基于模型预测控制的电动汽车复合制动协调控制策略研究.pdf

摘要

近些年来，随着汽车工业的快速发展，传统汽车对环境的污染以及资源枯竭问

题的不断加剧。新能源电动汽车因其节能，并且零污染逐渐走向大众的视野，但是

因其电池成本和续航里程的弊端严重阻碍了电动汽车发展。而再生制动技术作为

电动汽车的关键技术，通过回收制动能量并转化为电能储存，不仅提升了电动汽车

的续航里程，还减少了传统制动系统的磨损，增强了制动的安全性和舒适度。

本文以前轮驱动的纯电动汽车为研究对象，围绕制动力合理分配，确保行车安

全，提高能量回收效率等问题进行研究，针对这一系列的问题，设计了一种基于模

型预测控制的纯电动汽车制动力矩分配系统，本文的主要研究内容为：

（1）通过分析制动的发展历程以及优势选取线控制动系统为研究对象，再分

析该制动系统的结构和工作原理。深入分析了电动汽车的制动及行驶动力学特性，

利用魔术轮胎公式揭示了轮胎与地面的相互作用，并探讨了滑移率与路面附着系

数的关系，为提升制动性能与行驶安全以及后续路面实时估算系统打下了理论基

础。

（2）为了使汽车能在各种路面上实现良好的制动效果，研究了六种不同路面

附着系数下路面附着系数与车轮滑移率的关系，并据此设计了一种实时估算路面

附着系数的系统。通过计算得到当前路面的峰值附着系数，来确定车辆的最佳滑移

率，并进行仿真验证其识别的准确性。

（3）分析理想制动力分配约束和ECE制动法规约束，设计了一种改进后的制

动力分配控制策略，针对不同制动强度的切换，以同时优化制动能量回收和制动稳

定性。基于改进后的制动力矩分配控制策略，进一步开发了以模型预测控制算法为

核心的制动能量回收控制系统，能够根据实际行驶工况实时调整制动策略，实现制

动能量回收的最大化，同时确保制动过程中的稳定性和舒适性。基于路面实时估算

系统估算得到的最佳滑移率，通过跟踪前后轮的滑移率，在保证汽车制动稳定性和

防抱死的同时，合理分配电动汽车前后轴电机和液压制动力，最大限度回收制动能

量。

（4）利用Matlab/Simulink和Cruise，分别搭建了本文设计的控制策略模型和

整车模型，进行联合仿真。在高附着路面上针对不同车速以及不同的制动强度，对

车速的跟踪，制动转矩的分配，滑移率的追踪控制以及制动能量的回收进行控制策

略可行性验证，其次在新欧洲道路循环工况（NewEuropeanDrivingCycle，NEDC），

与Cruise自带的控制策略做对比，证实了所提出的模型预测控制在制动力矩分配

和能量回收方面的优越性。

关键词：复合制动，滑移率，模型预测控制，制动力矩分配，能量回收

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftheautomobileindustryinrecentyears,theproblem

ofenvironmentalpollutionandresourcedepletionoftraditionalautomobileshasbeen

increasing.Newenergyelectricvehiclesaregraduallymovingtowardsthepublicsvision

becauseoftheirenergysavingandzeropollution,butthedevelopmentofelectricvehicles

isseriouslyhinderedbytheirbatterycostanddrivingrange.Regenerativebraking

technologyisakeytechnologyofelectricvehiclenotonlyimprovesthedrivingrangeof

electricvehiclesbyrecyclingbrakingenergyandconvertingitintoelectricenergystorage,

butalsoreducesthewearoftraditionalbrakingsystemandenhancesthesafetyand

comforto