基于干扰补偿的PHEV模式切换协调控制研究

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混合动力汽车包含两种动力源,可根据行驶工况或驾驶环境进行多种工作模式间的切换。在切换过程中,由于发动机、电机的动态特性不同,且存在离合器的分离/接合情况,容易导致传动系统的动力中断或扭矩波动,造成车身抖振,影响车辆驾驶平顺性和乘坐舒适性。因此,本课题针对单轴并联混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle, PHEV)模式切换的动态协调控制展开研究,在降低整车冲击度、实现驾驶平顺性方面具有十分重要的研究意义和应用价值。  首先,整车结构分析及动力学模型的建立。在分析 PHEV 系统结构的基础上,对转动惯量进行整合,将其简化为电机侧、发动机侧、车轮侧三部分,分别建立了混合动力系统各主要部件的数学模型。  其次,工作模式划分与切换规则设计。根据两动力源及离合器状态,划分了9 种工作模式;根据电池荷电状态、整车需求扭矩和转速,为各工作模式设计切换规则,并确定两动力源的目标转速和扭矩;分析几种常见工作模式的动力学模型;根据切换过程中离合器动作与否,将驱动模式间的切换分为:有离合器接合动作、有离合器分离动作、没有离合器动作三类,并分析各类切换的切换过程。  最后,模式切换协调控制策略制定及仿真验证。重点对有离合器接合动作的一类切换,以纯电动向混合驱动模式切换过程为例,分别设计了如下控制器:  (1)基于干扰观测器的模式切换协调控制。将该切换过程分为离合器接合前后两部分。对前者设计干扰观测器估计并补偿干扰,使发动机快速起动同步;对后者,在电机补偿控制方法基础上,引入发动机扭矩延迟变量,以实现平滑切换。仿真结果表明,该控制方法下冲击度大幅度降低,有效减小了扭矩波动。  (2)基于干扰补偿的模式切换滑模控制。在第一种控制方法的基础上,增加滑模控制方法,分别对发动机起动、转速同步、扭矩重分配3个阶段设计相应的控制器。将仿真结果与仅采用干扰补偿的控制方法相比,整车冲击度得到了进一步降低,且提高了控制精度,验证了该控制方法的有效性。
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