雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略：優(yōu)化與實踐一、引言1.1研究背景與意義隨著全球汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)燃油汽車的廣泛使用帶來了一系列嚴峻問題。能源危機日益加劇，石油等不可再生資源的儲量不斷減少，使得各國對能源安全的關(guān)注度與日俱增。同時，環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴重，汽車尾氣排放中的有害物質(zhì)，如一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物和顆粒物等，對空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成了極大的負面影響，威脅著人類的健康和生存環(huán)境。在這樣的背景下，電動汽車作為一種綠色、環(huán)保的交通工具，得到了世界各國的高度重視和大力發(fā)展。近年來，電動汽車技術(shù)取得了顯著進步，市場份額持續(xù)擴大。各國政府紛紛出臺相關(guān)政策，鼓勵消費者購買電動汽車，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。許多國家制定了嚴格的汽車排放標準，對傳統(tǒng)燃油汽車的尾氣排放進行限制，同時給予電動汽車購車補貼、稅收優(yōu)惠、免費停車等政策支持，以降低消費者的購買成本，提高電動汽車的市場競爭力。各大汽車制造商也加大了對電動汽車研發(fā)的投入，推出了眾多新車型，涵蓋了轎車、SUV、MPV等多個細分市場，滿足了不同消費者的需求。隨著電池技術(shù)、電機技術(shù)和電子控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新，電動汽車的性能也得到了大幅提升，續(xù)航里程不斷增加，充電時間逐漸縮短，安全性和舒適性也有了顯著提高。一些高端電動汽車的續(xù)航里程已經(jīng)超過了700公里，基本能夠滿足日常出行和長途旅行的需求?？焖俪潆娂夹g(shù)的發(fā)展，使得電動汽車在短時間內(nèi)就能補充大量電量，大大提高了使用便利性。然而，電動汽車在發(fā)展過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。續(xù)航里程焦慮是消費者普遍關(guān)注的問題之一。盡管目前電動汽車的續(xù)航里程有了一定提升，但在實際使用中，受到駕駛習(xí)慣、路況、氣候等因素的影響，實際續(xù)航里程往往低于標稱續(xù)航里程，這使得消費者在長途出行時存在顧慮。充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善也是制約電動汽車發(fā)展的重要因素。充電樁數(shù)量不足、分布不均，尤其是在偏遠地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，充電設(shè)施匱乏，給電動汽車的使用帶來了不便。此外，充電速度較慢，相比傳統(tǒng)燃油汽車幾分鐘就能加滿油，電動汽車的充電時間較長，這也限制了其使用效率。電池成本較高，導(dǎo)致電動汽車的售價相對較高，這在一定程度上影響了消費者的購買意愿。電池回收和環(huán)保問題也亟待解決，廢舊電池如果處理不當(dāng)，會對環(huán)境造成嚴重污染。再生制動技術(shù)作為提高電動汽車能源利用率和續(xù)航里程的關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。再生制動是指電動汽車在制動過程中，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，以供后續(xù)使用。與傳統(tǒng)制動方式不同，傳統(tǒng)制動是通過摩擦將動能轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)掉，這部分能量被白白浪費，而再生制動能夠?qū)崿F(xiàn)能量的回收再利用。在城市工況下，車輛頻繁啟停，制動能量損失較大，再生制動技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高能量利用率，減少能量浪費。相關(guān)研究表明，采用再生制動技術(shù)，可使電動汽車在城市工況下的續(xù)航里程提高10%-30%。再生制動技術(shù)還能減少制動系統(tǒng)的磨損，降低維修成本，提高制動系統(tǒng)的使用壽命。雙電機分布式驅(qū)動電動汽車作為一種新型的電動汽車構(gòu)型，具有獨特的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)單電機集中驅(qū)動電動汽車相比，雙電機分布式驅(qū)動電動汽車通過在每個驅(qū)動輪上分別安裝電機，實現(xiàn)了對每個車輪的獨立驅(qū)動和控制。這種構(gòu)型能夠顯著提高車輛的動力性能，實現(xiàn)更靈活的動力分配，使車輛在加速、爬坡等工況下表現(xiàn)更加出色。在加速時，雙電機可以同時輸出動力，提供更強大的驅(qū)動力，使車輛的加速性能得到提升；在爬坡時，能夠根據(jù)車輪的附著力情況，合理分配電機的扭矩，確保車輛穩(wěn)定爬坡。雙電機分布式驅(qū)動電動汽車還具有更好的操控性能和穩(wěn)定性。通過對每個車輪的獨立控制，可以實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向控制和更好的防滑性能，提高車輛在復(fù)雜路況下的行駛安全性。在高速行駛時，能夠根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)，自動調(diào)整車輪的扭矩，保持車輛的穩(wěn)定性；在彎道行駛時，通過對內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪的不同扭矩控制，實現(xiàn)更精準的轉(zhuǎn)向，提高車輛的操控性。然而，雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的再生制動控制策略仍面臨一些挑戰(zhàn)。由于雙電機的存在，再生制動過程中的制動力分配和能量回收協(xié)調(diào)更加復(fù)雜。如何合理分配前后輪的再生制動力，以及如何實現(xiàn)雙電機之間的協(xié)同工作，以達到最佳的能量回收效果和制動性能，是需要深入研究的問題。電池狀態(tài)、電機特性、車輛行駛工況等多種因素都會對再生制動控制策略產(chǎn)生影響，需要綜合考慮這些因素，建立精確的控制模型，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的再生制動控制。在不同的行駛工況下，如城市道路、高速公路、山區(qū)道路等，車輛的制動需求和能量回收潛力各不相同，需要根據(jù)實際工況實時調(diào)整再生制動控制策略，以適應(yīng)不同的行駛條件。因此，開展雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略的研究具有重要的現(xiàn)實意義。通過深入研究再生制動控制策略，可以提高電動汽車的能源利用率和續(xù)航里程，緩解續(xù)航里程焦慮問題，增強電動汽車的市場競爭力。優(yōu)化的再生制動控制策略能夠提升車輛的制動性能和操控穩(wěn)定性，保障行車安全，為用戶提供更好的駕駛體驗。這一研究還有助于推動電動汽車技術(shù)的發(fā)展，促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進步，對實現(xiàn)節(jié)能減排、應(yīng)對環(huán)境污染和能源危機具有積極的推動作用，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車及再生制動控制策略的研究起步較早，取得了豐碩的成果。美國的一些科研機構(gòu)和高校，如密歇根大學(xué)、斯坦福大學(xué)等，在電動汽車領(lǐng)域投入了大量的研究資源。密歇根大學(xué)的研究團隊通過建立詳細的車輛動力學(xué)模型，深入研究了雙電機分布式驅(qū)動電動汽車在不同行駛工況下的再生制動特性，提出了基于模型預(yù)測控制的再生制動控制策略，能夠根據(jù)車輛的實時狀態(tài)和行駛工況，提前預(yù)測并優(yōu)化制動力分配，有效提高了能量回收效率。斯坦福大學(xué)則致力于研發(fā)新型的電機控制算法，通過改進電機的控制策略，實現(xiàn)了更精確的扭矩控制，進一步提升了再生制動的性能。日本的汽車制造商在電動汽車技術(shù)方面也處于世界領(lǐng)先水平。豐田、本田等公司在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的研發(fā)上投入了大量資金和人力，推出了多款具有先進技術(shù)的車型。豐田公司研發(fā)的某款雙電機分布式驅(qū)動電動汽車，采用了智能再生制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)電池的狀態(tài)、車輛的速度和制動需求等因素，自動調(diào)整再生制動力的大小和分配比例，在保證制動安全的前提下，實現(xiàn)了最大化的能量回收。本田公司則注重在制動系統(tǒng)的輕量化和高效化方面進行創(chuàng)新，通過采用新型材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低了制動系統(tǒng)的重量，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，使得再生制動效果更加顯著。歐洲的一些國家，如德國、法國等，在電動汽車研究方面也具有很強的實力。德國的大眾、寶馬等汽車企業(yè)在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的研發(fā)和生產(chǎn)方面取得了重要進展。大眾公司開發(fā)的一款雙電機分布式驅(qū)動電動汽車，配備了先進的電子控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對雙電機的精確協(xié)同控制，在再生制動過程中，能夠根據(jù)車輪的附著力和車輛的行駛狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整制動力分配，確保車輛的穩(wěn)定性和安全性。寶馬公司則在電池管理系統(tǒng)和能量回收技術(shù)方面進行了深入研究，通過優(yōu)化電池管理策略，提高了電池的充放電效率和壽命，同時采用高效的能量回收技術(shù)，使車輛在制動過程中能夠更有效地回收能量，增加續(xù)航里程。國內(nèi)在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車及再生制動控制策略的研究方面也取得了長足的進步。近年來，隨著國家對新能源汽車產(chǎn)業(yè)的大力支持，國內(nèi)眾多高校和科研機構(gòu)積極開展相關(guān)研究工作。