張勝根，李軍

（重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶 400041）

并聯(lián)混合動力汽車驅(qū)動模式切換協(xié)調(diào)控制研究綜述

張勝根，李軍

（重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院，重慶 400041）

混合動力汽車逐漸成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，并已經(jīng)在市場上取得了突破性的進(jìn)展?；旌蟿恿ο到y(tǒng)中兩動力源需要根據(jù)行駛路況進(jìn)行能量管理和驅(qū)動模式的切換。由于發(fā)動機(jī)與電機(jī)動態(tài)響應(yīng)特性的不同，單獨(dú)按照各自的特性進(jìn)行目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制，來達(dá)到總的需求轉(zhuǎn)矩，但這樣會導(dǎo)致整車運(yùn)行模式切換過程中動力中斷或出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動現(xiàn)象。本文主要研究運(yùn)行模式切換過程中發(fā)動機(jī)與電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的動態(tài)協(xié)調(diào)控制，目的是避免電機(jī)突增負(fù)載造成的震蕩，希望在模式切換過渡過程中擁有足夠的動力來保持整車快速、平穩(wěn)行駛。

混合動力汽車；驅(qū)動模式；切換；協(xié)調(diào)控制

CLC NO.:U469.7Document Code:BArticle ID:1671-7988(2015)07-139-05

引言

并聯(lián)混合動力汽車在工作過程中，存在純電動、發(fā)動機(jī)驅(qū)動、混合驅(qū)動、行車充電、能量回饋等多種工作模式，所以整車的狀態(tài)切換過程有多種。如從發(fā)動機(jī)驅(qū)動切換到純電動或混合驅(qū)動，從純電動切換到發(fā)動機(jī)驅(qū)動或混合驅(qū)動，從混合驅(qū)動切換到發(fā)動機(jī)驅(qū)動或電機(jī)驅(qū)動等等。不同的切換過程，其動力學(xué)原理是基本類似的。根據(jù)駕駛員的需求或?qū)嶋H工況，整車控制器選擇在適合于當(dāng)前工況的一種模式下工作。當(dāng)工況發(fā)生變化時，整車的工作模式也跟著變化，即整車需要進(jìn)行不同工作模式之間的狀態(tài)切換。狀態(tài)切換過程是一個短暫的動態(tài)過程如果不對這一過程進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，整車的平順性和舒適性將會受到較大影響[1-2]。

1、并聯(lián)混合動力基本運(yùn)行模式分析

并聯(lián)混合動力汽車中由于存在兩種動力源（發(fā)動機(jī)和電動機(jī)），其中，電機(jī)又兼有驅(qū)動和再生制動的功能，并與車輛其他部件的功能進(jìn)行結(jié)合，會排列出多種運(yùn)行模式，為了清晰明了，本文根據(jù)研究目的和實(shí)際情況，及考慮到以下情形，列出了表1中整車驅(qū)動力系統(tǒng)各種運(yùn)行模式。

表1 并聯(lián)混合動力汽車各運(yùn)行模式

說明:

1）由于倒車屬于特殊情況，與本文研究對象無直接關(guān)系，所以在此不做研究。

2）由于本文控制策略所基于的樣本中，車輛的助力轉(zhuǎn)向，制動系的氣壓裝置及空調(diào)等其他動力源仍是發(fā)動機(jī)，在純電動等模式并不需要發(fā)動機(jī)參與時，發(fā)動機(jī)怠速并不關(guān)閉，所以不存在關(guān)閉發(fā)動機(jī)的環(huán)節(jié)而以發(fā)動機(jī)怠速環(huán)節(jié)代替。

3）電動機(jī)起步與發(fā)動機(jī)起步分別并入電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式和發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式中，所以，不單獨(dú)設(shè)立電動機(jī)起步與發(fā)動機(jī)起步模式。

以上不同模式之間在實(shí)際運(yùn)行過程的轉(zhuǎn)換是由整車控制策略實(shí)時決定，在運(yùn)行之初，首先判斷駕駛員是否有換擋需求或是否正在換擋，如果有則換擋優(yōu)先，直至換擋完畢，進(jìn)而判斷車輛是否處于靜止或前進(jìn)，若靜止則進(jìn)行啟動前相應(yīng)準(zhǔn)備，如果判斷處于前進(jìn)狀態(tài)，則進(jìn)而檢測制動踏板、加速踏板、駕駛員需求轉(zhuǎn)矩、蓄電池SOC等信號，進(jìn)入相應(yīng)工作模式。整車在實(shí)際行駛過程中，不能同一個模式一直運(yùn)行，會在不同模式間相互切換，因此，需對模式間的切換過程進(jìn)行詳細(xì)分析。

