汽车作为国民生活的必需工业产品,同时又与经济发展息息相关,如今这一凝聚诸多科技的产业发展到了关键阶段;以电气化推动智能化既是汽车未来发展的方向也是现阶段主要研究的科学问题。具有独立驱动、制动及复合能源的多系统耦合电动汽车是研究汽车智能化的良好平台及载体。电动汽车将以电子化为主体的机电液底盘系统拓展为电气化的驱动系统,车辆电子化与电气化的集成为智能化的应用与发展奠定了基础,尤其推动了包括主动安全控制的自动驾驶等领域。集成控制是作为过驱动系统的分布式电动汽车的关键技术。由于电动汽车将环境感知、规划决策、动力学控制和能量管理等功能集成其中,其控制范围进而扩大,即满足纵侧向控制时还需实现自动驾驶和能量管理等要求,其中的子系统相互耦合并呈现非线性特性,为集成控制算法带来了关键挑战。汽车的非线性动力学约束不仅体现在轮胎与道路的摩擦圆约束,还包括电驱动系统的机电耦合和能量系统的功率、容量及状态等约束。电动汽车的电驱动系统使能量管理参与集成控制之中,并通过功率对控制系统构成力或力矩的约束;同时分布式电动汽车为底盘集成控制提供了更多自由度,因此包括电驱动控制、能量管理及底盘控制在内的集成控制成为了汽车控制的热点部分。再生制动是电动汽车的关键功能,其不仅将能量管理与集成控制集成于一体,而且在能量双向转换时,不同过程的动态特性受能量系统及电驱动系统的约束。故研究其动态特性和能量转换机理对优化控制目标,提升能量回收率十分必要。本文针对多系统耦合电动汽车能量转换机理及集成控制关键问题,开展了基于能量转换的电动汽车建模与控制方法,考虑执行器动态特性的分布式电动汽车通信序列和以能量最优为目标的多系统耦合电动汽车控制方法的研究,建立以包括节能和动力学的整车性能为控制目标的车辆动力学控制集成方法和架构。探索多系统耦合电动汽车的能量动态转换机理,建立系统能量动态转换模型并对其状态进行观测,集成电池系统的能量管理、电气制动与液压制动的协调及以能量最优的动力学控制等能量管理与集成控制方法与架构。研究车辆与能量状态估计方法,探索基于能量流并满足车辆动力学性能和经济性的集成控制方法,并建立基于模型的软件仿真、硬件在环台架和实车试验的一体化测试支撑平台。首先,建立车辆与轮胎非线性动力学模型,包括对电驱动系统的能量约束及车辆纵侧向运动学与路面接触的非线性耦合机理研究。研究包括消耗和回收的能量转换动态过程建模方法,并分析了不同电气架构方案的系统总效率;建立电池及电驱动能量转换的动态能量方程以及电驱动系统的损耗模型,分析能量管理系统的动态转换及其耦合机理,提出了DC/DC转换器的电压控制策略,其根据工况需求动态的提供母线电压;基于无迹卡尔曼滤波对电池的So C进行了估计,研究能量管理策略对车辆电驱动及液压执行器集成控制时的力或功率约束,同时包括电气参数对车辆性能的影响;建立电动汽车能量动态转换的多流向、多路径的机制,并建立具有能量约束的分布式电动汽车集成控制方法及架构。进而,通过仿真及试验验证了上述集成控制算法的有效性。其次,针对四轮独立电驱动系统、复合能源系统和复合制动系统的分布式电动汽车,通过优化通信序列以解决在带宽约束下系统性能的下降问题。对于作为过驱动系统的分布式电动汽车,在能量管理和集成控制时各执行器的动态特性各不相同,提出在通信序列设计时将执行器动态特性考虑其中,以充分利用其中的高带宽执行器。建立了车辆参考模型、基于时间触发的通信模型和包括各执行器动态特性模型的NCS模型,提出了考虑执行器动态特性的分布式电动汽车通信序列优化方法,通过PSO算法优化了通信序列,并通过制动工况的仿真与传统方法进行对比,验证了上述算法的有效性。再次,研究再生制动与液压制动基于不同能量转换机理的集成控制。其中包括二者的不同动态特性的制动机理和能量转换机理。提出了基于约束优化的力矩控制分配方法,以提高电动汽车驱动系统效率。建立以节能为目标的最优再生制动力矩,并提出复合制动的协调机制。通过代价函数将车辆期望横摆力矩和轮胎的纵侧向滑移能量损耗考虑其中,分析了不同加减速度工况下的能量损耗。研究极端工况下通过路面及能量约束,提出以能量最优为目标的集成控制策略,并对低附着路面的驱动、制动工况进行了仿真验证,满足车辆动力学控制的同时可获得最大的能量回收率。最后,搭建了复合能源系统、电驱动系统、复合制动系统和车载网络系统试验平台,通过试验验证了各子系统算法的有效性;并搭建了基于快速原型控制器的分布式电动汽车试验样车,通过NEDC循环工况及FMVSS126等试验验证本文提及的算法,试验结果表明文中考虑能量约束的集成控制算法既可满足车辆动力学控制需求,又提高了车辆的节能性。本文研究的主要创新点如下:(1)基于电动车各子系统动态能量交换下系统耦合机理的分析,提出了描述能量动态转换过程的多能域系统统一建模方法,建立电池及电驱动能量转换的动态能量方程以及电驱动系统的损耗模型,分析能量管理系统的动态转换及其耦合机理,提出了DC/DC转换器的电压控制策略,基于无迹卡尔曼滤波对电池So C进行估计,并且将能量作为约束考虑到优化求解过程中。(2)针对包括四轮毂电机驱动系统、复合能源系统和复合制动系统等的过驱动系统的网络优化,建立了车辆参考模型、基于时间触发的通信模型和包括各执行器动态特性模型的NCS模型,提出了考虑执行器动态特性的分布式电动汽车通信序列优化方法,通信序列设计时考虑各执行器的动态特性,通过PSO算法优化了通信序列,充分利用高带宽执行器。(3)提出了针对不同制动和能量转换机理的能量回馈制动与电子液压制动集成控制方法,通过代价函数不仅将获得影响车辆稳定性的期望横摆力矩,而且还可最小化能量系统的功率损耗以提高能量效率,还考虑了由于轮胎的纵侧向滑移产生的能量损耗;提出了电动车稳定性、节能性等多控制目标、复杂约束下的集成控制设计方法,对由于路面附着变化导致的电气参数变化进行观测,将其和最优再生制动力矩纳入约束;以及能量回馈制动与液压制动在极端工况下的动态切换机制。