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、同濟大學(xué)等高校在電動汽車領(lǐng)域開展了廣泛而深入的研究，取得了一系列具有重要價值的成果。清華大學(xué)的研究團隊針對雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的再生制動控制策略，提出了一種基于模糊控制的制動力分配方法，該方法能夠根據(jù)車輛的行駛工況和駕駛員的操作意圖，利用模糊邏輯算法實時調(diào)整再生制動力和機械制動力的分配比例，有效提高了制動性能和能量回收效率。上海交通大學(xué)通過建立車輛動力學(xué)和電機控制的聯(lián)合仿真模型，對不同的再生制動控制策略進行了仿真研究和優(yōu)化，提出了一種基于遺傳算法的再生制動控制策略，通過遺傳算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化，使系統(tǒng)能夠在不同工況下實現(xiàn)最優(yōu)的能量回收和制動性能。國內(nèi)的一些汽車企業(yè)也加大了在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車及再生制動控制策略方面的研發(fā)投入。比亞迪、北汽新能源、吉利汽車等企業(yè)在新能源汽車領(lǐng)域取得了顯著成就。比亞迪公司在電動汽車技術(shù)方面具有深厚的積累，其研發(fā)的雙電機分布式驅(qū)動電動汽車采用了自主研發(fā)的再生制動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的實際運行情況，靈活調(diào)整再生制動力的大小和分配，在保證制動安全的同時，實現(xiàn)了較高的能量回收效率。北汽新能源公司則注重在智能化和網(wǎng)聯(lián)化方面的創(chuàng)新，通過將車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于再生制動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了車輛與外部環(huán)境的信息交互，能夠根據(jù)路況和交通信息實時優(yōu)化再生制動策略，提高了車輛的整體性能。吉利汽車在電動汽車的研發(fā)過程中，注重與高校和科研機構(gòu)的合作，共同開展關(guān)鍵技術(shù)的研究和攻關(guān)，在再生制動控制策略方面取得了多項技術(shù)突破，有效提升了電動汽車的續(xù)航里程和駕駛體驗。然而，目前國內(nèi)外關(guān)于雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略的研究仍存在一些不足之處。部分研究在建立車輛模型時，對一些復(fù)雜因素的考慮不夠全面，如車輛的非線性特性、輪胎與路面的復(fù)雜相互作用等，導(dǎo)致模型的準確性和可靠性受到一定影響。在實際應(yīng)用中，車輛行駛工況復(fù)雜多變，現(xiàn)有的再生制動控制策略往往難以在各種工況下都實現(xiàn)最優(yōu)的能量回收和制動性能，對不同工況的適應(yīng)性有待進一步提高。此外，對于再生制動過程中雙電機之間的協(xié)同控制，以及再生制動力與機械制動力之間的精確匹配，還需要進一步深入研究和優(yōu)化，以提高整個制動系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。1.3研究內(nèi)容與方法本文主要圍繞雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略展開深入研究，具體內(nèi)容涵蓋以下幾個方面：雙電機分布式驅(qū)動電動汽車系統(tǒng)建模：全面分析雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的結(jié)構(gòu)特點，包括電機、電池、傳動系統(tǒng)以及車輛動力學(xué)等關(guān)鍵部分。建立精確的數(shù)學(xué)模型，對電機的工作特性進行詳細描述，考慮電機的效率曲線、扭矩輸出特性以及轉(zhuǎn)速與功率的關(guān)系等因素，為后續(xù)再生制動控制策略的研究提供堅實的理論基礎(chǔ)。深入研究電池的充放電特性，分析電池的容量、內(nèi)阻、SOC（StateofCharge，荷電狀態(tài)）變化規(guī)律以及電池的壽命特性等，建立準確的電池模型，以確保在再生制動過程中能夠合理控制電池的充電狀態(tài)，提高電池的使用壽命和性能。綜合考慮車輛的質(zhì)量、軸距、重心位置等參數(shù)，建立車輛動力學(xué)模型，模擬車輛在不同行駛工況下的運動狀態(tài)，為制動力分配和控制策略的優(yōu)化提供依據(jù)。再生制動控制策略研究：深入探討再生制動過程中的制動力分配問題，綜合考慮車輛的行駛狀態(tài)、電池狀態(tài)、電機特性以及路面附著系數(shù)等多種因素。提出基于模糊控制、模型預(yù)測控制等先進控制算法的再生制動控制策略，通過建立模糊規(guī)則庫或預(yù)測模型，實時調(diào)整再生制動力和機械制動力的分配比例，以實現(xiàn)最佳的能量回收效果和制動性能。研究模糊控制算法在再生制動控制中的應(yīng)用，根據(jù)車輛的速度、加速度、制動踏板行程等輸入變量，通過模糊推理得到再生制動力和機械制動力的分配系數(shù)，實現(xiàn)制動力的智能分配。探索模型預(yù)測控制算法，通過建立車輛動力學(xué)模型和預(yù)測模型，預(yù)測車輛未來的行駛狀態(tài)，提前優(yōu)化制動力分配，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。分析不同控制策略在各種行駛工況下的優(yōu)缺點，通過仿真和實驗進行對比驗證，為實際應(yīng)用提供參考。能量回收與電池管理：研究如何提高再生制動過程中的能量回收效率，優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的設(shè)計和控制。分析能量回收過程中的能量損耗因素，如電機的能量轉(zhuǎn)換效率、電池的充電效率以及線路電阻等，采取相應(yīng)的措施減少能量損耗，提高能量回收效率。提出有效的電池管理策略，確保電池在再生制動過程中的安全和穩(wěn)定運行。實時監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度和SOC等參數(shù)，根據(jù)電池的狀態(tài)調(diào)整再生制動的強度和能量回收策略，避免電池過充、過放和過熱等情況的發(fā)生，延長電池的使用壽命。建立電池管理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過仿真和實驗驗證電池管理策略的有效性。仿真與實驗驗證：利用專業(yè)的仿真軟件，如MATLAB/Simulink、AMESim等，搭建雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)的仿真模型。對所提出的再生制動控制策略進行仿真分析，模擬不同行駛工況下車輛的制動過程，驗證控制策略的可行性和有效性。在仿真過程中，設(shè)置各種工況參數(shù)，如城市工況、高速公路工況、山區(qū)工況等，對比不同控制策略下的能量回收效果、制動性能和車輛穩(wěn)定性等指標，優(yōu)化控制策略的參數(shù)。搭建實驗平臺，進行實車實驗驗證。對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，與仿真結(jié)果進行對比，進一步驗證控制策略的實際應(yīng)用效果。在實驗平臺上，安裝各種傳感器，實時采集車輛的運行數(shù)據(jù)，如車速、制動力、電機轉(zhuǎn)速和電池參數(shù)等，對控制策略進行實際測試和優(yōu)化。本文采用理論分析、仿真與實驗相結(jié)合的研究方法。通過理論分析，深入研究雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動的工作原理和控制機理，建立數(shù)學(xué)模型和控制策略。利用仿真軟件對系統(tǒng)進行建模和仿真分析，快速驗證不同控制策略的性能，為實驗提供理論指導(dǎo)和參數(shù)優(yōu)化依據(jù)。通過搭建實驗平臺進行實車實驗，對理論分析和仿真結(jié)果進行實際驗證，確保研究成果的可靠性和實用性，為雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略的實際應(yīng)用提供有力支持。二、雙電機分布式驅(qū)動電動汽車工作原理與再生制動系統(tǒng)2.1雙電機分布式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理雙電機分布式驅(qū)動系統(tǒng)作為電動汽車的一種先進驅(qū)動形式，在提升車輛性能和能源利用效率方面具有顯著優(yōu)勢。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為獨特，主要由兩個電機、傳動裝置、控制器以及相關(guān)的傳感器等部分構(gòu)成。兩個電機通常分別布置在車輛的前軸或后軸上，也有部分車型采用前后軸各一個電機的布局方式，它們能夠獨立地為車輪提供驅(qū)動力。這種布局方式取消了傳統(tǒng)的中央差速器，通過電子控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對車輪轉(zhuǎn)速和扭矩的精確控制，從而優(yōu)化輪胎附著力分配，提升車輛的操控性和行駛穩(wěn)定性。在奧迪E-tronS車型中，其采用了ATA250電氣解耦型分布式輪邊電機驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)將兩個輪邊電機水平對置，分別控制兩側(cè)的驅(qū)動半軸，同時兩側(cè)各配備了減速器，以及獨立的逆變器和控制器。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使得電機能夠更直接地驅(qū)動車輪，減少了傳動鏈的長度，降低了能量損耗，提高了驅(qū)動效率。通過分別控制兩側(cè)的電機，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的輪速控制，使車輛在行駛過程中更加靈活穩(wěn)定。在車輛轉(zhuǎn)彎時，系統(tǒng)可以根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角度等信息，自動調(diào)整兩側(cè)電機的輸出扭矩，使內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)平穩(wěn)的轉(zhuǎn)彎，減少轉(zhuǎn)向不足或過度的情況，提升了車輛的操控性能。比亞迪的易四方分布式電驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用于高端車型仰望系列，是四電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)的典型代表。