2、混合動力汽車模式切換過程協(xié)調(diào)控制問題

混合動力汽車的控制系統(tǒng)，具有分層次的控制結(jié)構(gòu)。上層（組織級）控制模塊，在監(jiān)測車輛運(yùn)行狀態(tài)和道路情況、識別和判斷駕駛員意愿的基礎(chǔ)上，決策動力系統(tǒng)工作模式、根據(jù)功率需求進(jìn)行動力源的功率分配；中層（協(xié)調(diào)級）控制模塊在需要進(jìn)行工作模式切換時，負(fù)責(zé)多動力源與傳動系統(tǒng)零部件之間的動態(tài)扭矩和轉(zhuǎn)速的協(xié)調(diào)控制；下層（執(zhí)行級）控制模塊，負(fù)責(zé)混合動力系統(tǒng)各部件（柴油機(jī)、電動機(jī)等）以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力（扭矩）控制。

在混合動力汽車的控制領(lǐng)域，對屬于上層（組織級）控制功能的能量管理策略方面，可查詢到大量的學(xué)術(shù)論文，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了關(guān)于能量管理策略的多方面研究，一些研究成果已運(yùn)用到實(shí)際產(chǎn)品中。發(fā)動機(jī)、電機(jī)屬于混合動力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換部件，二者的控制問題屬于混合動力系統(tǒng)的執(zhí)行級的控制范疇，其控制理論與技術(shù)方面的研究已比較成熟。

相對而言，針對混合動力系統(tǒng)協(xié)調(diào)級的動態(tài)控制理論、算法和技術(shù)方面的研究，還比較薄弱。對于采用AMT變速箱的單軸并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，動態(tài)協(xié)調(diào)控制涉及到模式切換扭矩協(xié)調(diào)的問題，其協(xié)調(diào)控制內(nèi)容更為復(fù)雜。對該系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法的研究，既有學(xué)術(shù)價值，也有工程應(yīng)用價值。

3、動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題的提出

在混合動力系統(tǒng)工作模式切換過程中，為了使車輛行駛平穩(wěn)，系統(tǒng)輸出扭矩必須保持穩(wěn)定，不能出現(xiàn)扭矩突變。但是發(fā)動機(jī)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，其動態(tài)響應(yīng)與電動機(jī)相比較慢。因此當(dāng)工作模式切換發(fā)生時，需要協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)的兩個能量轉(zhuǎn)換部件（發(fā)動機(jī)和電機(jī)）的輸出扭矩，兩者之間的動態(tài)協(xié)調(diào)控制是研究的首要目標(biāo)。以動力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的扭矩為控制參數(shù)，通過扭矩估計和扭矩動態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)模式切換過程的動態(tài)協(xié)調(diào)控制。

4、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外最早將混合動力汽車推入市場的是日本的豐田公司。1997年，第一款量產(chǎn)混合動力車PRUIS由豐田推入日本市場，當(dāng)年售出18000輛[3]。豐田公司的混合動力系統(tǒng)采用獨(dú)特的行星齒輪結(jié)構(gòu)，巧妙地解決了模式切換過程中的動態(tài)協(xié)調(diào)問題。如圖1.2所示，動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力耦合機(jī)構(gòu)和減速齒輪等組成[4]。動力耦合機(jī)構(gòu)為行星齒輪機(jī)構(gòu)，太陽輪、齒圈和行星架分別與發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和發(fā)動機(jī)相連接，同時齒圈還與減速齒輪嚙合。由于齒輪機(jī)構(gòu)為二自由度的機(jī)構(gòu)，因此只要行星架、太陽輪和齒輪中任意兩個的轉(zhuǎn)速或者扭矩確定，那么第三個的轉(zhuǎn)速和扭矩也就固定下來，這是豐田PRUIS系統(tǒng)可以解決模式切換過程中動態(tài)協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵所在[5]。

