接收系统传递信息通过转换电功率供给电机进行放电，可外接电源或能量回收系统进行充电；在辅助系统中，主要有动力转向和导航系统、音响装置和空调器、照明和除霜等设备[30]，这些需求性功能提高了承载人的舒适度和体验感[31]。
电动汽车的驱动系统结构布置有多种，主要分为电动机中央驱动和轮毂/轮边电动机驱动两大类[32-33]，如图2.2所示。中央驱动以电驱动装置代替传统内燃机，通过驱动桥直接或间接传递动力到驱动轮。轮式驱动将牵引电动机安装于车轮，通过机械传动装置如行星齿轮组调节电机转速转矩和配置输入输出轴等，而无机械装置的外转子电机直连的为轮毂电机驱动。
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2.2能量回收系统基本原理
能量回收系统主要由电机、能量转化装置和储能系统组成[34]，如图2.3所示。在电动车减速或停车的过程中，能量大部分变成摩擦热能散失到空气中，部分机械能在可逆电机的作用下经能量转换器转化反馈进储能系统。
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如图2.4所示，为能量回收系统整车结构布置简图，主要由电机、逆变器、电池、各类传感器和整车、压力、再生制动控制器组成。驾驶员在踩下制动踏板进行减速滑行或制动后，踏板行程传感器传递信号给再生制动控制器，此时，再生制动控制器根据当前轮速和压力传感器综合计算需求制动力，同时反馈信号给整车控制器，根据搭载的能量回收控制策略计算并分配前后轴制动力，根据实时状态判断是否进行能量回收，若不满足能量回收条件，则电机传递双向信号，电机不提供负转矩减速或制动停止，若进行能量回收，整车控制器同时选择电液制动力分配方案，并传递信号给电机，电机转矩从正转为负，开始发电，通过逆变器将电能充入电池，完成能量回收。
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第三章整车制动分析与建模仿真............................23
3.1制动过程动力学分析...............................23
3.1.1汽车制动系统......................................23
3.1.2整车行驶动力学方程..............................24
第四章能量回收控制策略研究与制定.............................39
4.1典型再生制动控制策略.......................................39
4.1.1理想制动力分配能量回收控制策略.......................39
4.1.2最佳能量回收控制策略........................40
第五章能量回收控制策略建模及联合仿真分析........................55
5.1能量回收控制策略在Simulink中建模..................55
5.1.1制动强度模型..................................55
5.1.2判断模型.....................................56
第六章能量回收控制系统半实物仿真试验
6.1试验仿真平台整体设计
本实验仿真系统主要由三大部分组成，分别为电机实验台架，控制柜和上位机系统，如图6.1所示。系统通过软硬件结合，配置4个通讯串口（PLC、YH500、8720、模拟量输出）接入动力系统和控制系统。动力系统实现电机转速和转矩需求数值的有效运行，能够模拟工况进行能量回收仿真实验；控制系统中的控制柜主要包含对扭矩功率的监测、电压电流的采集以及电能回馈情况，上位机中可实现对电机的状态控制，记录实时数据。
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第七章总结与展望
7.1全文总结
新能源汽车是时代发展的选择，但是续航里程有待提高，制动能量回收控制策略是能量回收技术的关键。本文以前驱型纯电动汽车为目标研究车型，以保障安全为前提，提出改进型的制动力分配规则并结合了模糊控制法，根据此制定了基于驾驶员制动需求的能量回收策略，通过Simulink/Cruise联合仿真分析和半实物电机台架实验台仿真控制试验对控制策略的有效性和合理性进行分析和验证。本文主要研究工作如下所示：
（1）介绍了目标研究车型纯电动汽车的系统构造，通过“三电”引伸出再生制动系统的基本原理，按能量回收流动路线依次分析了电机制动、逆变和能量回收电路系统。
（2）对目标车辆完成了参数匹配，并在Cruise中搭建了整车物理模型，对未搭载能量回收控制策略的整车模型进行了动力性和经济性仿真分析，验证了整车设计性能需求，表明所搭建模型具有正确性和合理性，为后面搭载策略模型仿真做铺垫和效果对比。
（3）根据整车在制动过程中的运动学变化，从前后轮抱死顺序分析前后轴制动力分配的上下限，对比结合ECE法规分配，对四种典型能量回收控制策略进行研究分析，提出改进型的控制策略，并通过模糊控制法引入多因子（电池SOC、车速V、制动强度Z、分配系数K）关联制动力分配，并对隶属度和控制规则进行优化，为保障制动安全稳定对紧急制动进行二次加锁。
（4）在Simulink中建立策略模型，并着重考虑了复合制动关系、行车速度和电池充电时的电机输出转矩限制，对Simulink/Cruise联合仿真平台完成配置并编译后进行仿真分析，首先验证车辆制动安全，根据国标制动安全要求分别在初速度为30km/h、50km/h、100km/h进行仿真分析，结果表明本文策略不仅更加安全，还能回收更多能量。其次选取NEDC和FTP75循环工况进行仿真，结合车速、电机转矩、电流表明策略的合理性；通过有效能量回收率跟踪和百公里消耗表明减速制动与能量回收的趋势具有一致性，以有效能量回收率和续航里程为整车经济性评价标准，均得到大幅度提高且优于Cruise策略，综合表明本文策略不仅能量回收效果更好还保障了制动安全。
参考文献（略）