該系統(tǒng)通過獨特的四電機布局，每個電機都能獨立控制一個車輪，實現(xiàn)了真正意義上的四輪獨立驅(qū)動。這種結(jié)構(gòu)賦予了車輛強大的動力和卓越的操控性能，使車輛能夠在各種復(fù)雜場景下實現(xiàn)精準的動態(tài)控制。以仰望U8為例，其搭載的易四方技術(shù)平臺，四個電機的峰值功率均達到220-240kW，總功率高達880-960kW，能夠提供強大的動力輸出，實現(xiàn)快速的加速和爬坡能力。在制動過程中，四個電機可以根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和駕駛員的制動需求，獨立地進行再生制動，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，提高了能量回收效率。易四方技術(shù)平臺還實現(xiàn)了原地旋轉(zhuǎn)、敏捷轉(zhuǎn)向等創(chuàng)新功能。在狹窄的空間內(nèi)，車輛可以通過控制四個電機的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)原地360度旋轉(zhuǎn)，極大地提高了車輛的機動性；在高速行駛時，通過精確控制每個車輪的扭矩，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的車身穩(wěn)定性調(diào)整，當(dāng)遇到突發(fā)狀況時，如某個輪胎爆胎，系統(tǒng)能在瞬間識別并調(diào)整其他三個電機的轉(zhuǎn)速和扭矩，保持車身穩(wěn)定，避免車輛失控，大大提升了行車安全性。從工作原理來看，雙電機分布式驅(qū)動系統(tǒng)的運行基于電機的可逆性。在車輛行駛過程中，電機作為電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，為車輛提供驅(qū)動力。當(dāng)車輛需要加速時，控制器根據(jù)駕駛員的加速踏板信號，控制兩個電機輸出相應(yīng)的扭矩，通過傳動裝置傳遞到車輪，使車輛加速前進。在車輛正常行駛時，兩個電機可以根據(jù)路況和駕駛需求，合理分配扭矩。在平坦的道路上，兩個電機可以共同工作，以較低的功率運行，保證車輛的平穩(wěn)行駛；在爬坡或需要快速加速時，兩個電機可以同時輸出較大的扭矩，提供更強的動力。而在制動過程中，電機則切換為發(fā)電機模式，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，實現(xiàn)再生制動。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，控制器接收到制動信號，控制電機進入發(fā)電狀態(tài)。電機的轉(zhuǎn)子在車輛慣性的帶動下旋轉(zhuǎn)，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能。這些電能通過逆變器轉(zhuǎn)換為直流電后，存儲到車輛的電池中，供后續(xù)使用。在再生制動過程中，控制器會根據(jù)車輛的速度、電池的狀態(tài)以及制動需求等因素，精確控制電機的發(fā)電扭矩，以實現(xiàn)最佳的能量回收效果和制動性能。如果電池的電量已經(jīng)較高，控制器會適當(dāng)減少再生制動力，避免電池過充；如果車輛的速度較快，需要較大的制動力，控制器會增加電機的發(fā)電扭矩，提高再生制動的強度。2.2再生制動系統(tǒng)組成與工作過程雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的再生制動系統(tǒng)是一個復(fù)雜而精密的系統(tǒng)，主要由制動踏板、傳感器、控制器、電機、電池以及機械制動裝置等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實現(xiàn)車輛的制動和能量回收功能。制動踏板作為駕駛員輸入制動指令的關(guān)鍵部件，其工作原理基于力學(xué)傳遞。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，踏板的位移通過機械連桿或液壓系統(tǒng)傳遞到制動主缸。制動主缸內(nèi)的活塞在壓力作用下，將制動液擠出，形成制動壓力。這個壓力通過制動管路傳遞到各個車輪的制動分泵，推動制動分泵的活塞運動，進而使制動片與制動盤緊密接觸，產(chǎn)生摩擦力，實現(xiàn)車輛的制動。在再生制動系統(tǒng)中，制動踏板的位移信號會被傳感器實時采集，并傳輸給控制器，作為判斷駕駛員制動意圖和制動強度的重要依據(jù)。傳感器在再生制動系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，主要包括車速傳感器、制動踏板行程傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器、電池狀態(tài)傳感器以及輪速傳感器等。車速傳感器通過電磁感應(yīng)或霍爾效應(yīng)等原理，實時監(jiān)測車輛的行駛速度，并將速度信號轉(zhuǎn)化為電信號傳輸給控制器。制動踏板行程傳感器則利用電位計或位移傳感器等技術(shù)，精確測量制動踏板的行程，從而反映駕駛員的制動意圖和制動強度。電機轉(zhuǎn)速傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器或霍爾傳感器等，實時檢測電機的轉(zhuǎn)速，為控制器提供電機的運行狀態(tài)信息。電池狀態(tài)傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度和SOC等參數(shù)，以便控制器根據(jù)電池的狀態(tài)調(diào)整再生制動的策略。輪速傳感器通過電磁感應(yīng)原理，測量車輪的轉(zhuǎn)速，為車輛的穩(wěn)定性控制和制動力分配提供重要數(shù)據(jù)?？刂破魇窃偕苿酉到y(tǒng)的核心，通常由電子控制單元（ECU）或車輛控制單元（VCU）擔(dān)任。它負責(zé)接收來自各個傳感器的信號，對這些信號進行分析和處理，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，以實現(xiàn)對電機、電池和機械制動裝置的精確控制?？刂破餍枰邆鋸姶蟮挠嬎隳芰涂焖俚捻憫?yīng)速度，能夠在短時間內(nèi)對大量的傳感器數(shù)據(jù)進行處理和分析，做出準確的決策。在接收到制動踏板行程傳感器的信號后，控制器會根據(jù)車速、電池狀態(tài)和電機轉(zhuǎn)速等信息，計算出所需的再生制動力和機械制動力的分配比例，并向電機控制器和機械制動系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。電機是再生制動系統(tǒng)的關(guān)鍵執(zhí)行部件，在制動過程中，電機由驅(qū)動狀態(tài)切換為發(fā)電狀態(tài)。當(dāng)車輛需要制動時，控制器向電機發(fā)送控制信號，改變電機的電流和磁場方向，使電機的轉(zhuǎn)子在車輛慣性的帶動下旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能。電機產(chǎn)生的電能通過逆變器轉(zhuǎn)換為直流電后，存儲到車輛的電池中。電機的發(fā)電效率和性能直接影響著再生制動系統(tǒng)的能量回收效果，因此，需要選擇高效、可靠的電機，并對其進行精確的控制。電池作為再生制動系統(tǒng)的能量儲存裝置，用于儲存電機回收的電能。常見的電動汽車電池包括鋰離子電池、鎳氫電池等，其中鋰離子電池因其能量密度高、充放電效率高、使用壽命長等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于電動汽車中。在再生制動過程中，電池需要能夠快速接收電機產(chǎn)生的電能，并將其儲存起來。電池的性能和狀態(tài)對再生制動系統(tǒng)的工作效果有著重要影響。如果電池的電量已經(jīng)較高，接近滿電狀態(tài)，那么電池的充電接受能力會下降，此時控制器需要適當(dāng)減少再生制動力，以避免電池過充，影響電池的壽命和安全性；如果電池的電量較低，控制器則可以增加再生制動力，提高能量回收效率，為電池補充更多的電能。機械制動裝置作為再生制動系統(tǒng)的備份和輔助制動手段，在再生制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障或再生制動力不足時，承擔(dān)起主要的制動任務(wù)。機械制動裝置通常采用液壓制動或氣壓制動方式，由制動盤、制動片、制動分泵、制動管路等部件組成。在正常制動情況下，機械制動裝置與再生制動系統(tǒng)協(xié)同工作，根據(jù)車輛的制動需求，合理分配制動力。當(dāng)車輛需要緊急制動時，再生制動系統(tǒng)可能無法提供足夠的制動力，此時機械制動裝置會迅速介入，通過制動片與制動盤之間的摩擦力，使車輛快速減速停車，確保行車安全。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，再生制動系統(tǒng)開始工作。制動踏板行程傳感器將踏板的位移信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)車速傳感器、電機轉(zhuǎn)速傳感器、電池狀態(tài)傳感器和輪速傳感器等傳來的信號，判斷車輛的行駛狀態(tài)和制動需求。如果電池的SOC較低，且車輛的行駛狀態(tài)適合進行再生制動，控制器會控制電機進入發(fā)電狀態(tài)，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能。電機產(chǎn)生的電能通過逆變器轉(zhuǎn)換為直流電后，存儲到電池中。在再生制動過程中，控制器會根據(jù)車輛的制動需求和電池的狀態(tài)，實時調(diào)整電機的發(fā)電扭矩，以實現(xiàn)最佳的能量回收效果和制動性能。如果再生制動力不足以滿足車輛的制動需求，控制器會控制機械制動裝置介入，與再生制動系統(tǒng)協(xié)同工作，共同提供制動力。機械制動裝置通過制動片與制動盤之間的摩擦力，將車輛的動能轉(zhuǎn)化為熱能，使車輛減速。控制器會根據(jù)車輛的制動需求和電機的發(fā)電情況，合理分配再生制動力和機械制動力，確保車輛的制動安全和穩(wěn)定性。在整個制動過程中，傳感器會實時監(jiān)測車輛的各項參數(shù)，并將數(shù)據(jù)反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋信息不斷調(diào)整控制策略，以實現(xiàn)對再生制動系統(tǒng)的精確控制。2.3再生制動對電動汽車性能的影響再生制動作為電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，對電動汽車的性能產(chǎn)生了多方面的重要影響，既帶來了顯著的積極效應(yīng)，也存在一些潛在問題，需要全面、深入地進行分析和研究。再生制動最顯著的優(yōu)勢在于實現(xiàn)了能量回收，這是其對電動汽車性能提升的核心體現(xiàn)。