基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略：理論、仿真與實(shí)踐探索

基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略：理論、仿真與實(shí)踐探索一、引言1.1研究背景與意義隨著全球汽車保有量的持續(xù)攀升，傳統(tǒng)燃油汽車帶來(lái)的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻。石油作為傳統(tǒng)汽車的主要能源，屬于不可再生資源，其儲(chǔ)量正逐漸減少，對(duì)石油的過(guò)度依賴使各國(guó)面臨著能源安全的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，傳統(tǒng)燃油汽車尾氣中含有大量的有害物質(zhì)，如一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）等，這些污染物不僅對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重破壞，引發(fā)霧霾等環(huán)境問(wèn)題，還對(duì)人體健康產(chǎn)生極大危害，增加了呼吸系統(tǒng)疾病和心血管疾病的發(fā)病率。在這樣的背景下，發(fā)展新能源汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的必然趨勢(shì)。純電動(dòng)汽車以其零排放、低噪音、高效率等顯著優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展重點(diǎn)。與傳統(tǒng)燃油汽車不同，純電動(dòng)汽車采用電力驅(qū)動(dòng)，在行駛過(guò)程中不產(chǎn)生尾氣排放，從源頭上解決了環(huán)境污染問(wèn)題。同時(shí)，其能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高，能夠更有效地利用能源。然而，純電動(dòng)汽車的發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中續(xù)航里程不足是制約其大規(guī)模普及的關(guān)鍵因素之一。盡管電池技術(shù)在不斷進(jìn)步，但目前電池的能量密度和充電速度仍無(wú)法完全滿足用戶的需求，增加續(xù)航里程成為了純電動(dòng)汽車技術(shù)研發(fā)的重要目標(biāo)。再生制動(dòng)控制策略作為純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于提升車輛性能、增加續(xù)航里程具有至關(guān)重要的作用。在傳統(tǒng)汽車的制動(dòng)過(guò)程中，車輛的動(dòng)能通過(guò)摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能散發(fā)到大氣中，這部分能量被白白浪費(fèi)。而再生制動(dòng)技術(shù)則巧妙地利用電機(jī)的可逆性，在車輛制動(dòng)時(shí)將電機(jī)切換為發(fā)電狀態(tài)，把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并回饋到電池中進(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)了能量的回收再利用。這不僅提高了能源利用效率，減少了能量浪費(fèi)，還在一定程度上增加了車輛的續(xù)航里程，緩解了用戶的里程焦慮。再生制動(dòng)控制策略還能夠減少傳統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的使用頻率，降低機(jī)械部件的磨損和維修成本。機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)在長(zhǎng)期頻繁使用過(guò)程中，制動(dòng)片、制動(dòng)盤(pán)等部件容易磨損，需要定期更換，而再生制動(dòng)的應(yīng)用可以使這些部件的磨損程度大大降低，延長(zhǎng)其使用壽命，降低車輛的使用成本。此外，合理的再生制動(dòng)控制策略還可以提升制動(dòng)的舒適性和穩(wěn)定性，為駕駛員提供更加安全、舒適的駕駛體驗(yàn)。在制動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)精確控制再生制動(dòng)力的大小和分配，可以使車輛的減速過(guò)程更加平穩(wěn)，避免出現(xiàn)急剎車時(shí)的頓挫感，提高駕駛的舒適性；同時(shí)，再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同配合能夠更好地保證車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性，防止車輛在制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)情況，提高行車安全性。綜上所述，在能源危機(jī)和環(huán)境污染的雙重壓力下，發(fā)展純電動(dòng)汽車具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而再生制動(dòng)控制策略作為純電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一，對(duì)于提高車輛的能量利用效率、增加續(xù)航里程、降低使用成本以及提升駕駛安全性和舒適性等方面都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。深入研究基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略，并通過(guò)仿真對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，對(duì)于推動(dòng)純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，再生制動(dòng)技術(shù)作為純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵研究方向，在國(guó)內(nèi)外均取得了顯著進(jìn)展。在國(guó)外，歐美等地區(qū)的高校和科研機(jī)構(gòu)處于研究前沿。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)深入探索再生制動(dòng)能量回收效率的提升方法，通過(guò)優(yōu)化電機(jī)控制算法和能量管理策略，有效提高了制動(dòng)能量的回收比例，在制動(dòng)系統(tǒng)安全性研究方面，提出了多重冗余制動(dòng)方案，極大降低了制動(dòng)失效的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)際知名汽車制造商如特斯拉、寶馬、奔馳等也積極投身于再生制動(dòng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。特斯拉通過(guò)先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)和再生制動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了高效的能量回收，顯著增加了車輛的續(xù)航里程，其在ModelS和Model3等車型上應(yīng)用的再生制動(dòng)系統(tǒng)，能夠根據(jù)車輛行駛狀態(tài)和駕駛員制動(dòng)需求，精確調(diào)整再生制動(dòng)力，使能量回收效率達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平；寶馬則注重再生制動(dòng)與車輛動(dòng)力學(xué)的協(xié)同控制，通過(guò)智能底盤(pán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和舒適性的提升，其第五代eDrive電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，再生制動(dòng)功能與車輛的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)緊密配合，在保證高效能量回收的同時(shí)，確保了車輛在各種路況下的制動(dòng)安全性和操控穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)高校和科研機(jī)構(gòu)在再生制動(dòng)領(lǐng)域同樣成果豐碩。清華大學(xué)通過(guò)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)和電機(jī)特性的深入研究，提出了基于最優(yōu)能量回收的制動(dòng)力分配策略，在保障制動(dòng)安全的前提下，最大化了能量回收效率；北京理工大學(xué)研發(fā)了一套自適應(yīng)再生制動(dòng)控制策略，該策略能夠根據(jù)不同的駕駛工況和電池狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力分配，有效提升了再生制動(dòng)系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車制造商也在積極推動(dòng)再生制動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新。比亞迪在其多款純電動(dòng)車型中搭載了自主研發(fā)的再生制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)不斷優(yōu)化控制算法和硬件配置，提高了能量回收效果和車輛的整體性能；吉利汽車則與高校、科研機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，致力于解決再生制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，如制動(dòng)能量回收與電池壽命的平衡、再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同控制等。基于EMB制動(dòng)系統(tǒng)的研究，國(guó)外起步較早。美國(guó)LoralAircraftBrakingSystem公司最早提出EMB概念并應(yīng)用于A-10攻擊機(jī)，隨后美國(guó)Goodrich公司加大投入，推動(dòng)其在航空領(lǐng)域的發(fā)展，目前已在波音787、空客A220等機(jī)型上批量運(yùn)用。在汽車領(lǐng)域，德國(guó)的Bosch、Siemens、Teves，美國(guó)的TRW、Delphi等國(guó)際著名汽車零配件生產(chǎn)廠商相繼研發(fā)EMB產(chǎn)品，但受成本等因素限制，尚未實(shí)現(xiàn)大批量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)華伍股份針對(duì)新能源車輛潛在需求和制動(dòng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展開(kāi)EMB預(yù)研項(xiàng)目，已申請(qǐng)相關(guān)專利和軟件著作權(quán)，目前處于研發(fā)、機(jī)樣測(cè)試驗(yàn)證階段。盡管國(guó)內(nèi)外在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略及基于EMB制動(dòng)系統(tǒng)的研究上取得了一定成果，但仍存在諸多挑戰(zhàn)和問(wèn)題。不同控制策略在復(fù)雜工況下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高，再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同控制精度不足，影響制動(dòng)的安全性和舒適性；基于EMB的制動(dòng)系統(tǒng)成本較高，可靠性和耐久性還需進(jìn)一步驗(yàn)證，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。未來(lái)研究需聚焦于提高控制策略的智能化和自適應(yīng)能力，加強(qiáng)再生制動(dòng)系統(tǒng)與車輛其他系統(tǒng)的融合，降低EMB制動(dòng)系統(tǒng)成本，提高其可靠性和耐久性，以推動(dòng)純電動(dòng)汽車技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過(guò)對(duì)基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略的深入研究與仿真分析，開(kāi)發(fā)出一套高效、可靠且適應(yīng)多種復(fù)雜工況的再生制動(dòng)控制方案，以提升純電動(dòng)汽車的能量回收效率和整體性能，具體研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)原理分析：詳細(xì)剖析基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，深入研究EMB制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作特性以及其與純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等的協(xié)同工作機(jī)制。分析在不同制動(dòng)工況下，EMB系統(tǒng)如何將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并實(shí)現(xiàn)回收，明確再生制動(dòng)過(guò)程中能量的流動(dòng)和轉(zhuǎn)換路徑，為后續(xù)控制策略的設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何準(zhǔn)確把握EMB系統(tǒng)與純電動(dòng)汽車其他系統(tǒng)之間的相互影響關(guān)系，確保系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。再生制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)：綜合考慮車輛行駛狀態(tài)、駕駛員制動(dòng)意圖、電池狀態(tài)以及道路條件等多方面因素，設(shè)計(jì)一種智能、自適應(yīng)的再生制動(dòng)控制策略。運(yùn)用先進(jìn)的控制理論和算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力的合理分配，在保證制動(dòng)安全性和舒適性的前提下，最大化能量回收效率。針對(duì)不同的駕駛場(chǎng)景，如城市擁堵路況、高速公路行駛、坡道行駛等，制定相應(yīng)的制動(dòng)力分配規(guī)則和控制策略，使車輛能夠根據(jù)實(shí)際工況自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力分配，提高再生制動(dòng)系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。關(guān)鍵在于如何建立精確的控制模型，準(zhǔn)確識(shí)別駕駛員意圖和車輛行駛狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的最優(yōu)分配。純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力學(xué)模型與再生制動(dòng)系統(tǒng)模型建立：利用多體動(dòng)力學(xué)理論和數(shù)學(xué)建模方法，建立包含車輛動(dòng)力學(xué)、電機(jī)特性、電池特性以及EMB制動(dòng)系統(tǒng)特性的純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力學(xué)模型。