伴随着节能减排政策的推广,绿色出行理念深入人心,高效零污染的电动汽车的普及势在必行。虽然电动汽车的充电设施正在逐步完善,但其电池成本、续驶里程的弊端尚不能很好解决。制动能量回收技术属于电动汽车节能环保的关键技术,不但能够回收制动能量提升续驶里程,还能提供一定的制动力矩,减少传统制动系统的磨损和热衰退,提高制动效能及安全性。而合理完善的控制技术是电动汽车安全制动条件下实现能量回收最大化的保障,制动能量回收控制系统的研究具有重要的理论意义和实际的工程应用价值,无论是车企还是相关科研机构都加大了研发力度。然而制动能量回收系统中的控制问题是很复杂的,属于多目标多约束优化问题,工程中实际应用的控制方法并没有达到理想的效果。本文围绕提高能量回收效果、合理分配整车制动力、保证制动安全稳定等核心问题进行研究,针对这些复杂的控制问题,设计了基于模型预测控制的轮毂电驱动汽车制动能量回收控制系统。模型预测控制算法在处理多目标多约束问题方面拥有很大的优势。制动能量回收系统的核心控制问题是分配汽车前后轴制动力,以及协调控制电机和液压制动力,达到安全稳定制动的前提下回收尽可能多能量的目的。为了保证整车制动的制动效能和稳定性,文中引入汽车制动力理想分配曲线和ECE法规限制;车辆制动执行机构存在物理限制,加入了电机和液压制动转矩最大值约束;电机在转速很低时发电能力有限,因此考虑了电机再生制动的转速下限值约束。此外,电池充电SOC上限值约束作为外部阀值约束在模型预测控制算法外部实现。电机和液压制动系统在合理选取的目标函数的作用下协同工作,使得整车能够满足驾驶员制动需求,在制动安全稳定的情况下提高能量回收能力。最后在AMESim环境中搭建的四轮轮毂电驱动汽车高精度整车模型上,验证了所设计控制系统的有效性和优势。本文的主要内容:1.本文首先针对四轮轮毂电驱动汽车的结构特点和动力学方程,在AMESim环境中建立了整车动力学模型。着重对模型中的关键部件进行了参数匹配和动态性能分析,通过仿真标定选定的电机效率map图,应用在模型预测控制系统中,用于实时得到电机当前发电效率进而优化电机的制动转矩;利用真实实验数据证实所选用电池模型的充放电特性符合实际情况;分析了液压制动系统的动态响应效果;最后进行了整车模型功能及动力学合理性验证,模型中考虑了电机制动和液压制动转矩的输出时延的影响,更好的模拟工程实际情况。2.针对制动能量回收系统的特殊性,综合考虑电机发电特性、蓄电池安全充电、制动安全性等因素,引入模型预测算法滚动优化控制的思想,设计基于模型预测控制的制动能量回收控制系统。建立了控制系统的动力学模型,对制动转矩进行集成控制;选定的目标函数包括需求制动转矩的跟踪、能量回收效率及制动转矩波动,分别用于满足驾驶员制动需求、回收能量最大化及良好的制动舒适性;考虑了电机最大制动转矩的时变约束和液压最大制动转矩约束,同时加入了ECE制动法规和电机发电最低转速的限制,并在模型预测控制算法外部加入电池充电最高SOC约束。3.针对控制系统对仿真平台的需求,提出AMESim和Matlab/Simulink联合仿真解决方案。所设计的控制系统在Simulink中实现,结合二者各自的优点建立仿真工况,对所设计模型预测控制系统的制动安全性、稳定性、舒适性、能量回收效果进行仿真测试,验证控制系统有效性,最后通过与制动能量回收模糊控制系统的仿真对比实验,证实模型预测控制的应用能够大幅度提升制动能量回收率。