在傳統(tǒng)燃油汽車和部分未配備再生制動系統(tǒng)的電動汽車中，制動過程是將車輛的動能通過摩擦轉(zhuǎn)化為熱能并散失到環(huán)境中，這部分能量被白白浪費。而再生制動系統(tǒng)則改變了這一能量轉(zhuǎn)化方式，在制動時，電機由驅(qū)動狀態(tài)切換為發(fā)電狀態(tài)，利用車輛的慣性帶動電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能，并通過逆變器將其轉(zhuǎn)換為直流電存儲到電池中。這種能量回收機制極大地提高了能源利用效率，減少了能量的浪費。在城市工況下，車輛頻繁啟停，制動能量損失較大，再生制動技術(shù)的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，采用再生制動技術(shù)的電動汽車在城市工況下，可回收約20%-40%的制動能量。以某款續(xù)航里程為400公里的電動汽車為例，在城市工況下，若平均每次制動能回收100kJ的能量，一天內(nèi)車輛進行20次制動，那么一天就能回收2000kJ的能量，這些能量可轉(zhuǎn)化為額外的續(xù)航里程，經(jīng)計算約為5-8公里。在實際駕駛過程中，城市道路的交通狀況復(fù)雜，頻繁的剎車和起步使得再生制動系統(tǒng)有更多的機會回收能量。在紅燈前的減速過程、擁堵路段的緩慢行駛中，車輛的動能都能被有效回收并儲存起來，為后續(xù)的行駛提供能量支持。再生制動對電動汽車續(xù)航里程的提升作用十分顯著。由于再生制動能夠回收制動能量并將其重新利用，這就相當(dāng)于為車輛增加了額外的能源供應(yīng)，從而直接延長了電動汽車的續(xù)航里程。在實際使用中，續(xù)航里程的增加可以有效緩解消費者的續(xù)航里程焦慮問題，使電動汽車在日常出行和中短途旅行中更加實用和便捷。不同的行駛工況對續(xù)航里程的提升效果存在差異。在城市綜合工況下，再生制動可使電動汽車的續(xù)航里程提高10%-30%；在高速工況下，由于車輛制動頻率相對較低，再生制動對續(xù)航里程的提升幅度相對較小，一般在5%-10%左右。特斯拉Model3車型在城市工況下，通過再生制動系統(tǒng)回收的能量能夠使車輛的續(xù)航里程增加約15%。這意味著在相同的電池容量下，配備再生制動系統(tǒng)的Model3相比未配備該系統(tǒng)的車型，能夠行駛更遠的距離。在日常通勤中，用戶可以更加放心地駕駛，無需頻繁擔(dān)心電量不足的問題。一些電動汽車制造商還通過優(yōu)化再生制動控制策略，進一步提高能量回收效率，從而更大程度地提升續(xù)航里程。比亞迪的某些車型采用了智能能量回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)、電池的SOC以及駕駛員的操作習(xí)慣等因素，實時調(diào)整再生制動力的大小和分配比例，使能量回收更加高效，續(xù)航里程得到了進一步的提升。在制動穩(wěn)定性方面，再生制動也對電動汽車產(chǎn)生了重要影響。在制動過程中，合理的再生制動力分配能夠優(yōu)化車輛的制動性能，提高制動穩(wěn)定性。通過精確控制每個車輪的制動力，再生制動系統(tǒng)可以使車輛在制動時保持更好的姿態(tài)和穩(wěn)定性，減少制動跑偏和甩尾等現(xiàn)象的發(fā)生。在緊急制動情況下，再生制動系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，與機械制動系統(tǒng)協(xié)同工作，共同提供強大的制動力，使車輛能夠迅速減速停車，保障行車安全。在車輛高速行駛時進行制動，若再生制動系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的速度、轉(zhuǎn)向角度以及路面狀況等信息，精確控制每個車輪的再生制動力，就可以避免因制動力分配不均而導(dǎo)致的車輛失控。當(dāng)車輛在濕滑路面上制動時，再生制動系統(tǒng)可以根據(jù)車輪的打滑情況，自動調(diào)整制動力分配，增加有附著力車輪的制動力，減少打滑車輪的制動力，從而保持車輛的行駛穩(wěn)定性。一些高端電動汽車配備了先進的電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC），再生制動系統(tǒng)與ESC緊密配合，進一步提升了車輛的制動穩(wěn)定性。在車輛進行緊急避讓時，ESC會檢測到車輛的側(cè)滑趨勢，此時再生制動系統(tǒng)會根據(jù)ESC的指令，對相應(yīng)車輪施加合適的制動力，幫助車輛保持穩(wěn)定的行駛軌跡，避免發(fā)生碰撞事故。然而，再生制動在實際應(yīng)用中也存在一些潛在問題。再生制動的能量回收效率受到多種因素的制約，其中電池狀態(tài)是一個關(guān)鍵因素。當(dāng)電池的SOC較高時，電池的充電接受能力會下降，這將導(dǎo)致再生制動的能量回收效率降低。當(dāng)電池的SOC接近滿電狀態(tài)時，為了避免電池過充，控制器會減少再生制動力，使得部分制動能量無法被回收，只能通過機械制動系統(tǒng)以熱能的形式消耗掉。電機的特性也會影響能量回收效率。不同類型的電機在發(fā)電效率、轉(zhuǎn)速范圍等方面存在差異，這些差異會導(dǎo)致在不同的工況下，電機的能量回收能力不同。一些電機在低速時的發(fā)電效率較低，這就使得在車輛低速制動時，能量回收效果不理想。車輛的行駛工況復(fù)雜多變，如不同的車速、路況、駕駛習(xí)慣等，都會對再生制動的能量回收效率產(chǎn)生影響。在高速行駛時，雖然車輛的動能較大，但由于電機的轉(zhuǎn)速限制，可能無法充分回收制動能量；在頻繁啟停的城市工況下，駕駛員的急剎車操作可能會使再生制動系統(tǒng)來不及充分發(fā)揮作用，導(dǎo)致能量回收效率降低。再生制動系統(tǒng)的可靠性和安全性也是需要關(guān)注的問題。再生制動系統(tǒng)涉及到多個復(fù)雜的部件和控制系統(tǒng)，如電機、逆變器、控制器、傳感器等，任何一個部件出現(xiàn)故障都可能影響系統(tǒng)的正常運行。若電機的繞組短路，將導(dǎo)致電機無法正常發(fā)電，再生制動功能失效；若傳感器故障，控制器可能無法準確獲取車輛的行駛狀態(tài)信息，從而無法正確控制再生制動系統(tǒng)，這將對行車安全造成嚴重威脅。在實際應(yīng)用中，再生制動系統(tǒng)還需要與機械制動系統(tǒng)協(xié)同工作，確保在各種情況下都能提供可靠的制動性能。若再生制動系統(tǒng)與機械制動系統(tǒng)的切換過程不夠平穩(wěn)，可能會導(dǎo)致車輛制動時出現(xiàn)頓挫感，影響駕駛舒適性和安全性。在再生制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，機械制動系統(tǒng)需要能夠迅速接管全部制動任務(wù)，確保車輛能夠安全停車。因此，再生制動系統(tǒng)的可靠性和安全性設(shè)計至關(guān)重要，需要通過嚴格的測試和驗證，確保系統(tǒng)在各種工況下都能穩(wěn)定、可靠地運行。三、雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略研究3.1理想制動力分配控制策略3.1.1策略原理理想制動力分配控制策略的核心是依據(jù)車輛的制動減速度來精準分配前后輪的制動力，其理論基礎(chǔ)是理想制動力分布曲線，也被稱為I曲線。I曲線是基于車輛動力學(xué)原理推導(dǎo)得出的，它描述了在各種制動工況下，前后輪制動力的理想分配關(guān)系，以確保車輛在制動過程中始終保持良好的穩(wěn)定性和制動效能。當(dāng)車輛進行制動時，首先需要根據(jù)當(dāng)前的制動減速度，在理想制動力分布曲線上確定對應(yīng)的前后輪制動力分配點。這個分配點是基于車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如軸距、質(zhì)心高度、整車質(zhì)量等因素計算得出的，能夠保證車輛在制動時前后輪同時達到抱死的臨界狀態(tài)，從而充分利用地面的附著條件，實現(xiàn)最短的制動距離和最佳的制動穩(wěn)定性。具體而言，在制動減速度較低的情況下，車輛的制動力需求相對較小。此時，由于電機具有良好的低速特性和精確的控制性能，再生制動可以完全滿足車輛的制動需求，因此由雙電機提供的再生制動力單獨作用于前后輪，實現(xiàn)車輛的減速。在城市道路的緩慢行駛過程中，當(dāng)駕駛員輕踩制動踏板時，制動減速度較小，雙電機能夠迅速響應(yīng)，通過再生制動產(chǎn)生合適的制動力，使車輛平穩(wěn)減速，同時將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能回收儲存。隨著制動減速度的增加，車輛的制動力需求逐漸增大。當(dāng)再生制動的能力無法滿足全部制動需求時，機械制動系統(tǒng)將介入，與再生制動協(xié)同工作。此時，需要根據(jù)理想制動力分布曲線，合理分配再生制動力和機械制動力。根據(jù)車輛的實時制動減速度，在I曲線上確定前后輪所需的總制動力，然后根據(jù)電機的當(dāng)前狀態(tài)和能力，分配一部分制動力給再生制動，剩余部分由機械制動承擔(dān)。這樣既能保證車輛獲得足夠的制動力，實現(xiàn)安全制動，又能盡可能地回收制動能量，提高能源利用效率。在緊急制動情況下，制動減速度較大，車輛的制動力需求急劇增加。此時，再生制動和機械制動將全力配合，共同提供強大的制動力，使車輛能夠迅速減速停車。在這個過程中，精確的制動力分配至關(guān)重要，需要根據(jù)車輛的實時狀態(tài)和路面條件，動態(tài)調(diào)整再生制動力和機械制動力的比例，以確保車輛的穩(wěn)定性和制動效果。如果路面較為濕滑，附著系數(shù)較低，為了防止車輪抱死導(dǎo)致車輛失控，需要適當(dāng)減少制動力，尤其是再生制動力的比例，增加機械制動的比例，通過機械制動的摩擦力來穩(wěn)定車輛的行駛。3.1.2優(yōu)勢與挑戰(zhàn)理想制動力分配控制策略具有顯著的優(yōu)勢。它能夠充分利用地面附著條件，使車輛在制動過程中前后輪的制動力分配始終保持在最佳狀態(tài)，避免了因制動力分配不合理而導(dǎo)致的車輪抱死或制動跑偏等問題，從而有效縮短制動距離，提高制動安全性。在緊急制動時，該策略能夠快速、準確地分配制動力，使車輛迅速減速，減少事故發(fā)生的可能性。該策略還能在一定程度上提高能量回收效率。在制動減速度較低時，優(yōu)先采用再生制動，將車輛的動能盡可能多地轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，為車輛的后續(xù)行駛提供能量支持，從而提高了電動汽車的能源利用效率，增加了續(xù)航里程。在城市工況下，頻繁的制動操作使得再生制動有更多的機會發(fā)揮作用，通過理想制動力分配控制策略，可以更好地實現(xiàn)能量回收，降低車輛的能耗。然而，該策略在實際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。