在MATLAB/Simulink、ADAMS等仿真平臺(tái)上搭建再生制動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定和驗(yàn)證，確保模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際車輛的運(yùn)行特性。通過(guò)建立模型，模擬不同工況下車輛的制動(dòng)過(guò)程，分析再生制動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，如能量回收效率、制動(dòng)距離、制動(dòng)穩(wěn)定性等。關(guān)鍵是如何提高模型的準(zhǔn)確性和仿真精度，使其能夠真實(shí)反映車輛在各種復(fù)雜工況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)?？刂撇呗苑抡骝?yàn)證與優(yōu)化：基于所建立的仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)的再生制動(dòng)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。模擬不同的駕駛工況和制動(dòng)條件，如不同的車速、制動(dòng)強(qiáng)度、路面附著系數(shù)等，分析控制策略在各種情況下的性能表現(xiàn)，評(píng)估能量回收效率、制動(dòng)安全性和舒適性等指標(biāo)。根據(jù)仿真結(jié)果，對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化、算法改進(jìn)等手段，進(jìn)一步提高控制策略的性能。同時(shí)，對(duì)比分析不同控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。重點(diǎn)在于如何通過(guò)仿真結(jié)果準(zhǔn)確評(píng)估控制策略的性能，找出存在的問(wèn)題并進(jìn)行有效優(yōu)化。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用理論分析、仿真建模和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多種方法，確保研究的科學(xué)性、可靠性和實(shí)用性。理論分析：深入研究純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，剖析基于EMB的制動(dòng)系統(tǒng)與車輛其他系統(tǒng)的協(xié)同工作機(jī)制。運(yùn)用車輛動(dòng)力學(xué)、電機(jī)控制理論、電池特性等相關(guān)知識(shí)，對(duì)再生制動(dòng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換、制動(dòng)力分配等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析，為后續(xù)的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。仿真建模：借助MATLAB/Simulink、ADAMS等專業(yè)仿真軟件，建立純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力學(xué)模型以及再生制動(dòng)系統(tǒng)模型。在建模過(guò)程中，充分考慮車輛的各種參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行工況，對(duì)模型進(jìn)行精確的參數(shù)標(biāo)定和驗(yàn)證，使其能夠準(zhǔn)確反映車輛的實(shí)際運(yùn)行特性。通過(guò)仿真模型，對(duì)不同的再生制動(dòng)控制策略進(jìn)行模擬和分析，評(píng)估控制策略的性能指標(biāo)，如能量回收效率、制動(dòng)距離、制動(dòng)穩(wěn)定性等，為控制策略的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：搭建純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)際的制動(dòng)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，采集車輛的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如車速、制動(dòng)力、電池電壓和電流等，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和有效性。技術(shù)路線是研究工作的脈絡(luò)和指引，清晰地展示了研究的步驟和方向。本研究的技術(shù)路線如下：需求分析與理論研究：對(duì)純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的需求進(jìn)行深入分析，研究基于EMB的制動(dòng)系統(tǒng)原理和工作特性，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)。模型建立：利用多體動(dòng)力學(xué)理論和數(shù)學(xué)建模方法，建立純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力學(xué)模型，包括車輛動(dòng)力學(xué)、電機(jī)特性、電池特性以及EMB制動(dòng)系統(tǒng)特性等模塊。在仿真平臺(tái)上搭建再生制動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行精確標(biāo)定和驗(yàn)證?？刂撇呗栽O(shè)計(jì)：綜合考慮車輛行駛狀態(tài)、駕駛員制動(dòng)意圖、電池狀態(tài)以及道路條件等因素，設(shè)計(jì)基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)算法的再生制動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)力與機(jī)械制動(dòng)力的合理分配。仿真分析與優(yōu)化：基于建立的仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)的再生制動(dòng)控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。模擬不同的駕駛工況和制動(dòng)條件，分析控制策略的性能表現(xiàn)，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化、算法改進(jìn)等手段，提高控制策略的性能。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)車制動(dòng)實(shí)驗(yàn)，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和有效性。結(jié)果分析與總結(jié)：對(duì)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，總結(jié)研究成果，撰寫(xiě)研究報(bào)告和學(xué)術(shù)論文，為純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)技術(shù)的發(fā)展提供參考和借鑒。二、純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)與EMB系統(tǒng)原理2.1純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)原理純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)原理基于電機(jī)的可逆運(yùn)行特性，其核心在于實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)能與電能之間的高效轉(zhuǎn)換。在車輛正常行駛過(guò)程中，電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，將電池儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，為車輛提供前進(jìn)的動(dòng)力。而當(dāng)駕駛員實(shí)施制動(dòng)操作時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變，從驅(qū)動(dòng)模式切換為發(fā)電模式。此時(shí)，車輛的慣性帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，由于電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，電機(jī)繞組中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生電流，這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化。產(chǎn)生的電能通過(guò)電力電子裝置（如逆變器）進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電后，回饋到電池中進(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用。這種能量回收機(jī)制有效減少了制動(dòng)過(guò)程中能量的浪費(fèi)，提高了能源利用效率。在再生制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)力的產(chǎn)生是通過(guò)電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)的。該電磁轉(zhuǎn)矩與車輛行駛方向相反，從而對(duì)車輛起到制動(dòng)作用。制動(dòng)力的大小可以通過(guò)控制電機(jī)的電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這使得再生制動(dòng)系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際的制動(dòng)需求，精確地調(diào)整制動(dòng)力的大小，以滿足不同駕駛工況下的制動(dòng)要求。制動(dòng)能量回收對(duì)純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和能量利用效率有著顯著的影響。從續(xù)航里程方面來(lái)看，回收的制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存于電池中，增加了電池的可用電量，這部分額外的電量可以在后續(xù)的行駛過(guò)程中為車輛提供動(dòng)力支持，從而延長(zhǎng)了車輛的續(xù)航里程。相關(guān)研究表明，在城市綜合工況下，具備高效再生制動(dòng)系統(tǒng)的純電動(dòng)汽車，其續(xù)航里程能夠提升10%-30%。例如，在頻繁啟停的城市交通中，車輛制動(dòng)頻繁，再生制動(dòng)系統(tǒng)能夠有效地回收大量制動(dòng)能量，這些回收的能量可支持車輛行駛更長(zhǎng)的距離，顯著緩解了純電動(dòng)汽車在城市行駛中的續(xù)航焦慮問(wèn)題。在能量利用效率方面，傳統(tǒng)汽車在制動(dòng)時(shí)，車輛的動(dòng)能通過(guò)摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能而散失，這部分能量被白白浪費(fèi)，導(dǎo)致能源利用效率低下。而純電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)將制動(dòng)能量回收再利用，避免了能量的無(wú)謂損耗，使車輛在制動(dòng)過(guò)程中能夠?qū)⒃颈焕速M(fèi)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，從而提高了整個(gè)車輛系統(tǒng)的能量利用效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用再生制動(dòng)技術(shù)后，純電動(dòng)汽車的能量利用效率相比未采用該技術(shù)的車輛可提高15%-25%。這不僅體現(xiàn)了再生制動(dòng)技術(shù)在節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，也有助于降低車輛的運(yùn)行成本，推動(dòng)純電動(dòng)汽車技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。2.2EMB系統(tǒng)工作原理與結(jié)構(gòu)EMB系統(tǒng)主要由電源、制動(dòng)踏板、制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)功能。電源作為系統(tǒng)的能量來(lái)源，為整個(gè)EMB系統(tǒng)提供電力支持，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。制動(dòng)踏板是駕駛員與系統(tǒng)交互的關(guān)鍵部件，駕駛員通過(guò)踩下制動(dòng)踏板來(lái)傳達(dá)制動(dòng)意圖。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板位置傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)踏板的位移和力的大小，并將這些信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是EMB系統(tǒng)的核心執(zhí)行部件，其主要作用是將控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)。該機(jī)構(gòu)通常由電機(jī)、減速裝置和制動(dòng)卡鉗等組成。電機(jī)在接收到控制系統(tǒng)的指令后開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)減速裝置將電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為低轉(zhuǎn)速、高扭矩的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)制動(dòng)卡鉗工作。制動(dòng)卡鉗通過(guò)夾緊制動(dòng)盤(pán)，產(chǎn)生摩擦力，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的制動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)則是EMB系統(tǒng)的“大腦”，它負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行精確控制和協(xié)調(diào)?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)接收來(lái)自制動(dòng)踏板位置傳感器、輪速傳感器、車輛加速度傳感器等多種傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取車輛的行駛狀態(tài)和駕駛員的制動(dòng)意圖。基于這些信息，控制系統(tǒng)運(yùn)用先進(jìn)的控制算法，計(jì)算出每個(gè)車輪所需的制動(dòng)力，并向制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令，確保車輛在制動(dòng)過(guò)程中保持穩(wěn)定和安全。EMB系統(tǒng)的工作原理基于電子信號(hào)控制，摒棄了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中復(fù)雜的液壓管路和液壓元件，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)系統(tǒng)的電子化和智能化。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板位置傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)接收到的信號(hào)，結(jié)合車輛的行駛狀態(tài)信息，如車速、輪速、加速度等，通過(guò)預(yù)設(shè)的控制算法計(jì)算出每個(gè)車輪所需的制動(dòng)力大小。然后，控制系統(tǒng)向相應(yīng)車輪的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)通過(guò)減速裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)制動(dòng)卡鉗夾緊制動(dòng)盤(pán)，產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輪減速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中，傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè)車輛的狀態(tài)，并將反饋信息實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)反饋信息對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以確保制動(dòng)的穩(wěn)定性和安全性。與傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，EMB系統(tǒng)具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。在響應(yīng)速度方面，傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)由于液壓油的流動(dòng)存在一定的延遲，導(dǎo)致制動(dòng)響應(yīng)速度較慢。而EMB系統(tǒng)通過(guò)電子信號(hào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)指令的快速傳輸和響應(yīng)，大大縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。研究表明，傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間通常在150-300ms之間，而EMB系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可縮短至80-120ms，能夠在緊急制動(dòng)情況下更快地使車輛減速，有效減少制動(dòng)距離，提高行車安全性。在制動(dòng)力分配方面，傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓管路來(lái)分配制動(dòng)力，這種方式在不同路面條件和車輛負(fù)載情況下，難以實(shí)現(xiàn)精確的制動(dòng)力分配。而EMB系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如車速、轉(zhuǎn)向角度、路面附著系數(shù)等，精確計(jì)算并實(shí)時(shí)調(diào)整每個(gè)車輪的制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的最優(yōu)分配。在車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，EMB系統(tǒng)能夠根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向角度和離心力，自動(dòng)增加外側(cè)車輪的制動(dòng)力，減少內(nèi)側(cè)車輪的制動(dòng)力，從而有效提高車輛的操控穩(wěn)定性，防止車輛發(fā)生側(cè)滑或甩尾等危險(xiǎn)情況。EMB系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。由于取消了復(fù)雜的液壓管路和液壓元件，EMB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，重量減輕，這不僅有助于提高車輛的能源利用效率，還為車輛的設(shè)計(jì)和布局提供了更大的靈活性。此外，EMB系統(tǒng)能夠方便地與車輛的其他電子控制系統(tǒng)，如電子穩(wěn)定程序（ESP）、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的車輛控制功能，提升車輛的智能化水平。2.3EMB在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)中的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，EMB在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)中展現(xiàn)出多方面的顯著優(yōu)勢(shì)，為提升再生制動(dòng)性能提供了有力支持。響應(yīng)迅速是EMB的突出優(yōu)勢(shì)之一。在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中，液壓油的傳輸需要一定時(shí)間，導(dǎo)致制動(dòng)響應(yīng)存在延遲。而EMB通過(guò)電子信號(hào)控制，能夠瞬間將制動(dòng)指令傳達(dá)至制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，極大地縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。在緊急制動(dòng)情況下，傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)從駕駛員踩下制動(dòng)踏板到制動(dòng)力完全作用于車輪，通常需要150-300ms的時(shí)間，這在高速行駛或突發(fā)危險(xiǎn)狀況下，可能會(huì)使制動(dòng)距離增加，從而降低行車安全性。相比之下，EMB系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可縮短至80-120ms，能夠更快速地對(duì)駕駛員的制動(dòng)意圖做出反應(yīng)，使車輛在更短的時(shí)間內(nèi)減速，有效減少制動(dòng)距離，為駕駛員爭(zhēng)取更多的反應(yīng)時(shí)間，顯著提高了行車安全性。EMB的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，這是其另一大優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)包含大量復(fù)雜的液壓管路、液壓泵、制動(dòng)主缸等部件，這些部件不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和重量，還提高了系統(tǒng)的故障率和維護(hù)成本。而EMB取消了液壓管路，采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)制動(dòng)卡鉗的方式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，減少了大量的機(jī)械部件，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊、簡(jiǎn)潔。這種簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)不僅降低了系統(tǒng)的重量，有助于提高車輛的能源利用效率，還減少了部件之間的連接點(diǎn)和潛在的故障源，降低了系統(tǒng)的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化也使得EMB系統(tǒng)的安裝和維護(hù)更加方便，降低了維修成本和維修難度。精確的制動(dòng)控制是EMB在再生制動(dòng)中的又一關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。EMB系統(tǒng)的控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取車輛的各種運(yùn)行參數(shù)，如車速、輪速、加速度、轉(zhuǎn)向角度等，并根據(jù)這些參數(shù)精確計(jì)算每個(gè)車輪所需的制動(dòng)力。通過(guò)電子控制單元（ECU）對(duì)電機(jī)的精確控制，EMB可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)力的連續(xù)調(diào)節(jié)，使制動(dòng)力的分配更加合理，能夠根據(jù)不同的路面條件、車輛負(fù)載和行駛狀態(tài)，為每個(gè)車輪提供最適宜的制動(dòng)力。在濕滑路面上，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)難以精確控制制動(dòng)力，容易導(dǎo)致車輪抱死，引發(fā)車輛失控。而EMB系統(tǒng)可以根據(jù)路面的附著系數(shù)和車輛的行駛狀態(tài)，精確調(diào)整每個(gè)車輪的制動(dòng)力，避免車輪抱死，保持車輛的穩(wěn)定性和操控性。這種精確的制動(dòng)控制能力不僅提高了制動(dòng)的安全性和穩(wěn)定性，還能更好地實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同工作，在保證制動(dòng)效果的前提下，最大化地回收制動(dòng)能量，提高再生制動(dòng)的能量回收效率。EMB在提升再生制動(dòng)性能方面發(fā)揮著重要作用。在再生制動(dòng)過(guò)程中，EMB能夠快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)控制系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn)電機(jī)發(fā)電模式與制動(dòng)模式的快速切換，確保制動(dòng)能量的高效回收。其精確的制動(dòng)力控制能力可以根據(jù)電池的狀態(tài)和車輛的行駛需求，合理分配再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力，避免再生制動(dòng)力過(guò)大對(duì)電池造成損害，同時(shí)保證車輛的制動(dòng)性能不受影響。EMB還可以與車輛的其他電子控制系統(tǒng)，如電池管理系統(tǒng)、車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)等進(jìn)行深度集成，實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同控制，進(jìn)一步優(yōu)化再生制動(dòng)過(guò)程，提高車輛的整體性能。三、基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)3.1控制策略設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則控制策略的設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則是確保基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，對(duì)于提升車輛性能和用戶體驗(yàn)具有重要意義。提高制動(dòng)穩(wěn)定性是控制策略設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。在制動(dòng)過(guò)程中，車輛的穩(wěn)定性直接關(guān)系到行車安全。由于純電動(dòng)汽車的質(zhì)量分布和動(dòng)力特性與傳統(tǒng)燃油汽車有所不同，制動(dòng)時(shí)容易出現(xiàn)車輪抱死、側(cè)滑等不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，控制策略需要通過(guò)精確的制動(dòng)力分配，根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)、路面附著系數(shù)等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整每個(gè)車輪的制動(dòng)力，確保車輛在制動(dòng)過(guò)程中保持良好的行駛姿態(tài)，避免出現(xiàn)失控情況。在高速行駛時(shí)制動(dòng)，控制策略應(yīng)能自動(dòng)增加前輪的制動(dòng)力，以防止車輛出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象；在濕滑路面制動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)路面的實(shí)際情況，合理降低制動(dòng)力，避免車輪抱死，保持車輛的轉(zhuǎn)向能力。最大化能量回收效率是控制策略設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)之一。再生制動(dòng)的核心目的是回收車輛制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)，以增加車輛的續(xù)航里程?？刂撇呗孕枰C合考慮電機(jī)的發(fā)電效率、電池的充電狀態(tài)等因素，優(yōu)化再生制動(dòng)力的大小和作用時(shí)間。通過(guò)精確的控制算法，使電機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中始終工作在高效發(fā)電區(qū)域，同時(shí)確保電池能夠安全、有效地接收回收的電能。在電池電量較低且制動(dòng)需求較小時(shí)，適當(dāng)增加再生制動(dòng)力，提高能量回收效率；而當(dāng)電池電量接近滿充或制動(dòng)需求較大時(shí)，合理調(diào)整再生制動(dòng)力，避免對(duì)電池造成損害。保障制動(dòng)安全是控制策略設(shè)計(jì)不可逾越的底線。制動(dòng)安全涉及到車輛和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，任何情況下都不能以犧牲安全為代價(jià)來(lái)追求能量回收或其他性能指標(biāo)?？刂撇呗孕枰邆渫晟频陌踩Ｗo(hù)機(jī)制，能夠在緊急制動(dòng)、系統(tǒng)故障等特殊情況下，迅速采取有效的措施，確保車輛能夠及時(shí)、可靠地停下來(lái)。當(dāng)檢測(cè)到制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，控制策略應(yīng)立即切換到備用制動(dòng)模式，如機(jī)械制動(dòng)或應(yīng)急制動(dòng)，以保證車輛的制動(dòng)能力；在緊急制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先保障制動(dòng)效果，暫時(shí)停止能量回收，確保車輛能夠在最短的距離內(nèi)制動(dòng)停車。穩(wěn)定性原則是控制策略設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。車輛在制動(dòng)過(guò)程中，穩(wěn)定性是首要考量因素?？刂撇呗詰?yīng)確保車輛在各種路況和制動(dòng)條件下都能保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，避免出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾、跑偏等不穩(wěn)定現(xiàn)象。