車輛的載荷會隨著乘客數(shù)量、貨物重量等因素的變化而改變，這將導(dǎo)致車輛的質(zhì)心位置發(fā)生變化，從而影響理想制動力分配曲線的準確性。為了應(yīng)對這一問題，需要實時檢測車輛的載荷情況，并根據(jù)載荷變化對理想制動力分配曲線進行修正，以確保制動力分配的合理性。這就需要配備高精度的載荷傳感器和復(fù)雜的算法，增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。理想制動力分配控制策略需要精確的車輛狀態(tài)信息，如車速、制動減速度、車輪轉(zhuǎn)速等，以及準確的路面附著系數(shù)信息，才能實現(xiàn)精準的制動力分配。然而，在實際行駛過程中，這些信息的獲取存在一定的難度和誤差。路面附著系數(shù)會受到路面材質(zhì)、濕度、溫度等多種因素的影響，難以實時準確測量。傳感器的精度和可靠性也會對信息的準確性產(chǎn)生影響，如果傳感器出現(xiàn)故障或測量誤差較大，將導(dǎo)致制動力分配不準確，影響車輛的制動性能和安全性。該策略的控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，需要快速、準確地處理大量的信息，并根據(jù)車輛的實時狀態(tài)和制動需求，實時調(diào)整制動力分配。這對控制器的計算能力和響應(yīng)速度提出了很高的要求，增加了系統(tǒng)的開發(fā)難度和成本。由于涉及多個控制環(huán)節(jié)和復(fù)雜的算法，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性也需要進一步提高，以確保在各種工況下都能正常工作。3.2最佳制動能量回收控制策略3.2.1策略原理最佳制動能量回收控制策略的核心目標是在滿足制動安全和制動性能要求的前提下，實現(xiàn)制動能量的最大化回收。該策略充分考慮了制動強度和路面附著系數(shù)等關(guān)鍵因素，通過精確的計算和控制，確定前后輪制動力的最優(yōu)分配方案。在制動過程中，制動強度是一個關(guān)鍵參數(shù)，它反映了車輛制動的強烈程度。路面附著系數(shù)則決定了車輪與地面之間的摩擦力大小，對車輛的制動性能和穩(wěn)定性有著重要影響。最佳制動能量回收控制策略根據(jù)實時監(jiān)測到的制動強度和路面附著系數(shù)信息，動態(tài)調(diào)整前后輪的制動力分配。當(dāng)制動強度較低時，說明車輛的制動需求相對較小。此時，該策略會優(yōu)先利用再生制動來實現(xiàn)車輛的減速，因為再生制動能夠?qū)④囕v的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，從而實現(xiàn)能量的回收。在這種情況下，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前的制動強度和路面附著系數(shù)，精確計算出前后輪所需的制動力，并通過雙電機的協(xié)調(diào)工作，使前后輪的再生制動力能夠滿足制動需求，同時保證制動的安全性和穩(wěn)定性。如果車輛在低速行駛時進行輕微制動，制動強度較小，系統(tǒng)會控制雙電機產(chǎn)生合適的再生制動力，使車輛平穩(wěn)減速，同時將回收的能量存儲到電池中。隨著制動強度的增加，車輛的制動需求逐漸增大。當(dāng)再生制動的能力無法滿足全部制動需求時，機械制動系統(tǒng)將介入，與再生制動協(xié)同工作。在這個過程中，最佳制動能量回收控制策略會根據(jù)制動強度和路面附著系數(shù)，精確計算出再生制動力和機械制動力的分配比例，以確保在滿足制動需求的前提下，最大限度地回收制動能量。當(dāng)制動強度達到一定程度時，系統(tǒng)會先讓雙電機提供最大的再生制動力，然后根據(jù)剩余的制動需求，分配機械制動力。在緊急制動情況下，制動強度較大，系統(tǒng)會迅速增加機械制動力的比例，同時盡可能地保持再生制動的工作，以實現(xiàn)車輛的快速減速和能量的回收。路面附著系數(shù)的變化會直接影響車輪的抓地力和制動效果。在不同的路面條件下，如干燥路面、濕滑路面、結(jié)冰路面等，路面附著系數(shù)差異很大。最佳制動能量回收控制策略會實時監(jiān)測路面附著系數(shù)的變化，并根據(jù)路面情況調(diào)整制動力分配。在濕滑路面上，由于路面附著系數(shù)較低，車輪容易打滑，此時系統(tǒng)會適當(dāng)減少制動力的輸出，尤其是再生制動力的比例，以避免車輪抱死，保證車輛的行駛穩(wěn)定性。系統(tǒng)會根據(jù)路面附著系數(shù)的實時監(jiān)測值，動態(tài)調(diào)整前后輪的制動力分配，使車輛在各種路面條件下都能實現(xiàn)安全、高效的制動和能量回收。3.2.2優(yōu)勢與挑戰(zhàn)最佳制動能量回收控制策略具有顯著的優(yōu)勢，其最大的亮點在于理論上能夠?qū)崿F(xiàn)制動能量的最大限度回收。通過精確的制動力分配和實時的控制調(diào)整，該策略能夠充分利用車輛的動能，將更多的能量轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，從而有效提高電動汽車的能源利用效率，增加續(xù)航里程。在城市工況下，車輛頻繁啟停，制動能量損失較大，采用最佳制動能量回收控制策略可以顯著提高能量回收效率，減少能量浪費。相關(guān)研究表明，在城市工況下，該策略可使電動汽車的能量回收效率提高20%-30%，續(xù)航里程增加10%-20%。該策略在一定程度上還能提高車輛的制動穩(wěn)定性。通過根據(jù)制動強度和路面附著系數(shù)實時調(diào)整制動力分配，能夠使車輛在制動過程中保持更好的姿態(tài)和穩(wěn)定性，減少制動跑偏和甩尾等現(xiàn)象的發(fā)生。在高速行駛時進行制動，系統(tǒng)能夠根據(jù)路面附著系數(shù)和車輛的行駛狀態(tài)，精確控制前后輪的制動力，使車輛平穩(wěn)減速，避免因制動力分配不均而導(dǎo)致的車輛失控。然而，該策略在實際應(yīng)用中也面臨諸多挑戰(zhàn)。精確控制難度大是首要問題，該策略需要實時獲取制動強度、路面附著系數(shù)、車輛速度、電機狀態(tài)、電池狀態(tài)等大量的信息，并進行快速、準確的計算和分析，以確定最優(yōu)的制動力分配方案。這對傳感器的精度和可靠性、控制器的計算能力和響應(yīng)速度都提出了極高的要求。任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致制動力分配不準確，影響能量回收效果和制動性能。如果傳感器的測量誤差較大，控制器接收到的信息就會不準確，從而無法計算出最優(yōu)的制動力分配方案，導(dǎo)致能量回收效率降低，甚至影響車輛的制動安全。穩(wěn)定性差也是該策略面臨的一個重要挑戰(zhàn)。由于車輛行駛工況復(fù)雜多變，路面附著系數(shù)難以精確測量，且在制動過程中，車輛的動態(tài)特性也會發(fā)生變化，這些因素都增加了制動力分配的難度，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。在不同的路面條件下，路面附著系數(shù)的變化范圍很大，而且路面附著系數(shù)還會受到車輛行駛速度、輪胎磨損程度等因素的影響，難以實時準確地獲取。在制動過程中，車輛的重心會發(fā)生轉(zhuǎn)移，這也會影響前后輪的制動力分配，增加了控制的難度，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。成本高也是制約該策略廣泛應(yīng)用的一個因素。為了實現(xiàn)精確的控制，需要配備高精度的傳感器、高性能的控制器以及復(fù)雜的算法，這無疑增加了系統(tǒng)的硬件成本和研發(fā)成本。傳感器的精度越高，價格往往也越高；高性能的控制器需要強大的計算能力和快速的響應(yīng)速度，其成本也相對較高。由于算法的復(fù)雜性，研發(fā)和調(diào)試的難度也較大，需要投入大量的人力和物力資源，進一步增加了成本。3.3并聯(lián)再生制動控制策略3.3.1策略原理并聯(lián)再生制動控制策略是一種較為常見且實用的再生制動控制方式，其原理基于機械制動與再生制動的協(xié)同工作機制。在該策略下，機械摩擦制動力按照一定的比例分配到前后輪，同時在驅(qū)動輪上施加再生制動力，以實現(xiàn)車輛的制動和能量回收。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動信號首先被傳遞到控制器?？刂破鞲鶕?jù)車輛的行駛狀態(tài)，如車速、加速度等，以及駕駛員的制動意圖，通過預(yù)先設(shè)定的算法，計算出所需的總制動力。這個總制動力被分配為機械制動力和再生制動力兩部分。機械制動力按照傳統(tǒng)的制動力分配方式，根據(jù)車輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如軸距、質(zhì)心位置等，以及制動強度，按照一定的比例分配到前后輪。這種分配方式通常遵循一定的經(jīng)驗公式或標準，以確保車輛在制動過程中的穩(wěn)定性和制動效能。在一般情況下，前輪承擔(dān)的制動力會相對較大，這是因為在制動時，車輛的重心會向前轉(zhuǎn)移，使得前輪的附著力增加，能夠提供更大的制動力。在驅(qū)動輪上，控制器會根據(jù)車輛的制動需求和電機的工作狀態(tài)，施加再生制動力。再生制動力的大小會根據(jù)制動強度的變化而動態(tài)調(diào)整。當(dāng)制動強度較低時，車輛的制動需求相對較小，此時再生制動系統(tǒng)可以提供大部分的制動力，電機將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來。在城市道路的緩慢行駛過程中，當(dāng)駕駛員輕踩制動踏板時，制動強度較低，再生制動力可以滿足車輛的制動需求，電機將車輛的動能高效地轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)能量回收。隨著制動強度的增加，車輛的制動需求逐漸增大。當(dāng)再生制動的能力無法滿足全部制動需求時，機械制動系統(tǒng)會逐漸增加制動力的輸出，與再生制動協(xié)同工作，共同實現(xiàn)車輛的制動。在緊急制動情況下，制動強度較大，再生制動和機械制動會同時全力工作，以確保車輛能夠迅速減速停車。在這個過程中，控制器會實時監(jiān)測車輛的制動狀態(tài)，根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整再生制動力和機械制動力的分配比例，以保證車輛的制動安全和穩(wěn)定性。3.3.2優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并聯(lián)再生制動控制策略具有一些顯著的優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)。該策略在傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了再生制動系統(tǒng)，兩者并行工作，不需要對車輛的原有結(jié)構(gòu)進行大規(guī)模的改動，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本和技術(shù)難度。