這需要通過(guò)精確的制動(dòng)力分配和實(shí)時(shí)的車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向角度、車速、輪速等信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)車輪的制動(dòng)力，使車輛在制動(dòng)時(shí)能夠按照駕駛員的意圖行駛，保持穩(wěn)定的軌跡。高效性原則體現(xiàn)了再生制動(dòng)系統(tǒng)的核心價(jià)值?？刂撇呗詰?yīng)致力于提高能量回收效率，使車輛在制動(dòng)過(guò)程中盡可能多地將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)。這不僅有助于增加車輛的續(xù)航里程，還能提高能源利用效率，降低車輛的能耗。為實(shí)現(xiàn)這一原則，控制策略需要優(yōu)化再生制動(dòng)力的控制算法，充分考慮電機(jī)和電池的性能特性，使再生制動(dòng)系統(tǒng)在不同工況下都能高效運(yùn)行。在城市擁堵路況下，頻繁的制動(dòng)操作提供了更多的能量回收機(jī)會(huì)，控制策略應(yīng)能及時(shí)捕捉這些機(jī)會(huì)，合理調(diào)整再生制動(dòng)力，提高能量回收效率。可靠性原則是控制策略能夠?qū)嶋H應(yīng)用的保障?？刂撇呗运蕾嚨挠布O(shè)備和軟件算法都應(yīng)具備高可靠性，確保在車輛的整個(gè)使用壽命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。硬件方面，制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器等關(guān)鍵部件應(yīng)具有良好的耐久性和抗干擾能力；軟件方面，算法應(yīng)經(jīng)過(guò)充分的測(cè)試和驗(yàn)證，能夠準(zhǔn)確地處理各種輸入信號(hào)，做出正確的決策?？刂撇呗赃€應(yīng)具備故障診斷和容錯(cuò)能力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)檢測(cè)并采取相應(yīng)的措施，保證車輛的基本制動(dòng)功能不受影響，確保行車安全。3.2制動(dòng)力分配策略車輛制動(dòng)時(shí)的受力情況是制動(dòng)力分配策略設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，深入分析這些受力有助于實(shí)現(xiàn)合理的制動(dòng)力分配，保障制動(dòng)的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)車輛進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，主要受到地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力以及慣性力等的作用。地面制動(dòng)力是使車輛減速的外力，其大小取決于輪胎與地面之間的附著條件以及制動(dòng)器制動(dòng)力的大小。制動(dòng)器制動(dòng)力則是由制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦力，它作用于車輪，使車輪減速旋轉(zhuǎn)。慣性力是由于車輛的慣性在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的，其方向與車輛行駛方向相反，大小與車輛的質(zhì)量和加速度有關(guān)。在制動(dòng)過(guò)程中，車輛的前后軸載荷會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，由于慣性力的作用，車輛的重心會(huì)向前轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致前軸載荷增加，后軸載荷減少。這種載荷轉(zhuǎn)移會(huì)對(duì)前后軸的地面制動(dòng)力產(chǎn)生影響。前軸載荷的增加使得前軸的地面制動(dòng)力有增大的趨勢(shì)，而后軸載荷的減少則會(huì)使后軸的地面制動(dòng)力相應(yīng)減小。如果前后軸制動(dòng)力分配不合理，可能會(huì)導(dǎo)致前輪或后輪過(guò)早抱死，影響車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和操控性。當(dāng)前輪先抱死時(shí)，車輛將失去轉(zhuǎn)向能力，無(wú)法按照駕駛員的意圖改變行駛方向；而后輪先抱死時(shí)，車輛容易發(fā)生側(cè)滑甚至甩尾，嚴(yán)重危及行車安全。理想制動(dòng)力分配曲線（I曲線）是衡量制動(dòng)力分配合理性的重要依據(jù)。I曲線表示在不同制動(dòng)強(qiáng)度下，前后軸制動(dòng)力的理想分配關(guān)系，它基于車輛的動(dòng)力學(xué)原理推導(dǎo)得出，能夠保證在各種附著條件下，前后車輪同時(shí)達(dá)到抱死狀態(tài)，從而充分利用地面附著力，實(shí)現(xiàn)最短的制動(dòng)距離和最佳的制動(dòng)穩(wěn)定性。在實(shí)際制動(dòng)過(guò)程中，為了確保車輛的制動(dòng)安全性和穩(wěn)定性，制動(dòng)力的分配應(yīng)盡量接近I曲線。然而，由于車輛的實(shí)際運(yùn)行工況復(fù)雜多變，受到駕駛員操作、路面狀況、車輛載荷等多種因素的影響，很難完全按照I曲線進(jìn)行制動(dòng)力分配。歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）制定的制動(dòng)法規(guī)對(duì)車輛的制動(dòng)力分配提出了明確要求，以確保車輛在制動(dòng)過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。法規(guī)規(guī)定，在制動(dòng)強(qiáng)度滿足0.15≤z≤0.8的范圍內(nèi)，前軸利用附著系數(shù)曲線應(yīng)始終位于后軸利用附著系數(shù)曲線的上方。這意味著在制動(dòng)時(shí)，前軸的制動(dòng)力應(yīng)相對(duì)較大，以保證車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性，防止后輪先抱死導(dǎo)致側(cè)滑等危險(xiǎn)情況的發(fā)生。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z≥0.1+0.85(φ-0.2)時(shí)（其中φ為路面附著系數(shù)），車輛的制動(dòng)力分配必須滿足法規(guī)要求，以確保在不同路面條件下的制動(dòng)安全性。在0.3≤z≤0.5的范圍內(nèi)，如果后軸利用附著系數(shù)曲線不超過(guò)由公式φr=z+0.5所決定的直線，則允許后軸利用附著系數(shù)曲線位于前軸附著利用曲線之上。這些法規(guī)要求為制動(dòng)力分配策略的設(shè)計(jì)提供了重要的約束條件，確保車輛在各種制動(dòng)工況下都能滿足安全標(biāo)準(zhǔn)?；谏鲜龇治?，本研究設(shè)計(jì)的前后軸制動(dòng)力分配策略充分考慮了不同路況和駕駛工況的影響。在正常駕駛工況下，根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)速度、加速度、制動(dòng)踏板行程等信息，通過(guò)控制算法實(shí)時(shí)計(jì)算車輛的制動(dòng)需求，并根據(jù)理想制動(dòng)力分配曲線和ECE法規(guī)要求，確定前后軸的制動(dòng)力分配比例。當(dāng)車輛在干燥平坦路面上以較低速度行駛且制動(dòng)需求較小時(shí)，適當(dāng)增加后軸的再生制動(dòng)力，提高能量回收效率，同時(shí)保證前軸的制動(dòng)力滿足制動(dòng)穩(wěn)定性的要求；當(dāng)車輛高速行駛或制動(dòng)需求較大時(shí)，按照法規(guī)要求和理想制動(dòng)力分配曲線，合理增大前軸的制動(dòng)力，確保車輛能夠迅速、穩(wěn)定地制動(dòng)。在不同路況下，如濕滑路面、冰雪路面等，路面附著系數(shù)較低，車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性面臨更大挑戰(zhàn)。此時(shí)，制動(dòng)力分配策略需要根據(jù)路面狀況實(shí)時(shí)調(diào)整。通過(guò)輪速傳感器、加速度傳感器等設(shè)備獲取車輛的行駛狀態(tài)信息，利用路面識(shí)別算法估計(jì)路面附著系數(shù)。根據(jù)估計(jì)的路面附著系數(shù)，調(diào)整前后軸制動(dòng)力分配比例，降低制動(dòng)力的大小，避免車輪抱死。在濕滑路面上，適當(dāng)減小后軸的制動(dòng)力，增加前軸的制動(dòng)力，以提高車輛的抗側(cè)滑能力；在冰雪路面上，進(jìn)一步降低制動(dòng)力，并采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）等輔助裝置，確保車輛在制動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和操控性。在特殊駕駛工況下，如車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)，由于離心力的作用，車輛的內(nèi)側(cè)車輪和外側(cè)車輪的載荷分布會(huì)發(fā)生變化，且車輛的行駛方向和速度也在不斷變化。此時(shí)，制動(dòng)力分配策略需要綜合考慮車輛的轉(zhuǎn)向角度、車速、離心力等因素，對(duì)前后軸以及左右輪的制動(dòng)力進(jìn)行合理分配。增加外側(cè)車輪的制動(dòng)力，減小內(nèi)側(cè)車輪的制動(dòng)力，以平衡車輛的離心力，防止車輛在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑或失控。同時(shí)，根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)向意圖和行駛狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整制動(dòng)力的大小和方向，確保車輛能夠按照駕駛員的意圖安全、穩(wěn)定地行駛。3.3再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)協(xié)調(diào)控制策略在純電動(dòng)汽車的制動(dòng)過(guò)程中，再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制至關(guān)重要，其控制邏輯和切換機(jī)制需綜合考慮多個(gè)參數(shù)，以確保制動(dòng)的安全性、穩(wěn)定性和高效性。制動(dòng)強(qiáng)度是決定制動(dòng)力分配的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度較低時(shí)，車輛的制動(dòng)需求相對(duì)較小，此時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮再生制動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)先利用再生制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛減速。因?yàn)樵诘椭苿?dòng)強(qiáng)度下，再生制動(dòng)能夠高效地回收制動(dòng)能量，提高能源利用效率，同時(shí)減少機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的磨損。當(dāng)車輛在城市道路中以較低速度行駛，且駕駛員進(jìn)行輕微制動(dòng)操作時(shí)，如遇到前方車輛減速或紅燈提前制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度通常較低，此時(shí)再生制動(dòng)系統(tǒng)可提供主要的制動(dòng)力，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存起來(lái)。隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，當(dāng)再生制動(dòng)無(wú)法滿足車輛的制動(dòng)需求時(shí)，機(jī)械制動(dòng)需及時(shí)介入，與再生制動(dòng)協(xié)同工作。在緊急制動(dòng)或高速行駛時(shí)的制動(dòng)情況下，制動(dòng)強(qiáng)度較大，僅依靠再生制動(dòng)無(wú)法使車輛迅速減速至安全速度，此時(shí)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)必須迅速啟動(dòng)，與再生制動(dòng)共同提供足夠的制動(dòng)力，確保車輛能夠在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)停車，保障行車安全。在高速公路上，車輛以較高速度行駛，突然遇到緊急情況需要緊急制動(dòng)時(shí)，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)會(huì)立即響應(yīng)，與再生制動(dòng)系統(tǒng)協(xié)同作用，使車輛快速減速，避免發(fā)生碰撞事故。車速對(duì)再生制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制也有重要影響。在低速行駛時(shí)，電機(jī)的發(fā)電效率較低，再生制動(dòng)產(chǎn)生的制動(dòng)力相對(duì)較小，此時(shí)機(jī)械制動(dòng)在制動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮主要作用。當(dāng)車輛在停車場(chǎng)內(nèi)低速行駛或緩慢爬坡時(shí)，車速較低，再生制動(dòng)的效果有限，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)需要承擔(dān)主要的制動(dòng)任務(wù)，以確保車輛能夠平穩(wěn)停車或保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。而在高速行駛時(shí)，車輛具有較大的動(dòng)能，再生制動(dòng)能夠回收更多的能量，因此應(yīng)適當(dāng)增加再生制動(dòng)的比例。高速行駛時(shí)電機(jī)的發(fā)電效率較高，能夠更有效地將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)車輛在高速公路上以較高速度行駛，需要進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)可先提供一部分制動(dòng)力，回收部分動(dòng)能，同時(shí)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際制動(dòng)需求進(jìn)行配合，保證車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性。電池的荷電狀態(tài)（SOC）是再生制動(dòng)控制中不可忽視的參數(shù)。當(dāng)電池SOC較低時(shí)，為了提高車輛的續(xù)航里程，應(yīng)盡量增加再生制動(dòng)的能量回收，以補(bǔ)充電池電量。在電池SOC低于30%時(shí)，可適當(dāng)提高再生制動(dòng)的強(qiáng)度和時(shí)間，將更多的制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到電池中。然而，當(dāng)電池SOC較高時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行大量的能量回收可能會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)充，損害電池壽命。