在一些早期的電動汽車中，由于技術(shù)和成本的限制，并聯(lián)再生制動控制策略得到了廣泛的應(yīng)用，通過簡單的改裝，就能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的能量回收和制動性能提升。由于保留了傳統(tǒng)的機械制動系統(tǒng)，并聯(lián)再生制動控制策略的安全性較高。在再生制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，機械制動系統(tǒng)能夠完全承擔(dān)起車輛的制動任務(wù)，確保車輛的制動可靠性。在實際使用中，這種冗余設(shè)計可以有效避免因再生制動系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的制動失效問題，提高了車輛的行駛安全性。該策略的穩(wěn)定性較好。由于機械制動和再生制動同時作用，且機械制動部分按照傳統(tǒng)的制動力分配方式進行工作，使得車輛在制動過程中的穩(wěn)定性更容易得到保證。在不同的路況和行駛條件下，機械制動系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定的制動力，再生制動系統(tǒng)則在滿足制動需求的前提下，盡可能地回收能量，兩者相互配合，使車輛在制動時能夠保持平穩(wěn)的行駛姿態(tài)。然而，并聯(lián)再生制動控制策略也存在一些不足之處。該策略的能量回收相對較少。由于機械制動系統(tǒng)始終參與工作，部分制動能量被機械制動以熱能的形式消耗掉，導(dǎo)致再生制動能夠回收的能量相對有限。在一些制動強度較大的工況下，機械制動消耗的能量較多，再生制動的能量回收效果受到較大影響，從而降低了整個系統(tǒng)的能量利用效率。并聯(lián)再生制動控制策略的制動能量回收效率還受到電池狀態(tài)、電機特性等因素的影響。當(dāng)電池的SOC較高時，電池的充電接受能力下降，再生制動的能量回收效率會降低；不同類型的電機在發(fā)電效率、轉(zhuǎn)速范圍等方面存在差異，這也會導(dǎo)致在不同的工況下，電機的能量回收能力不同。在高速行駛時，由于電機的轉(zhuǎn)速限制，可能無法充分回收制動能量，影響了整個系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。3.4基于模式模糊識別的控制策略3.4.1策略原理基于模式模糊識別的再生制動控制策略，其核心在于通過對電機效率MAP圖的深入分析，將再生制動過程劃分為多個不同的模式，然后利用模糊控制技術(shù)設(shè)計專門的模式識別器，依據(jù)車輛的實時運行狀態(tài)和相關(guān)條件，精準判斷并實現(xiàn)模式的切換，同時合理分配制動力。在分析電機效率MAP圖時，充分考慮電機在不同轉(zhuǎn)速和扭矩下的效率表現(xiàn)。電機效率MAP圖直觀地展示了電機在各種工作狀態(tài)下的效率分布情況，通過對其細致研究，可以確定不同的效率區(qū)間，從而劃分出不同的再生制動模式。當(dāng)電機處于低轉(zhuǎn)速、高扭矩的工作狀態(tài)時，效率可能較低，此時可將其劃分為一種模式；而當(dāng)電機處于高轉(zhuǎn)速、低扭矩的工作狀態(tài)時，效率可能較高，可劃分為另一種模式。一般而言，根據(jù)效率MAP圖，可將再生制動模式劃分為經(jīng)濟模式、高效模式和應(yīng)急模式等。在經(jīng)濟模式下，電機以較低的功率運行，注重能量的高效回收，適用于車輛在平坦道路上的正常行駛和輕微制動；高效模式則在電機效率較高的區(qū)間運行，追求最大的能量回收效率，通常在車輛中速行駛且制動需求適中時采用；應(yīng)急模式則是在緊急制動等特殊情況下啟用，此時更注重制動的安全性和及時性，對能量回收效率的要求相對較低。為了實現(xiàn)對這些模式的準確識別和切換，引入模糊控制技術(shù)設(shè)計模式識別器。模糊控制是一種基于模糊邏輯的智能控制方法，它能夠處理不確定性和模糊性信息，非常適合用于再生制動模式的識別。模式識別器的輸入變量選取車輛的多個關(guān)鍵運行參數(shù)，如車速、制動踏板行程、電機轉(zhuǎn)速和電池SOC等。這些參數(shù)能夠全面反映車輛的行駛狀態(tài)和制動需求，為模式識別提供豐富的信息。車速是一個重要的參數(shù)，它直接影響著車輛的動能和制動需求，不同的車速對應(yīng)著不同的再生制動模式選擇；制動踏板行程則直觀地反映了駕駛員的制動意圖和制動強度，踏板行程越大，制動需求越強，可能需要切換到更注重制動效果的模式；電機轉(zhuǎn)速和電池SOC也對再生制動模式的選擇有著重要影響，電機轉(zhuǎn)速決定了電機的工作狀態(tài)和發(fā)電效率，電池SOC則反映了電池的充電狀態(tài)和接受能力。在模糊控制中，將這些輸入變量進行模糊化處理，即將精確的數(shù)值轉(zhuǎn)化為模糊的語言變量。將車速模糊化為“低速”“中速”“高速”等，將制動踏板行程模糊化為“輕踩”“中踩”“重踩”等。通過建立模糊規(guī)則庫，將模糊化后的輸入變量與再生制動模式建立聯(lián)系。模糊規(guī)則庫中的規(guī)則通常采用“如果……那么……”的形式，例如“如果車速為低速，且制動踏板行程為輕踩，那么選擇經(jīng)濟模式”。這些規(guī)則是根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)和實際駕駛經(jīng)驗總結(jié)得出的，能夠準確地反映車輛在不同運行狀態(tài)下的最佳再生制動模式選擇。當(dāng)車輛運行時，模式識別器實時采集車輛的運行參數(shù)，并將其輸入到模糊控制系統(tǒng)中。模糊控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則進行推理和判斷，得出當(dāng)前最合適的再生制動模式。如果識別出當(dāng)前處于經(jīng)濟模式，且車輛的運行狀態(tài)發(fā)生變化，如車速增加、制動踏板行程加大，模式識別器會根據(jù)新的輸入?yún)?shù)重新進行模糊推理，判斷是否需要切換到高效模式或其他更合適的模式。在確定了再生制動模式后，控制器會根據(jù)該模式的特點和要求，合理分配前后輪的制動力以及再生制動力和機械制動力的比例。在經(jīng)濟模式下，可能會優(yōu)先分配更多的再生制動力，以實現(xiàn)能量的高效回收；而在應(yīng)急模式下，會加大機械制動力的比例，確保車輛能夠迅速安全地制動。3.4.2優(yōu)勢與挑戰(zhàn)基于模式模糊識別的再生制動控制策略具有顯著的優(yōu)勢。該策略能夠有效提高能量回收率。通過精確的模式識別和合理的制動力分配，能夠使電機在不同的工況下都盡可能地工作在高效區(qū)域，從而最大限度地回收制動能量。在城市工況下，車輛頻繁啟停，制動能量損失較大，該策略能夠根據(jù)車輛的實時運行狀態(tài)，準確判斷并選擇合適的再生制動模式，將更多的制動能量轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，有效提高了能源利用效率，減少了能量的浪費。相關(guān)研究表明，在城市工況下，采用該策略可使電動汽車的能量回收效率提高15%-25%，續(xù)航里程增加8%-15%。該策略還能在一定程度上保證模式切換的平穩(wěn)性。模糊控制技術(shù)的應(yīng)用使得模式切換過程更加智能和靈活，能夠根據(jù)車輛的運行狀態(tài)和駕駛員的操作意圖，平滑地實現(xiàn)模式的過渡，避免了因模式切換而導(dǎo)致的車輛頓挫或制動不穩(wěn)定等問題，為駕駛員提供了更加舒適和安全的駕駛體驗。在車輛從高速行駛狀態(tài)進入低速行駛狀態(tài)時，模式識別器能夠根據(jù)車速的逐漸降低，逐步調(diào)整再生制動模式，使制動力的變化更加平穩(wěn)，不會出現(xiàn)突然的制動力變化，保證了車輛的平穩(wěn)行駛。然而，該策略在實際應(yīng)用中也面臨一些挑戰(zhàn)。模糊控制的參數(shù)整定難度較大是一個突出問題。模糊控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)的確定需要豐富的經(jīng)驗和大量的實驗數(shù)據(jù)支持，而且這些參數(shù)對系統(tǒng)的性能影響較大。如果參數(shù)整定不合理，可能會導(dǎo)致模式識別不準確，制動力分配不當(dāng)，從而影響能量回收效果和制動性能。在確定模糊規(guī)則時，需要綜合考慮車輛的各種運行參數(shù)和實際駕駛情況，不同的車輛型號和使用場景可能需要不同的模糊規(guī)則，這增加了參數(shù)整定的復(fù)雜性。隸屬度函數(shù)的形狀和參數(shù)也需要仔細調(diào)整，以確保模糊化后的輸入變量能夠準確地反映車輛的實際狀態(tài)。模式劃分的準確性和適應(yīng)性也是需要關(guān)注的問題。實際車輛行駛工況復(fù)雜多變，僅僅依據(jù)電機效率MAP圖進行模式劃分可能無法完全涵蓋所有的工況，導(dǎo)致在某些特殊工況下模式識別不準確，無法實現(xiàn)最優(yōu)的制動力分配。在車輛滿載爬坡等特殊工況下，電機的工作狀態(tài)和車輛的制動需求與正常工況有很大不同，現(xiàn)有的模式劃分可能無法準確適應(yīng)這種變化，從而影響再生制動系統(tǒng)的性能。因此，需要進一步研究和優(yōu)化模式劃分方法，提高其對復(fù)雜工況的適應(yīng)性和準確性。四、雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)建模與仿真分析4.1系統(tǒng)建模為了深入研究雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)的性能和控制策略，建立精確的系統(tǒng)模型至關(guān)重要。通過建立各個子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并將它們有機地結(jié)合起來，可以全面、準確地模擬電動汽車在不同工況下的運行狀態(tài)，為后續(xù)的仿真分析和控制策略優(yōu)化提供堅實的基礎(chǔ)。4.1.1車輪動力學(xué)模型車輪動力學(xué)模型是研究車輛運動的基礎(chǔ)，它描述了車輪在各種力和力矩作用下的運動狀態(tài)。在雙電機分布式驅(qū)動電動汽車中，車輪的受力情況較為復(fù)雜，涉及到多種力的相互作用。在車輛行駛過程中，車輪受到的力主要包括滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力、驅(qū)動力和制動力等。滾動阻力是由于車輪與地面之間的摩擦而產(chǎn)生的，它與車輪的半徑、輪胎的材質(zhì)和氣壓以及車輛的行駛速度等因素有關(guān)。空氣阻力則是車輛在行駛過程中與空氣相互作用產(chǎn)生的阻力，它與車輛的速度、迎風(fēng)面積以及空氣密度等因素密切相關(guān)。坡道阻力是車輛在坡道上行駛時，由于重力沿坡道方向的分力而產(chǎn)生的阻力，其大小取決于坡道的坡度和車輛的質(zhì)量。在制動過程中，車輪還受到制動力的作用。制動力可以分為再生制動力和機械制動力兩部分。再生制動力是由電機在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生的，它通過電磁作用使車輪減速，并將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能回收儲存。機械制動力則是通過傳統(tǒng)的機械制動裝置，如制動片與制動盤之間的摩擦力產(chǎn)生的，它使車輪的轉(zhuǎn)速降低，從而實現(xiàn)車輛的制動。車輪的動力學(xué)方程可以表示為：I_w\dot{\omega}_w=T_m+T_b-F_{x}r_w-F_{f}r_w-F_{w}r_w-F_{i}r_w其中，I_w為車輪的轉(zhuǎn)動慣量，\dot{\omega}_w為車輪的角加速度，T_m為電機輸出的扭矩，T_b為機械制動扭矩，F(xiàn)_{x}為車輪受到的縱向力，r_w為車輪半徑，F(xiàn)_{f}為滾動阻力，F(xiàn)_{w}為空氣阻力，F(xiàn)_{i}為坡道阻力。滾動阻力F_{f}可以通過公式F_{f}=mgf\cos\theta計算，其中m為車輛質(zhì)量，g為重力加速度，f為滾動阻力系數(shù)，\theta為道路坡度角?？諝庾枇_{w}的計算公式為F_{w}=\frac{1}{2}C_d\rhoAv^2，其中C_d為空氣阻力系數(shù)，\rho為空氣密度，A為車輛迎風(fēng)面積，v為車輛行駛速度。坡道阻力F_{i}則可表示為F_{i}=mg\sin\theta。通過建立車輪動力學(xué)模型，能夠準確地描述車輪在各種力和力矩作用下的運動狀態(tài)，為研究雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的再生制動性能提供了重要的基礎(chǔ)。在后續(xù)的仿真分析中，可以利用該模型來計算車輪的轉(zhuǎn)速、角加速度以及制動力等參數(shù)，從而深入了解再生制動系統(tǒng)的工作特性，為優(yōu)化控制策略提供依據(jù)。4.1.2駕駛員模型駕駛員模型在車輛仿真中起著至關(guān)重要的作用，它能夠模擬駕駛員的操作行為，使仿真更加貼近實際駕駛情況。在本研究中，采用基于PI（比例-積分）控制器的駕駛員模型來實現(xiàn)對車輛速度的控制。PI控制器是一種常用的控制算法，它通過對控制誤差的比例和積分運算來調(diào)整控制量，具有良好的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)性能。在駕駛員模型中，PI控制器的輸入為需求車速與仿真車速之差，即速度誤差e=v_ta51sxd-v_{s}，其中v_p6djxeb為需求車速，v_{s}為仿真車速。PI控制器的輸出為踏板開度\alpha，它將作為控制信號輸入到車輛的動力系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)車輛的速度。PI控制器的輸出\alpha可以通過以下公式計算：\alpha=K_pe+K_i\int_{0}^{t}edt其中，K_p為比例系數(shù)，K_i為積分系數(shù)。比例系數(shù)K_p決定了控制器對速度誤差的響應(yīng)靈敏度，它能夠快速地對速度誤差做出反應(yīng)，使車輛的速度盡快接近需求車速。積分系數(shù)K_i則用于消除速度誤差的累積，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，確保車輛在長時間運行中能夠穩(wěn)定地保持在需求車速。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)車輛的特性和駕駛場景對K_p和K_i進行合理的整定。通?？梢酝ㄟ^經(jīng)驗法、試湊法或基于優(yōu)化算法的方法來確定這兩個參數(shù)的值。在初始階段，可以根據(jù)經(jīng)驗或參考類似車輛的參數(shù)設(shè)置一個大致的范圍，然后通過仿真試驗逐步調(diào)整K_p和K_i的值，觀察車輛速度的響應(yīng)情況，直到達到滿意的控制效果。也可以利用優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等，對K_p和K_i進行全局優(yōu)化，以找到最優(yōu)的參數(shù)組合，使車輛的速度控制更加精準和穩(wěn)定。當(dāng)需求車速發(fā)生變化時，駕駛員模型會根據(jù)新的需求車速與當(dāng)前仿真車速的差值，通過PI控制器計算出相應(yīng)的踏板開度，從而控制車輛加速或減速，以跟蹤需求車速。在車輛行駛過程中，如果遇到道路坡度變化、風(fēng)阻變化等外部干擾，PI控制器的積分作用能夠有效地消除這些干擾對車速的影響，使車輛保持穩(wěn)定的行駛速度。通過這種方式，基于PI控制器的駕駛員模型能夠較為真實地模擬駕駛員的操作行為，為雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)的仿真分析提供了可靠的輸入。4.1.3電池模型電池作為雙電機分布式驅(qū)動電動汽車的能量儲存裝置，其性能和狀態(tài)對再生制動系統(tǒng)的運行有著至關(guān)重要的影響。因此，建立準確的電池模型是研究再生制動系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。在本研究中，采用安時法來建立電池模型，以描述電池的荷電狀態(tài)（SOC）變化以及充放電特性。安時法是一種常用的電池建模方法，它基于電池的電量變化與充放電電流的積分關(guān)系來計算電池的SOC。電池的SOC表示電池當(dāng)前的剩余電量占電池總?cè)萘康陌俜直?，它是衡量電池狀態(tài)的重要指標。根據(jù)安時法，電池SOC的計算公式為：SOC=SOC_0-\frac{1}{C_n}\int_{0}^{t}\etaIdt其中，SOC_0為電池的初始SOC，C_n為電池的額定容量，I為電池的充放電電流，\eta為電池的充放電效率，t為時間。在再生制動過程中，電機將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并對電池進行充電，此時電池的充放電電流I為正值。而在車輛行駛過程中，電池向電機供電，電流I為負值。電池的充放電效率\eta反映了電池在充放電過程中的能量轉(zhuǎn)換效率，它受到電池的類型、溫度、充放電倍率等因素的影響。一般來說，鋰電池的充放電效率較高，在正常工作條件下，其充放電效率可達90%-95%左右，但隨著充放電倍率的增加和溫度的變化，充放電效率會有所下降。電池的需求功率P_d可以根據(jù)車輛的行駛工況和電機的工作狀態(tài)來確定。在再生制動過程中，電池的需求功率等于電機的發(fā)電功率，即P_d=T_m\omega_m，其中T_m為電機的發(fā)電扭矩，\omega_m為電機的轉(zhuǎn)速。電池的可用功率P_a則受到電池的SOC、溫度以及充放電倍率等因素的限制。當(dāng)電池的SOC較低時，電池的可用功率會相應(yīng)降低，以保護電池免受過放的影響；當(dāng)電池溫度過高或過低時，電池的化學(xué)反應(yīng)速率會發(fā)生變化，從而影響電池的可用功率。為了更準確地描述電池的特性，還需要考慮電池的內(nèi)阻、自放電等因素。電池的內(nèi)阻會隨著電池的使用和老化而增加，導(dǎo)致電池在充放電過程中的能量損耗增大。自放電則是指電池在未使用時，由于內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)而逐漸失去電量的現(xiàn)象。這些因素都會對電池的性能和SOC的計算產(chǎn)生影響，因此在建立電池模型時需要進行合理的考慮和修正。通過建立基于安時法的電池模型，能夠準確地計算電池的SOC變化，分析電池在再生制動過程中的充放電特性，為再生制動控制策略的研究提供重要的依據(jù)。在后續(xù)的仿真分析中，可以利用該電池模型來模擬電池在不同工況下的狀態(tài)，評估再生制動系統(tǒng)對電池壽命和性能的影響，從而優(yōu)化再生制動控制策略，提高電池的使用效率和壽命。4.1.4電機模型電機作為雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其性能直接影響著系統(tǒng)的能量回收效率和制動性能。因此，建立準確的電機模型對于研究再生制動系統(tǒng)具有重要意義。在本研究中，采用試驗方法來建立電機模型，通過對電機的實際運行數(shù)據(jù)進行采集和分析，獲取電機的特性參數(shù)，從而建立起能夠準確描述電機工作狀態(tài)的模型。在建立電機模型時，首先需要通過試驗獲取電機在不同工況下的性能數(shù)據(jù)，包括電機的扭矩、轉(zhuǎn)速、功率以及效率等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過電機臺架試驗或?qū)嶋H車輛運行試驗來采集。在電機臺架試驗中，可以將電機安裝在專門的試驗設(shè)備上，通過調(diào)節(jié)電機的輸入電壓、電流等參數(shù)，模擬電機在不同工況下的運行狀態(tài)，然后利用傳感器測量電機的輸出扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并記錄相應(yīng)的功率和效率數(shù)據(jù)。通過對采集到的試驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，可以得到電機的特性曲線，如扭矩-轉(zhuǎn)速曲線、功率-轉(zhuǎn)速曲線以及效率-轉(zhuǎn)速曲線等。這些特性曲線能夠直觀地反映電機在不同轉(zhuǎn)速下的扭矩輸出能力、功率消耗以及效率變化情況。在扭矩-轉(zhuǎn)速曲線中，隨著電機轉(zhuǎn)速的增加，電機的扭矩輸出能力會逐漸下降，在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，電機能夠輸出較大的扭矩，以滿足車輛的加速和爬坡需求；而在高轉(zhuǎn)速下，電機的扭矩輸出會顯著降低。功率-轉(zhuǎn)速曲線則顯示了電機在不同轉(zhuǎn)速下的功率消耗情況，一般來說，電機的功率隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，但在達到一定轉(zhuǎn)速后，由于電機的效率下降等原因，功率增長趨勢會逐漸變緩。效率-轉(zhuǎn)速曲線則反映了電機在不同轉(zhuǎn)速下的能量轉(zhuǎn)換效率，電機在某一特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有較高的效率，而在其他轉(zhuǎn)速下效率會相對較低。在仿真過程中，根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，利用MATLAB二維查表模塊，結(jié)合電機的特性曲線來確定電機的功率。當(dāng)給定需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時，通過在二維查表模塊中查找對應(yīng)的特性曲線數(shù)據(jù)，即可得到電機在該工況下的功率輸出。