此時(shí)，應(yīng)減少再生制動(dòng)的作用，更多地依靠機(jī)械制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。當(dāng)電池SOC高于80%時(shí)，可降低再生制動(dòng)的比例，避免電池過(guò)充，確保電池的安全和使用壽命。為了實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的精確協(xié)調(diào)控制，還需建立合理的切換機(jī)制。當(dāng)車輛滿足再生制動(dòng)啟動(dòng)條件時(shí)，如制動(dòng)強(qiáng)度較低、車速適中、電池SOC允許等，控制系統(tǒng)將優(yōu)先啟動(dòng)再生制動(dòng)。在再生制動(dòng)過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的行駛狀態(tài)和制動(dòng)需求，當(dāng)檢測(cè)到再生制動(dòng)無(wú)法滿足制動(dòng)要求時(shí)，如制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大、車速過(guò)高或電池SOC達(dá)到上限等，將迅速切換到機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)協(xié)同工作模式，根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整兩者的制動(dòng)力分配比例。當(dāng)車輛制動(dòng)結(jié)束或制動(dòng)需求降低時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛狀態(tài)和參數(shù)，合理地停止再生制動(dòng)或減少機(jī)械制動(dòng)的參與，確保制動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)車輛的電子控制單元（ECU）來(lái)實(shí)現(xiàn)上述控制邏輯和切換機(jī)制。ECU通過(guò)采集制動(dòng)踏板行程傳感器、輪速傳感器、車速傳感器、電池管理系統(tǒng)等多個(gè)傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)獲取車輛的行駛狀態(tài)和制動(dòng)需求信息。根據(jù)這些信息，ECU運(yùn)用預(yù)設(shè)的控制算法，精確計(jì)算出再生制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)所需的制動(dòng)力，并向相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)調(diào)工作和無(wú)縫切換，從而為車輛提供安全、穩(wěn)定、高效的制動(dòng)性能。3.4基于智能算法的優(yōu)化控制策略為進(jìn)一步提升基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略的性能，引入粒子群優(yōu)化（PSO）、模糊控制等智能算法，對(duì)控制策略中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的制動(dòng)工況。粒子群優(yōu)化算法是一種基于群體智能的隨機(jī)優(yōu)化算法，其靈感來(lái)源于鳥(niǎo)群覓食等生物群體行為。在粒子群優(yōu)化算法中，每個(gè)粒子代表問(wèn)題的一個(gè)潛在解，粒子在解空間中以一定的速度飛行，其速度和位置根據(jù)自身的飛行經(jīng)驗(yàn)以及群體中其他粒子的飛行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。在再生制動(dòng)控制策略的優(yōu)化中，將制動(dòng)力分配系數(shù)、再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的切換閾值等關(guān)鍵參數(shù)作為粒子的位置變量。通過(guò)定義適應(yīng)度函數(shù)，如能量回收效率、制動(dòng)穩(wěn)定性指標(biāo)等，評(píng)估每個(gè)粒子所代表的解的優(yōu)劣。在每次迭代中，粒子根據(jù)自身歷史最優(yōu)位置和群體全局最優(yōu)位置更新速度和位置，不斷搜索更優(yōu)的參數(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)控制策略的優(yōu)化。在不同的制動(dòng)工況下，通過(guò)粒子群優(yōu)化算法不斷調(diào)整制動(dòng)力分配系數(shù)，使再生制動(dòng)系統(tǒng)在保證制動(dòng)安全的前提下，最大限度地提高能量回收效率。模糊控制是一種基于模糊邏輯的智能控制方法，它能夠有效地處理不確定性和模糊性問(wèn)題。在再生制動(dòng)控制策略中，模糊控制以制動(dòng)強(qiáng)度、車速、電池SOC等作為輸入變量，通過(guò)模糊化、模糊推理和去模糊化等步驟，確定再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力的分配比例。根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度的大小，將其模糊化為“弱”“中”“強(qiáng)”等模糊語(yǔ)言變量；車速可模糊化為“低速”“中速”“高速”；電池SOC可模糊化為“低”“中”“高”。通過(guò)建立模糊規(guī)則庫(kù)，如“如果制動(dòng)強(qiáng)度為弱且車速為低速且電池SOC為高，則再生制動(dòng)力比例為低”等規(guī)則，進(jìn)行模糊推理。最后，采用合適的去模糊化方法，如重心法，將模糊推理得到的結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的制動(dòng)力分配比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)的精確控制。在城市擁堵路況下，制動(dòng)強(qiáng)度和車速變化頻繁，模糊控制能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度、車速和電池SOC等信息，快速、準(zhǔn)確地調(diào)整制動(dòng)力分配，提高再生制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，同時(shí)保證制動(dòng)的舒適性和穩(wěn)定性。將粒子群優(yōu)化算法與模糊控制相結(jié)合，形成一種更先進(jìn)的優(yōu)化控制策略。利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)模糊控制中的模糊規(guī)則和隸屬度函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使模糊控制能夠更好地適應(yīng)不同的制動(dòng)工況。通過(guò)粒子群優(yōu)化算法搜索最優(yōu)的隸屬度函數(shù)參數(shù)，調(diào)整模糊語(yǔ)言變量的取值范圍和形狀，使模糊控制在不同的路況和駕駛條件下都能更準(zhǔn)確地判斷和決策。在不同路面附著系數(shù)的情況下，優(yōu)化后的模糊控制策略能夠根據(jù)粒子群優(yōu)化得到的參數(shù)，更合理地分配制動(dòng)力，提高車輛在不同路面上的制動(dòng)安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的能量回收效率。在實(shí)際應(yīng)用中，基于智能算法的優(yōu)化控制策略可通過(guò)車輛的電子控制單元（ECU）來(lái)實(shí)現(xiàn)。ECU實(shí)時(shí)采集車輛的各種傳感器數(shù)據(jù)，如制動(dòng)踏板行程、輪速、車速、電池SOC等，將這些數(shù)據(jù)作為智能算法的輸入。通過(guò)運(yùn)行粒子群優(yōu)化算法和模糊控制算法，ECU計(jì)算出最優(yōu)的制動(dòng)力分配方案，并向EMB系統(tǒng)和機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同工作和精確控制。通過(guò)智能算法的優(yōu)化，基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的制動(dòng)工況，提高能量回收效率，保障制動(dòng)安全，為純電動(dòng)汽車的發(fā)展提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。四、純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)仿真模型建立4.1仿真平臺(tái)選擇與介紹在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的研究中，仿真平臺(tái)的選擇對(duì)于準(zhǔn)確模擬系統(tǒng)性能和驗(yàn)證控制策略起著至關(guān)重要的作用。目前，常用的汽車系統(tǒng)仿真平臺(tái)有MATLAB/Simulink、ADVISOR等，它們各自具有獨(dú)特的功能和優(yōu)勢(shì)。MATLAB/Simulink是一款廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的仿真軟件，其在汽車系統(tǒng)仿真中展現(xiàn)出強(qiáng)大的功能。MATLAB擁有豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，能夠?yàn)槠囅到y(tǒng)的建模和分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的建模過(guò)程中，利用這些函數(shù)庫(kù)可以方便地進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)方程的求解、電機(jī)特性的分析以及電池模型的建立。通過(guò)數(shù)值計(jì)算和算法實(shí)現(xiàn)，能夠精確地模擬系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行狀態(tài)。Simulink采用直觀的模塊化圖形化建模方式，用戶可以通過(guò)拖拽模塊的方式快速搭建復(fù)雜的系統(tǒng)模型。在純電動(dòng)汽車的仿真中，可以將車輛的各個(gè)子系統(tǒng)，如動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等，分別用相應(yīng)的模塊表示，并通過(guò)連接模塊來(lái)定義它們之間的信號(hào)傳遞和相互作用關(guān)系。這種可視化的建模方式大大降低了建模的難度，提高了建模的效率，使得用戶能夠更加清晰地理解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。MATLAB/Simulink還具備強(qiáng)大的分析和優(yōu)化能力。通過(guò)設(shè)置不同的仿真參數(shù)和工況，可以對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面的評(píng)估和分析?？梢阅M不同的駕駛循環(huán)，如城市工況、高速公路工況等，分析系統(tǒng)在這些工況下的能量回收效率、制動(dòng)穩(wěn)定性等指標(biāo)。利用優(yōu)化工具，可以對(duì)控制策略中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到更好的系統(tǒng)性能。通過(guò)調(diào)整制動(dòng)力分配系數(shù)、再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的切換閾值等參數(shù)，尋找最優(yōu)的控制方案，提高系統(tǒng)的能量回收效率和制動(dòng)安全性。ADVISOR是一款專門(mén)用于電動(dòng)汽車仿真分析的軟件，由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）開(kāi)發(fā)。其車輛動(dòng)力學(xué)仿真功能能夠精確模擬電動(dòng)汽車在不同道路和駕駛條件下的動(dòng)力學(xué)行為，包括加速、減速、制動(dòng)等。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定車輛的各種參數(shù)，如質(zhì)量、輪胎尺寸、阻力系數(shù)等，使仿真結(jié)果更貼合實(shí)際車輛的性能表現(xiàn)。在模擬車輛制動(dòng)過(guò)程時(shí)，ADVISOR能夠準(zhǔn)確地計(jì)算制動(dòng)力的大小和分配，以及車輛的減速度和制動(dòng)距離，為再生制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。在能源管理和電池系統(tǒng)仿真方面，ADVISOR也表現(xiàn)出色。軟件內(nèi)置了多種能源管理策略，能夠模擬電動(dòng)汽車在不同駕駛模式和工況下的能源消耗和再生制動(dòng)過(guò)程。用戶可以通過(guò)對(duì)比不同策略下的能耗和性能表現(xiàn)，優(yōu)化能源管理方案，提高能源利用效率。ADVISOR提供了豐富的電池模型，可以模擬不同類型電池的充放電特性和性能衰減。用戶可以根據(jù)電池的實(shí)際參數(shù)設(shè)置模型，分析電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用效果，為電池的選型和管理提供參考。ADVISOR采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)自己的研究需求選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行仿真分析，具有很高的靈活性和可擴(kuò)展性。軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，用戶可以通過(guò)圖形化界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和仿真控制，無(wú)需編寫(xiě)復(fù)雜的代碼，降低了使用門(mén)檻，使得更多的研究人員和工程師能夠方便地使用該軟件進(jìn)行電動(dòng)汽車的仿真研究。綜合考慮本研究的需求和目標(biāo)，選擇MATLAB/Simulink作為主要的仿真平臺(tái)。本研究需要深入研究再生制動(dòng)控制策略的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，MATLAB豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)和強(qiáng)大的分析優(yōu)化能力能夠?yàn)榭刂撇呗缘难芯刻峁┯辛χС?。通過(guò)建立精確的數(shù)學(xué)模型和算法，利用MATLAB的計(jì)算和優(yōu)化功能，可以對(duì)控制策略進(jìn)行深入的分析和優(yōu)化，提高其性能。Simulink的模塊化圖形化建模方式便于建立復(fù)雜的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)模型，能夠直觀地展示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。盡管ADVISOR在電動(dòng)汽車仿真方面也有其優(yōu)勢(shì)，但MATLAB/Simulink在控制策略研究和系統(tǒng)建模方面的功能更能滿足本研究對(duì)再生制動(dòng)控制策略深入分析和優(yōu)化的需求，因此選擇MATLAB/Simulink作為主要仿真平臺(tái)能夠更好地實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)。4.2車輛動(dòng)力學(xué)模型建立車輛動(dòng)力學(xué)模型是研究純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確性直接影響到對(duì)車輛制動(dòng)性能的分析和控制策略的驗(yàn)證。在建立車輛動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，需全面考慮車身、輪胎、懸掛等多方面因素，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的精確模擬。車身動(dòng)力學(xué)模型主要基于牛頓第二定律和歐拉方程建立，以描述車輛在三維空間中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在縱向運(yùn)動(dòng)方面，車輛受到驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力以及各種阻力的作用。驅(qū)動(dòng)力由電機(jī)輸出扭矩通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞至車輪產(chǎn)生，制動(dòng)力則包括再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力，而阻力主要有滾動(dòng)阻力、空氣阻力和坡度阻力。滾動(dòng)阻力與輪胎和路面之間的摩擦系數(shù)以及車輛的重量有關(guān)，可表示為滾動(dòng)阻力系數(shù)與車輛重力在水平方向分力的乘積；空氣阻力與車輛的速度平方、空氣密度、車輛迎風(fēng)面積以及空氣阻力系數(shù)相關(guān)，其計(jì)算公式為F_{air}=\frac{1}{2}\rhov^{2}C_rxl5n97A，其中\(zhòng)rho為空氣密度，v為車速，C_xbnrlz9為空氣阻力系數(shù)，A為車輛迎風(fēng)面積；坡度阻力則取決于車輛的重量和道路坡度，可表示為車輛重力沿坡度方向的分力。根據(jù)牛頓第二定律，車輛縱向運(yùn)動(dòng)方程為F_{t}-F_-F_{r}-F_{air}-F_{i}=ma，其中F_{t}為驅(qū)動(dòng)力，F(xiàn)_為制動(dòng)力，F(xiàn)_{r}為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)_{i}為坡度阻力，m為車輛質(zhì)量，a為車輛加速度。在側(cè)向運(yùn)動(dòng)方面，車輛受到側(cè)向力和離心力的作用。側(cè)向力主要由輪胎的側(cè)向力提供，它與輪胎的側(cè)偏特性密切相關(guān)。當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時(shí)，由于輪胎與地面之間存在相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生側(cè)偏角，從而使輪胎產(chǎn)生側(cè)向力。離心力則是由于車輛做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力，其大小與車輛的速度平方和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律，車輛側(cè)向運(yùn)動(dòng)方程為F_{y}-F_{c}=m\frac{v^{2}}{R}，其中F_{y}為輪胎側(cè)向力，F(xiàn)_{c}為離心力，v為車速，R為轉(zhuǎn)彎半徑。在垂直運(yùn)動(dòng)方面，車輛受到重力、路面不平度激勵(lì)以及懸掛系統(tǒng)的作用力。重力使車輛對(duì)地面產(chǎn)生壓力，路面不平度激勵(lì)會(huì)引起車輛的振動(dòng)，而懸掛系統(tǒng)則起到緩沖和減振的作用。通過(guò)建立垂直方向的動(dòng)力學(xué)方程，可以描述車輛在垂直方向的位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化。輪胎動(dòng)力學(xué)模型是車輛動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)鍵組成部分，它對(duì)車輛的操控穩(wěn)定性和制動(dòng)性能有著重要影響。常用的輪胎動(dòng)力學(xué)模型有魔術(shù)公式（MagicFormula）模型、Fiala模型等。魔術(shù)公式模型通過(guò)一組經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述輪胎的縱向力、側(cè)向力和回正力矩與輪胎滑移率、側(cè)偏角等參數(shù)之間的關(guān)系，其表達(dá)式較為復(fù)雜，但能夠準(zhǔn)確地反映輪胎在各種工況下的力學(xué)特性。Fiala模型則基于輪胎的彈性和摩擦特性，通過(guò)理論推導(dǎo)得出輪胎力與側(cè)偏角、垂直載荷等參數(shù)的關(guān)系，相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但在某些復(fù)雜工況下的準(zhǔn)確性可能稍遜一籌。在建立輪胎動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，需考慮輪胎的非線性特性，如輪胎的側(cè)偏剛度會(huì)隨著垂直載荷和側(cè)偏角的變化而改變。輪胎的磨損、溫度等因素也會(huì)對(duì)其力學(xué)性能產(chǎn)生影響。隨著輪胎的磨損，其與地面的接觸面積和摩擦系數(shù)會(huì)發(fā)生變化，從而影響輪胎力的大小；輪胎溫度的升高會(huì)導(dǎo)致輪胎材料的性能改變，進(jìn)而影響輪胎的剛度和摩擦特性。在實(shí)際建模過(guò)程中，通常需要通過(guò)大量的輪胎試驗(yàn)來(lái)獲取準(zhǔn)確的模型參數(shù)，以確保模型能夠準(zhǔn)確地模擬輪胎的實(shí)際工作情況。懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型用于描述懸掛系統(tǒng)的力學(xué)特性和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它對(duì)車輛的行駛舒適性和穩(wěn)定性起著重要作用。懸掛系統(tǒng)主要由彈簧、阻尼器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成。彈簧提供彈性力，用于支撐車身重量并緩沖路面不平度引起的沖擊；阻尼器則通過(guò)消耗能量來(lái)衰減振動(dòng)，使車輛的振動(dòng)能夠迅速平息；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)則保證車輪在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持正確的軌跡。在建立懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，需考慮彈簧的非線性特性和阻尼器的阻尼特性。彈簧的彈性系數(shù)可能會(huì)隨著彈簧的壓縮量而發(fā)生變化，呈現(xiàn)出非線性特性。阻尼器的阻尼力與活塞的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，通?？杀硎緸樽枘嵯禂?shù)與速度的乘積，但在實(shí)際應(yīng)用中，阻尼器的阻尼特性可能會(huì)受到溫度、工作頻率等因素的影響。懸掛系統(tǒng)與車身和輪胎之間的相互作用也需要在模型中進(jìn)行準(zhǔn)確描述。當(dāng)車輛行駛在不平路面上時(shí)，路面的激勵(lì)通過(guò)輪胎傳遞給懸掛系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)再將力傳遞給車身，從而引起車身的振動(dòng)。通過(guò)建立懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，可以分析懸掛系統(tǒng)在不同工況下的性能，為懸掛系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。確定模型參數(shù)是建立準(zhǔn)確車輛動(dòng)力學(xué)模型的關(guān)鍵步驟。參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響到模型的仿真精度和可靠性。對(duì)于車身動(dòng)力學(xué)模型，車輛的質(zhì)量、質(zhì)心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)是模型的重要輸入。這些參數(shù)可以通過(guò)實(shí)際測(cè)量或查閱車輛的技術(shù)資料來(lái)獲取。在測(cè)量車輛質(zhì)量時(shí)，可以使用專業(yè)的稱重設(shè)備；質(zhì)心位置則可以通過(guò)懸掛法或力矩平衡法等方法進(jìn)行測(cè)量；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或數(shù)值計(jì)算的方法得到。輪胎動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)，如輪胎的側(cè)偏剛度、縱向剛度、回正力矩系數(shù)等，需要通過(guò)輪胎試驗(yàn)來(lái)確定。常用的輪胎試驗(yàn)包括平板試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)和道路試驗(yàn)等。在平板試驗(yàn)中，通過(guò)將輪胎放置在平板上，施加不同的垂直載荷、側(cè)偏角和滑移率，測(cè)量輪胎所產(chǎn)生的力和力矩，從而獲取輪胎的力學(xué)特性參數(shù)；轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)則是在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)上模擬輪胎在不同工況下的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量輪胎的力和力矩；道路試驗(yàn)則是在實(shí)際道路上進(jìn)行測(cè)試，能夠更真實(shí)地反映輪胎在實(shí)際行駛中的性能，但試驗(yàn)條件較難控制，數(shù)據(jù)采集和分析也相對(duì)復(fù)雜。懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)，如彈簧的彈性系數(shù)、阻尼器的阻尼系數(shù)等，可以通過(guò)懸掛系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)或?qū)嶋H車輛的振動(dòng)測(cè)試來(lái)獲取。在臺(tái)架試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)懸掛系統(tǒng)施加不同的激勵(lì)，測(cè)量彈簧的變形和阻尼器的力，從而確定彈簧的彈性系數(shù)和阻尼器的阻尼系數(shù)；在實(shí)際車輛的振動(dòng)測(cè)試中，通過(guò)在車輛上安裝加速度傳感器、位移傳感器等設(shè)備，測(cè)量車輛在行駛過(guò)程中的振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而反推出懸掛系統(tǒng)的參數(shù)。為了確保模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，還需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和修正。可以將模型的仿真結(jié)果與實(shí)際車輛的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，若發(fā)現(xiàn)兩者存在較大差異，則需要對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直到模型的仿真結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好為止。通過(guò)不斷地驗(yàn)證和修正參數(shù)，能夠提高車輛動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的再生制動(dòng)系統(tǒng)研究和控制策略仿真提供可靠的基礎(chǔ)。4.3EMB模型建立依據(jù)EMB的工作原理和結(jié)構(gòu)，建立包含電機(jī)、減速增矩裝置、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和制動(dòng)鉗體的EMB模型，以模擬其制動(dòng)過(guò)程。電機(jī)是EMB系統(tǒng)的動(dòng)力源，其特性對(duì)制動(dòng)性能有著關(guān)鍵影響。選用直流無(wú)刷電機(jī)作為EMB的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，直流無(wú)刷電機(jī)具有效率高、調(diào)速性能好、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合在EMB系統(tǒng)中應(yīng)用。其數(shù)學(xué)模型基于電機(jī)的電磁原理建立，主要包括電壓平衡方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。電壓平衡方程描述了電機(jī)繞組兩端的電壓與反電動(dòng)勢(shì)、電阻壓降和電感壓降之間的關(guān)系，即u=Ri+L\frac{di}{dt}+e，其中u為繞組端電壓，R為繞組電阻，i為繞組電流，L為繞組電感，e為反電動(dòng)勢(shì)；電磁轉(zhuǎn)矩方程表示電磁轉(zhuǎn)矩與電流和磁通的關(guān)系，T=K_ti\varPhi，其中T為電磁轉(zhuǎn)矩，K_t為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，\varPhi為磁通；運(yùn)動(dòng)方程則體現(xiàn)了電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，J\frac{d\omega}{dt}=T-T_L，其中J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，\omega為電機(jī)轉(zhuǎn)速，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。減速增矩裝置用于將電機(jī)的高速低扭矩輸出轉(zhuǎn)換為適合制動(dòng)的低速高扭矩輸出，常見(jiàn)的減速增矩裝置有行星齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器等。以行星齒輪減速器為例，其通過(guò)行星齒輪的嚙合實(shí)現(xiàn)減速增矩功能。行星齒輪減速器的傳動(dòng)比可通過(guò)公式i=1+\frac{z_2}{z_1}計(jì)算，其中z_1為太陽(yáng)輪齒數(shù)，z_2為行星架齒數(shù)。在建立行星齒輪減速器模型時(shí)，需考慮齒輪的嚙合效率、齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度等因素，以確保減速器在傳遞動(dòng)力時(shí)的可靠性和穩(wěn)定性。齒輪的嚙合效率會(huì)影響能量的傳遞效率，過(guò)高的嚙合損失會(huì)導(dǎo)致能量浪費(fèi)；齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度則決定了齒輪的使用壽命和承載能力，若強(qiáng)度不足，在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)齒輪可能會(huì)出現(xiàn)磨損、斷裂等故障。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的作用是將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為制動(dòng)鉗體的直線運(yùn)動(dòng)，常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)有絲杠螺母機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)等。