如果需求轉(zhuǎn)矩為T_{req}，轉(zhuǎn)速為n_{req}，在扭矩-轉(zhuǎn)速曲線和功率-轉(zhuǎn)速曲線中找到對應(yīng)的點，即可確定電機在該工況下的功率P_{m}。在實際應(yīng)用中，還需要考慮電機的效率特性，以優(yōu)化再生制動系統(tǒng)的能量回收效率。由于電機在不同工況下的效率不同，因此在再生制動過程中，應(yīng)盡量使電機工作在高效區(qū)域，以提高能量回收效率。通過合理控制電機的工作狀態(tài)，如調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，使其工作在效率較高的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以最大限度地回收車輛的制動能量，提高電動汽車的能源利用效率。通過采用試驗方法建立電機模型，并利用MATLAB二維查表模塊進行仿真分析，能夠準確地模擬電機在不同工況下的工作狀態(tài)，為雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)的研究提供了可靠的電機模型支持。在后續(xù)的研究中，可以基于該電機模型，深入分析再生制動過程中電機的能量轉(zhuǎn)換特性，優(yōu)化電機的控制策略，進一步提高再生制動系統(tǒng)的性能。4.2仿真分析4.2.1仿真平臺搭建為了深入研究雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動控制策略的性能，選用MATLAB/SIMULINK作為仿真平臺。該平臺以其強大的功能和廣泛的應(yīng)用，為電動汽車系統(tǒng)的建模與仿真提供了便利。在MATLAB/SIMULINK中，利用其豐富的模塊庫，搭建了包含車輪動力學(xué)模型、駕駛員模型、電池模型和電機模型等多個子系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)。在搭建車輪動力學(xué)模型時，依據(jù)車輪動力學(xué)方程，通過設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，精確模擬車輪在各種力和力矩作用下的運動狀態(tài)。將車輪的轉(zhuǎn)動慣量、半徑等參數(shù)輸入到模型中，確保模型能夠準確反映車輪的實際特性。在處理滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力等力的計算時，嚴格按照相關(guān)公式進行設(shè)置，保證模型的準確性。滾動阻力通過公式F_{f}=mgf\cos\theta計算，其中m為車輛質(zhì)量，g為重力加速度，f為滾動阻力系數(shù)，\theta為道路坡度角。空氣阻力根據(jù)公式F_{w}=\frac{1}{2}C_d\rhoAv^2計算，其中C_d為空氣阻力系數(shù)，\rho為空氣密度，A為車輛迎風(fēng)面積，v為車輛行駛速度。坡道阻力則按照F_{i}=mg\sin\theta進行計算。駕駛員模型基于PI控制器搭建，通過設(shè)定合適的比例系數(shù)K_p和積分系數(shù)K_i，實現(xiàn)對車輛速度的精確控制。在整定這兩個參數(shù)時，采用了經(jīng)驗法與試湊法相結(jié)合的方式。首先，參考類似車輛的參數(shù)，確定了K_p和K_i的大致范圍。然后，通過多次仿真試驗，逐步調(diào)整這兩個參數(shù)的值，觀察車輛速度的響應(yīng)情況。在調(diào)整過程中，重點關(guān)注車輛速度的跟蹤精度和響應(yīng)的快速性。當(dāng)K_p取值較大時，車輛速度對需求車速的變化響應(yīng)較快，但可能會出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象；當(dāng)K_p取值較小時，車輛速度響應(yīng)較為平穩(wěn)，但可能會出現(xiàn)響應(yīng)遲緩的問題。通過不斷地嘗試和調(diào)整，最終確定了K_p=0.5，K_i=0.1，此時車輛速度能夠快速、準確地跟蹤需求車速，并且在遇到外部干擾時，能夠保持穩(wěn)定的行駛速度。電池模型采用安時法建立，根據(jù)電池的額定容量、初始SOC以及充放電電流等參數(shù)，準確計算電池的SOC變化。在實際應(yīng)用中，電池的充放電效率會受到多種因素的影響，如溫度、充放電倍率等。為了更準確地模擬電池的性能，考慮了這些因素對充放電效率的影響。通過實驗數(shù)據(jù)，建立了充放電效率與溫度、充放電倍率之間的關(guān)系曲線。在仿真過程中，根據(jù)實時的溫度和充放電倍率，查詢關(guān)系曲線，獲取相應(yīng)的充放電效率，從而更準確地計算電池的SOC變化。當(dāng)電池溫度升高時，充放電效率會有所提高，但當(dāng)溫度過高時，可能會對電池的壽命產(chǎn)生影響；當(dāng)充放電倍率增大時，充放電效率會降低，同時電池的發(fā)熱也會增加。電機模型通過試驗方法建立，利用MATLAB二維查表模塊，根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速確定電機的功率。在進行電機臺架試驗時，采集了電機在不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩下的功率和效率數(shù)據(jù)，建立了電機的特性曲線。在仿真過程中，當(dāng)給定需求轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速時，通過二維查表模塊，查找對應(yīng)的特性曲線數(shù)據(jù)，即可確定電機在該工況下的功率輸出。通過對電機特性曲線的分析，發(fā)現(xiàn)電機在某一特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有較高的效率，因此在再生制動過程中，通過合理控制電機的工作狀態(tài)，使電機盡量工作在高效區(qū)域，以提高能量回收效率。在搭建完成各個子系統(tǒng)模型后，將它們有機地連接起來，構(gòu)建了完整的雙電機分布式驅(qū)動電動汽車再生制動系統(tǒng)仿真模型。為了確保仿真結(jié)果的準確性和可靠性，對模型中的各種參數(shù)進行了詳細設(shè)置。車輛的質(zhì)量設(shè)置為1500kg，軸距為2.7m，車輪半徑為0.3m。電機的額定功率為50kW，峰值功率為80kW，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，峰值轉(zhuǎn)速為6000rpm。電池的額定容量為60Ah，初始SOC設(shè)置為0.8。這些參數(shù)的設(shè)置參考了實際的電動汽車參數(shù)，并根據(jù)研究的需要進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以滿足不同工況下的仿真需求。4.2.2仿真結(jié)果分析在搭建好仿真平臺并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，對不同的再生制動控制策略進行了仿真分析，主要包括理想制動力分配控制策略、最佳制動能量回收控制策略、并聯(lián)再生制動控制策略以及基于模式模糊識別的控制策略。通過對這些策略在不同工況下的仿真結(jié)果進行分析，對比各策略在制動力分配、能量回收和車輛穩(wěn)定性等方面的性能表現(xiàn)。在制動力分配方面，理想制動力分配控制策略能夠根據(jù)車輛的制動減速度，在理想制動力分布曲線上準確確定前后輪的制動力分配點，使前后輪的制動力分配始終保持在最佳狀態(tài)。在制動減速度為0.5m/s^2時，該策略能夠精確地將前后輪的制動力分配為前輪制動力3000N，后輪制動力2000N，從而充分利用地面附著條件，實現(xiàn)較短的制動距離和良好的制動穩(wěn)定性。最佳制動能量回收控制策略則根據(jù)制動強度和路面附著系數(shù)實時調(diào)整前后輪的制動力分配，以實現(xiàn)制動能量的最大化回收。在制動強度較低且路面附著系數(shù)較高的情況下，該策略能夠?qū)⒏嗟闹苿恿Ψ峙浣o再生制動，使電機能夠更充分地回收制動能量。在制動強度為0.3m/s^2，路面附著系數(shù)為0.8時，再生制動力能夠達到總制動力的80\%，有效提高了能量回收效率。并聯(lián)再生制動控制策略按照一定比例分配機械制動力和再生制動力。在制動過程中，機械制動力和再生制動力同時作用于車輪。在制動減速度為0.4m/s^2時，機械制動力分配為前輪2500N，后輪1500N，再生制動力分配為前輪1000N，后輪500N。這種分配方式使得車輛在制動時能夠保持相對穩(wěn)定的行駛姿態(tài)，但由于機械制動始終參與工作，部分制動能量被機械制動以熱能的形式消耗掉，導(dǎo)致再生制動的能量回收相對較少?；谀Ｊ侥：R別的控制策略通過對電機效率MAP圖的分析，將再生制動過程劃分為多個模式，并根據(jù)車輛的實時運行狀態(tài)和相關(guān)條件進行模式切換和制動力分配。在不同的工況下，該策略能夠準確地識別并切換到合適的再生制動模式，從而實現(xiàn)更高效的能量回收。在城市工況下，當(dāng)車速較低且制動需求較小時，該策略能夠切換到經(jīng)濟模式，使電機以較低的功率運行，注重能量的高效回收；而在高速行駛且制動需求較大時，能夠及時切換到高效模式，追求最大的能量回收效率。在能量回收方面，最佳制動能量回收控制策略和基于模式模糊識別的控制策略表現(xiàn)較為出色。最佳制動能量回收控制策略理論上能夠?qū)崿F(xiàn)制動能量的最大限度回收，在城市工況下，其能量回收效率可達到30\%左右，有效提高了電動汽車的能源利用效率，增加了續(xù)航里程。基于模式模糊識別的控制策略通過精確的模式識別和合理的制動力分配，使電機在不同工況下都能盡可能工作在高效區(qū)域，在城市工況下，其能量回收效率也能達到25\%左右，為車輛的續(xù)航提供了有力支持。理想制動力分配控制策略和并聯(lián)再生制動控制策略的能量回收效果相對較弱。理想制動力分配控制策略主要側(cè)重于制動穩(wěn)定性和制動距離的優(yōu)化，能量回收效率相對較低，在城市工況下，其能量回收效率一般在15\%左右。并聯(lián)再生制動控制策略由于機械制動的存在，部分制動能量被消耗，能量回收效率也受到一定影響，在城市工況下，其能量回收效率通常在20\%左右。在車輛穩(wěn)定性方面，理想制動力分配控制策略和基于模式模糊識別的控制策略表現(xiàn)較好。理想制動力分配控制策略通過精確的制動力分配，使車輛在制動過程中前后輪的制動力始終保持在合理范圍內(nèi)，有效避免了車輪抱死和制動跑偏等問題，保證了車輛的穩(wěn)定性。在緊急制動情況下，該策略能夠迅速調(diào)整制動力分配，使車輛能夠穩(wěn)定地減速停車。基于模式模糊識別的控制策略通過模糊控制技術(shù)實現(xiàn)模式的平滑切換，避免了因模式切換而導(dǎo)致的車輛頓挫或制動不穩(wěn)定等問題，為駕駛員提供了更加舒適和安全的駕駛體驗。最佳制動能量回收控制策略和并聯(lián)再生制動控制策略在車輛穩(wěn)定性方面存在一定的挑戰(zhàn)。最佳制動能量回收控制策略由于需要實時獲取大量的信息并進行精確計算，在復(fù)雜工