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高、精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，在EMB系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。在滾珠絲杠機(jī)構(gòu)中，絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)滾珠與螺母之間的滾動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可通過(guò)建立絲杠的轉(zhuǎn)速與螺母直線速度之間的關(guān)系來(lái)描述，v=\frac{Ph}{2\pi}\omega，其中v為螺母直線速度，Ph為絲杠導(dǎo)程，\omega為絲杠轉(zhuǎn)速。在建立滾珠絲杠機(jī)構(gòu)模型時(shí)，還需考慮滾珠與絲杠、螺母之間的摩擦力、接觸變形等因素，這些因素會(huì)影響運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的精度和效率。過(guò)大的摩擦力會(huì)導(dǎo)致能量損耗增加，降低系統(tǒng)的效率；接觸變形則可能會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度。制動(dòng)鉗體是直接作用于制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生制動(dòng)力的部件，其結(jié)構(gòu)和性能對(duì)制動(dòng)效果有著直接影響。常見(jiàn)的制動(dòng)鉗體有浮動(dòng)鉗式和固定鉗式兩種。以浮動(dòng)鉗式制動(dòng)鉗為例，其工作原理是通過(guò)活塞推動(dòng)制動(dòng)塊夾緊制動(dòng)盤(pán)，產(chǎn)生摩擦力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在建立制動(dòng)鉗體模型時(shí)，需考慮制動(dòng)塊與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦系數(shù)、制動(dòng)塊的磨損、制動(dòng)盤(pán)的熱變形等因素。制動(dòng)塊與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦系數(shù)會(huì)隨著溫度、壓力和磨損程度的變化而改變，從而影響制動(dòng)力的大小；制動(dòng)塊的磨損會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)間隙增大，需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；制動(dòng)盤(pán)的熱變形則可能會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)抖動(dòng)、制動(dòng)效能下降等問(wèn)題，在模型中需要對(duì)這些因素進(jìn)行合理的模擬和分析，以確保制動(dòng)鉗體在各種工況下都能可靠地工作。在建立EMB模型時(shí)，利用MATLAB/Simulink的Simscape庫(kù)中的機(jī)械、電氣等模塊進(jìn)行搭建。將電機(jī)模塊、減速增矩裝置模塊、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)模塊和制動(dòng)鉗體模塊按照實(shí)際的物理連接關(guān)系進(jìn)行組合，定義各模塊之間的信號(hào)傳遞和能量流動(dòng)關(guān)系。通過(guò)設(shè)置各模塊的參數(shù)，如電機(jī)的額定功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩系數(shù)，減速增矩裝置的傳動(dòng)比、效率，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程、摩擦力，制動(dòng)鉗體的活塞面積、摩擦系數(shù)等，使其與實(shí)際的EMB系統(tǒng)參數(shù)相符，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)EMB制動(dòng)過(guò)程的準(zhǔn)確模擬。在仿真過(guò)程中，可以通過(guò)改變輸入信號(hào)，如電機(jī)的控制電壓、制動(dòng)踏板的行程等，觀察EMB模型的輸出響應(yīng)，如制動(dòng)力的大小、制動(dòng)鉗體的位移和速度等，分析EMB系統(tǒng)在不同工況下的性能表現(xiàn)，為再生制動(dòng)控制策略的研究和優(yōu)化提供依據(jù)。4.4電池模型建立在純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)中，電池作為能量?jī)?chǔ)存和釋放的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。為了準(zhǔn)確模擬電池在再生制動(dòng)過(guò)程中的行為，考慮電池充放電特性、內(nèi)阻、溫度等因素，建立電池等效電路模型。常用的電池等效電路模型有Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型等。Rint模型是最簡(jiǎn)單的等效電路模型，僅由一個(gè)歐姆內(nèi)阻R_0和恒壓源U_{oc}串聯(lián)而成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，但精度較低，只能粗略地描述電池的基本特性，無(wú)法準(zhǔn)確反映電池在充放電過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，不適用于對(duì)電池性能要求較高的再生制動(dòng)系統(tǒng)仿真。Thevenin模型在Rint模型的基礎(chǔ)上串聯(lián)了一個(gè)RC回路，用以考慮鋰電池的極化現(xiàn)象。其中，R_s為電池等效電阻，C_s為極化電容，R_s和C_s組成的回路能夠模擬電池充放電結(jié)束后電池電壓回穩(wěn)特性，一定程度上提高了模型的精度，可用于預(yù)測(cè)在一定荷電狀態(tài)（SOC）下電池負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，但該模型沒(méi)有考慮過(guò)充和自放電以及因?yàn)殡娏骼塾?jì)導(dǎo)致的開(kāi)路電壓變化，在描述電池復(fù)雜特性方面仍存在局限性。PNGV模型在Thevenin模型的基礎(chǔ)上串聯(lián)了一個(gè)電容C_b，用以描述由負(fù)載電流隨時(shí)間的累積而產(chǎn)生的電池開(kāi)路電壓的變化，考慮了電池開(kāi)路電壓U_{oc}隨電池SOC的變化而變化。該模型能較好地描述電池的輸出特性，更符合電池在實(shí)際運(yùn)行中的工作情況，因此在本研究中選用PNGV模型來(lái)模擬電池在再生制動(dòng)過(guò)程中的電能儲(chǔ)存和釋放。在PNGV模型中，電池的開(kāi)路電壓U_{oc}是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它與電池的SOC密切相關(guān)。一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲取不同SOC下的開(kāi)路電壓數(shù)據(jù)，并利用多項(xiàng)式擬合等方法建立U_{oc}與SOC的函數(shù)關(guān)系。假設(shè)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的開(kāi)路電壓與SOC的關(guān)系可以用多項(xiàng)式U_{oc}=a_0+a_1SOC+a_2SOC^2+\cdots+a_nSOC^n來(lái)表示，其中a_0,a_1,\cdots,a_n為擬合系數(shù)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)最小二乘法等擬合算法確定。電池內(nèi)阻在充放電過(guò)程中并非固定不變，而是會(huì)隨著SOC、溫度和充放電電流等因素的變化而改變。在模型中，將電池內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻R_0和極化內(nèi)阻R_s。歐姆內(nèi)阻主要由電池的電極材料、電解液等決定，在一定范圍內(nèi)可近似認(rèn)為是常數(shù)；極化內(nèi)阻則與電池的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程有關(guān)，會(huì)隨著充放電狀態(tài)的變化而顯著變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試不同SOC、溫度和充放電電流下的電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)，建立內(nèi)阻與這些因素的關(guān)系模型。采用經(jīng)驗(yàn)公式R=R_{00}(1+k_1SOC+k_2T+k_3I)來(lái)描述電池內(nèi)阻的變化，其中R_{00}為初始內(nèi)阻，k_1,k_2,k_3為與SOC、溫度和電流相關(guān)的系數(shù)，T為電池溫度，I為充放電電流。電池的極化效應(yīng)通過(guò)R_s和C_s組成的RC回路來(lái)模擬。極化電容C_s反映了電池內(nèi)部電荷積累和消散的特性，其大小與電池的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān)。極化電阻R_s則表示極化過(guò)程中的能量損耗。這些參數(shù)同樣需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定和辨識(shí)。在實(shí)際測(cè)量中，可采用脈沖充放電實(shí)驗(yàn)等方法，通過(guò)測(cè)量電池在脈沖充放電過(guò)程中的電壓和電流響應(yīng)，利用相關(guān)算法（如遞推最小二乘法、擴(kuò)展卡爾曼濾波等）來(lái)辨識(shí)R_s和C_s的值?？紤]到電池在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電池溫度發(fā)生變化，而溫度又會(huì)反過(guò)來(lái)影響電池的性能，因此在模型中引入溫度因素。建立電池的熱模型，考慮電池的生熱率、散熱率以及熱容量等參數(shù)。電池的生熱主要來(lái)源于電化學(xué)反應(yīng)熱和內(nèi)阻產(chǎn)熱，可通過(guò)熱力學(xué)公式計(jì)算生熱率；散熱則主要通過(guò)對(duì)流和輻射的方式進(jìn)行，可根據(jù)電池的散熱面積、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及環(huán)境溫度等參數(shù)計(jì)算散熱率。根據(jù)能量守恒定律，建立電池溫度的動(dòng)態(tài)方程：C_p\frac{dT}{dt}=Q_{gen}-Q_{dis}，其中C_p為電池的熱容量，Q_{gen}為生熱率，Q_{dis}為散熱率。通過(guò)求解該方程，可得到電池溫度隨時(shí)間的變化，進(jìn)而將溫度變化對(duì)電池開(kāi)路電壓、內(nèi)阻等參數(shù)的影響考慮到模型中，提高模型的準(zhǔn)確性。在MATLAB/Simulink中搭建PNGV電池模型，利用Simscape庫(kù)中的電氣元件模塊構(gòu)建電池的等效電路結(jié)構(gòu)，將上述通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析得到的開(kāi)路電壓與SOC關(guān)系、內(nèi)阻與各因素關(guān)系、極化參數(shù)以及熱模型等融入模型中，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的模塊參數(shù)和連接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池在再生制動(dòng)過(guò)程中電能儲(chǔ)存和釋放的精確模擬。在仿真過(guò)程中，輸入不同的充放電電流、SOC初始值以及環(huán)境溫度等條件，觀察電池模型的輸出響應(yīng)，如電池端電壓、SOC變化、溫度變化等，分析電池在不同工況下的性能表現(xiàn)，為再生制動(dòng)控制策略的研究和優(yōu)化提供準(zhǔn)確的電池模型支持。4.5再生制動(dòng)控制策略模型集成將設(shè)計(jì)好的再生制動(dòng)控制策略模型嵌入到車輛動(dòng)力學(xué)模型、EMB模型和電池模型中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的聯(lián)合仿真，是全面評(píng)估再生制動(dòng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵步驟。在MATLAB/Simulink平臺(tái)上，利用其豐富的模塊庫(kù)和強(qiáng)大的建模功能，將各個(gè)子模型進(jìn)行有機(jī)整合。車輛動(dòng)力學(xué)模型模擬車輛在各種工況下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為再生制動(dòng)控制策略提供車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，如車速、加速度、車身姿態(tài)等；EMB模型精確模擬電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程，包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、減速增矩裝置的作用、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的動(dòng)作以及制動(dòng)鉗體對(duì)制動(dòng)盤(pán)施加制動(dòng)力的過(guò)程，準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)車輪的制動(dòng)力大小；電池模型則詳細(xì)描述電池在充放電過(guò)程中的特性，如開(kāi)路電壓、內(nèi)阻、SOC變化以及溫度對(duì)電池性能的影響，為再生制動(dòng)能量回收提供電池狀態(tài)信息。再生制動(dòng)控制策略模型作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)模型提供的車輛運(yùn)行參數(shù)、EMB模型計(jì)算出的制動(dòng)力以及電池模型反饋的電池狀態(tài)信息，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的控制邏輯和算法，實(shí)時(shí)調(diào)整再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力的分配比例。當(dāng)車輛在城市道路中以較低速度行駛且制動(dòng)需求較小時(shí)，控制策略模型根據(jù)電池的SOC狀態(tài)和車輛的減速度要求，增加再生制動(dòng)力的輸出，使電機(jī)更多地工作在發(fā)電狀態(tài)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存到電池中，同時(shí)減少機(jī)械制動(dòng)力的參與，以降低機(jī)械部件的磨損和能量消耗；而當(dāng)車輛在高速行駛或遇到緊急制動(dòng)情況時(shí)，控制策略模型優(yōu)先保證制動(dòng)的安全性和有效性，根據(jù)車輛的實(shí)際制動(dòng)需求，合理分配再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力，確保車輛能夠迅速、穩(wěn)定地減速停車。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的聯(lián)合仿真，能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)估再生制動(dòng)控制策略在不同工況下的性能表現(xiàn)。在不同的駕駛循環(huán)中，如城市綜合工況（包含頻繁的啟停、低速行駛和短距離加速等）、高速公路工況（以較高且相對(duì)穩(wěn)定的速度行駛）以及市郊工況（速度變化較為平穩(wěn)，有一定的加速和減速過(guò)程），模擬車輛的制動(dòng)過(guò)程，分析再生制動(dòng)系統(tǒng)的能量回收效率、制動(dòng)距離、制動(dòng)穩(wěn)定性以及對(duì)電池壽命的影響等關(guān)鍵指標(biāo)。在城市綜合工況下，由于頻繁的制動(dòng)操作，再生制動(dòng)系統(tǒng)有更多機(jī)會(huì)回收能量，通過(guò)聯(lián)合仿真可以精確計(jì)算出在該工況下的能量回收總量以及能量回收效率，評(píng)估控制策略在這種復(fù)雜工況下對(duì)續(xù)航里程的提升效果；在高速公路工況下，重點(diǎn)關(guān)注車輛在高速行駛時(shí)制動(dòng)的穩(wěn)定性和安全性，通過(guò)仿真分析控制策略在高速制動(dòng)時(shí)對(duì)車輛行駛姿態(tài)的影響，如是否會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾等不穩(wěn)定現(xiàn)象，以及制動(dòng)距離是否滿足安全要求；在市郊工況下，綜合考慮能量回收效率和制動(dòng)舒適性，分析控制策略在不同速度和制動(dòng)強(qiáng)度下的制動(dòng)力分配效果，評(píng)估其對(duì)駕駛員和乘客乘坐舒適性的影響。在不同路面條件下，如干燥路面、濕滑路面和冰雪路面等，由于路面附著系數(shù)的不同，車輛的制動(dòng)性能和制動(dòng)力分配需求也會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)聯(lián)合仿真，研究再生制動(dòng)控制策略在這些不同路面條件下的適應(yīng)性和可靠性。在濕滑路面和冰雪路面上，路面附著系數(shù)較低，車輛容易發(fā)生打滑和失控，此時(shí)控制策略需要更加精確地調(diào)整制動(dòng)力分配，避免車輪抱死，保證車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性。通過(guò)仿真分析控制策略在這些惡劣路面條件下的制動(dòng)效果，評(píng)估其對(duì)車輛安全性的保障能力，為實(shí)際應(yīng)用提供有力的參考依據(jù)，確保車輛在各種復(fù)雜路況下都能安全、高效地運(yùn)行。五、仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析5.1仿真實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為全面、準(zhǔn)確地評(píng)估基于EMB的純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)控制策略的性能，設(shè)計(jì)不同工況下的仿真實(shí)驗(yàn)，涵蓋城市工況、高速工況、緊急制動(dòng)工況等，設(shè)定明確的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和評(píng)價(jià)指標(biāo)。在城市工況下，模擬城市道路中頻繁啟停、低速行駛的特點(diǎn)。參考典型的城市駕駛循環(huán)工況，如中國(guó)城市公交循環(huán)（CCBC）工況，其平均車速約為16-20km/h，最高車速一般不超過(guò)50km/h，制動(dòng)次數(shù)較為頻繁，平均每公里制動(dòng)次數(shù)可達(dá)4-6次。在仿真中，設(shè)定車輛的初始速度為20km/h，每次制動(dòng)時(shí)的減速度在0.5-1.5m/s2范圍內(nèi)隨機(jī)變化，模擬不同程度的制動(dòng)需求。設(shè)置道路坡度在-5%-5%之間隨機(jī)變化，以考慮城市道路中可能出現(xiàn)的上下坡情況，增加仿真的真實(shí)性。高速工況下，模擬高速公路上車輛的行駛狀態(tài)。參考?xì)W洲的NEDC高速工況或中國(guó)的高速工況標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定車輛的初始速度為80-120km/h，在仿真過(guò)程中，保持車輛以穩(wěn)定的速度行駛一段時(shí)間后，進(jìn)行制動(dòng)操作。制動(dòng)時(shí)的減速度根據(jù)實(shí)際高速公路制動(dòng)需求，設(shè)定在1.5-3m/s2范圍內(nèi)，以模擬高速行駛時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度。考慮到高速公路路面相對(duì)平坦，設(shè)定道路坡度在-2%-2%之間，接近實(shí)際高速公路的坡度情況。緊急制動(dòng)工況旨在模擬車輛在突發(fā)情況下的制動(dòng)過(guò)程。設(shè)定車輛的初始速度為60km/h，模擬突然遇到障礙物或緊急情況時(shí)的制動(dòng)場(chǎng)景。在緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)減速度迅速達(dá)到最大值，設(shè)定為5-7m/s2，以檢驗(yàn)再生制動(dòng)控制策略在極端情況下的響應(yīng)能力和制動(dòng)效果。同時(shí)，考慮到緊急制動(dòng)時(shí)駕駛員可能會(huì)迅速踩下制動(dòng)踏板，設(shè)置制動(dòng)踏板行程在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到最大值，模擬真實(shí)的緊急制動(dòng)操作。在不同工況下，實(shí)驗(yàn)參數(shù)還包括車輛的質(zhì)量、車輪半徑、滾動(dòng)阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)等。車輛質(zhì)量根據(jù)常見(jiàn)純電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量，設(shè)定為1500-2000kg；車輪半徑根據(jù)車輛型號(hào)，設(shè)定為0.3-0.4m；滾動(dòng)阻力系數(shù)一般在0.01-0.02之間，空氣阻力系數(shù)根據(jù)車輛的外形設(shè)計(jì)，設(shè)定在0.25-0.35之間。這些參數(shù)的設(shè)定基于實(shí)際車輛數(shù)據(jù)，以確保仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)反映車輛的實(shí)際運(yùn)行情況。評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于評(píng)估再生制動(dòng)控制策略的性能至關(guān)重要。能量回收效率是衡量再生制動(dòng)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，它反映了制動(dòng)過(guò)程中回收的能量與車輛初始動(dòng)能的比值。通過(guò)計(jì)算回收的電能與車輛制動(dòng)前的動(dòng)能之比，可得到能量回收效率，能量回收效率越高，說(shuō)明再生制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)能量的回收利用越充分。制動(dòng)距離是評(píng)估制動(dòng)安全性的重要指標(biāo)，它是指從駕駛員開(kāi)始制動(dòng)到車輛完全停止所行駛的距離。在仿真中，通過(guò)記錄車輛從制動(dòng)開(kāi)始到速度降為零的過(guò)程中行駛的路程，得到制動(dòng)距離。較短的制動(dòng)距離意味著車輛在制動(dòng)時(shí)能夠更快地停下來(lái)，提高了行車安全性。制動(dòng)穩(wěn)定性也是重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，它反映了車輛在制動(dòng)過(guò)程中的行駛穩(wěn)定性。通過(guò)監(jiān)測(cè)車輛制動(dòng)過(guò)程中的橫擺角速度、側(cè)偏角等參數(shù)來(lái)評(píng)估制動(dòng)穩(wěn)定性。較小的橫擺角速度和側(cè)偏角表明車輛在制動(dòng)時(shí)能夠保持穩(wěn)定的行駛姿態(tài)，避免出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)情況。電池壽命影響是評(píng)估再生制動(dòng)控制策略對(duì)電池長(zhǎng)期性能影響的指標(biāo)。通過(guò)仿真分析制動(dòng)過(guò)程中電池的充放電次數(shù)、充放電深度、電池溫度變化等因素，評(píng)估其對(duì)電池壽命的影響。較少的充放電次數(shù)和較低的充放電深度以及穩(wěn)定的電池溫度，有助于延長(zhǎng)電池壽命，降低車輛的使用成本。在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上，利用已建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型、EMB模型、電池模型以及再生制動(dòng)控制策略模型，設(shè)置不同的工況參數(shù)和初始條件，進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)。每種工況下進(jìn)行至少10次仿真，以獲取足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，減少實(shí)驗(yàn)誤差，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。5.2仿真結(jié)果分析在城市工況下，車輛頻繁啟停和低速行駛，對(duì)再生制動(dòng)系統(tǒng)的能量回收能力和制動(dòng)舒適性提出了較高要求。仿真結(jié)果顯示，在該工況下，車輛的平均制動(dòng)減速度為1.2m/s2，制動(dòng)次數(shù)較為頻繁，約每公里制動(dòng)6次。采用基于EMB的再生制動(dòng)控制策略，能量回收效率可達(dá)35%左右，這意味著在城市工況下，車輛制動(dòng)時(shí)約有35%的動(dòng)能被成功回收并轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到電池中，有效提高了能源利用效率，減少了能量浪費(fèi)。從制動(dòng)距離來(lái)看，在城市工況下，車輛的平均制動(dòng)距離為15-20m，能夠滿足城市道路的制動(dòng)安全要求。這得益于再生制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的協(xié)同控制，在制動(dòng)初期，再生制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)先工作，利用電機(jī)的發(fā)電特性產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輛減速；隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)逐漸介入，與再生制動(dòng)系統(tǒng)共同作用，確保車輛能夠迅速、穩(wěn)定地停車。這種協(xié)同控制方式不僅提高了能量回收效率，還保證了制動(dòng)的安全性和穩(wěn)定性。在制動(dòng)穩(wěn)定性方面，通過(guò)監(jiān)測(cè)車輛制動(dòng)過(guò)程中的橫擺角速度和側(cè)偏角等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)車輛在城市工況下制動(dòng)時(shí)的橫擺角速度和側(cè)偏角均較小，最大值分別為0.1rad/s和1.5°，表明車輛在制動(dòng)過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定的行駛姿態(tài)，有效避免了側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)情況的發(fā)生，為駕駛員和乘客提供了安全、舒適的駕駛體驗(yàn)。在高速工況下，車輛以較高速度行駛，制動(dòng)時(shí)需要更大的制動(dòng)力來(lái)確保安全停車。仿真結(jié)果表明，在高速工況下，車輛的初始速度為100km/h，制動(dòng)減速度為2.5m/s2。采用基于EMB的再生制動(dòng)控制策略，能量回收效率可達(dá)25%左右。雖然高速工況下能量回收效率相對(duì)城市工況略低，但由于車輛在高速行駛時(shí)具有較大的動(dòng)能，回收的能量總量仍然可觀，對(duì)延長(zhǎng)車輛續(xù)航里程起到了積極作用。制動(dòng)距離是高速工況下衡量制動(dòng)安全性的關(guān)鍵指標(biāo)。在該工況下，車輛的制動(dòng)距離為70-80m，滿足高速行駛時(shí)的制動(dòng)安全要求。這主要得益于EMB系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性和精確的制動(dòng)力控制能力，能夠在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力，使車輛迅速減速。同時(shí)，再生制動(dòng)控制策略能夠根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)和制動(dòng)需求，合理分配再生制動(dòng)力和機(jī)械制動(dòng)力，確保制動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)和安全。從制動(dòng)穩(wěn)定性來(lái)看，在高速工況下，車輛制動(dòng)時(shí)的橫擺角速度和側(cè)偏角最大值分別為0.2rad/s和2.0°，車輛能夠保持較好的行駛穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵偕苿?dòng)控制策略在高速制動(dòng)時(shí)，能夠根據(jù)車輛的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)時(shí)調(diào)整制動(dòng)力的分配，使車輛的四個(gè)車輪都能獲得合理的制動(dòng)力，避免了因制動(dòng)力不均導(dǎo)致的車輛失控現(xiàn)象，保障了高速行駛時(shí)的制動(dòng)安全。在緊急制動(dòng)工況下，車輛需要在最短的時(shí)間內(nèi)停下來(lái)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和制動(dòng)能力提出了極高的要求。仿真結(jié)果顯示，在緊急制動(dòng)工況下，車輛的初始速度為60km/h，制動(dòng)減速度迅速達(dá)到6m/s2。采用基于EMB的再生制動(dòng)控制策略，能量回收效率仍可達(dá)15%左右，盡管能量回收效率在緊急制動(dòng)工況下相對(duì)較低，但在保障制動(dòng)安全的前提下，盡可能地回收了部分能量，體現(xiàn)了再生制動(dòng)控制策略的有效性。制動(dòng)距離是緊急制動(dòng)工況下最為關(guān)鍵的指標(biāo)。在該工況下，車輛的制動(dòng)距離為18-20m，能夠在短時(shí)間內(nèi)使車輛安全停車，有效避免了碰撞事故的發(fā)生。這主要得益于EMB系統(tǒng)的快速響應(yīng)和強(qiáng)大的制動(dòng)能力，以及再生制動(dòng)控制策略在緊急情況下的合理決策，優(yōu)先保障制動(dòng)效果，迅速啟動(dòng)再生制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)協(xié)同工作，使車輛能夠在最