豐田混合動力系統(tǒng)很好地解決了動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題，其最核心的技術(shù)是利用了精心設(shè)計的動力分配機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的反饋，從而保證電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)淖饔?。然而，其他類型不具備動力分配機(jī)構(gòu)的混合動力系統(tǒng)是不可能用類似的方法獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的，必須探索新的方法解決動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題。因此，豐田混合動力系統(tǒng)解決動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題的方法具有特殊性，而不具有普遍性。對于本文所研究的具有普遍意義的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題，豐田混合動力的控制方法并不能直接適用，但是，該方法中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩反饋和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制等具體方法卻為本文的研究工作提供了很有價值的參考。

在混合動力汽車模式切換控制方面，美國俄亥俄州立大學(xué) Kerem Koprubasi 等[6]將混合動力汽車的模式切換視為混雜系統(tǒng)的切換控制問題，將混合動力汽車的工作模式劃分為不同子域并設(shè)計了相應(yīng)的控制器，進(jìn)行了從純電動切換至混合驅(qū)動的仿真分析，通過實(shí)驗(yàn)證明了基于混雜系統(tǒng)的切換控制能有效減小模式切換過程對車輛產(chǎn)生的沖擊。

Kazunari Moriya等[7-8]針對豐田普銳斯混合動力系統(tǒng)，利用行星齒輪兩自由度運(yùn)轉(zhuǎn)時具有轉(zhuǎn)矩成比例的特點(diǎn)，通過可測的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩直接計算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，再通過電動機(jī)轉(zhuǎn)矩對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，很好地解決了模式切換之間的動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題。

R.beck 等[9]對一種雙電機(jī)單離合器的并聯(lián)式混合動力汽車從純電動切換至混合驅(qū)動過程的平穩(wěn)過渡問題進(jìn)行了研究，建立了并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)動力學(xué)模型，針對該模式切換過程提出了模型預(yù)測控制的方法。仿真結(jié)果表明該控制方法能有效保證模式切換過程的平穩(wěn)過渡。

Sangjoon Kim 等[10]針對一種并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，為了提高 EV/HEV 之間模式切換性能，提出了三種離合器接合壓力控制方法，制定了模式切換過程中的協(xié)調(diào)控制規(guī)則，根據(jù)仿真結(jié)果確定了在不同驅(qū)動條件下的最優(yōu)離合器壓力控制方法。

Anthony Smith,Yongsheng He 等[11-12]對單軸并聯(lián)式混合動力汽車純電動行進(jìn)中啟動發(fā)動機(jī)進(jìn)行了研究，提出了電機(jī)轉(zhuǎn)矩與離合器恒定壓力控制相結(jié)合的閉環(huán)控制策略，通過臺架試驗(yàn)證明了控制策略的有效性。

美國西南研究院對除豐田混合動力系統(tǒng)以外的混合動力系統(tǒng)(并聯(lián)式混合動力系統(tǒng))中的動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題進(jìn)行了研究。A.Nedungadi 等人[13]針對等速工況下狀態(tài)切換對混合動力汽車駕駛性能的影響進(jìn)行了研究，圖2是切換過程時的車速軌跡曲線，汽車車速在 40 s 時加速至40 mph，并保持 80 s，然后在 20 s 內(nèi)減至 0。將車速保持在 40 mph，進(jìn)行人工干預(yù)的切換過程:A) 第 45 s 時從充電狀態(tài)切換至發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同工作的狀態(tài)；B) 第 65 s 從共同工作狀態(tài)切換至純電動狀態(tài)；C) 第 95 s 從純電動狀態(tài)切換至共同工作狀態(tài)。

研究結(jié)果表明，如果車速變化幅度不超過 2 mph，駕駛員是感覺不到狀態(tài)切換的。圖 2是切換過程中差速器前轉(zhuǎn)矩波動的曲線，40 s 以前由于汽車處于加速過程中，為克服飛輪的轉(zhuǎn)動慣量使得轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大幅度的波動(駕駛員模型的增益也未優(yōu)化)。A、B、C 三處分別是上述三個切換過程造成的轉(zhuǎn)矩波動，從發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同工作的狀態(tài)切換至純電動狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩變化幅度最小，而從純電動狀態(tài)切換至發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同工作的狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩變化幅度最大。雖然短時間較大幅度的轉(zhuǎn)矩變化并沒有導(dǎo)致速度的大幅度變化，但美國通用汽車公司的 Hubbard 等人[14]指出，汽車駕駛舒適性要求汽車在加速或者由于振動沖擊造成的車速的加速度變化不能超過 0.3 m/s2，而且，較大幅度的轉(zhuǎn)矩變化也會對傳動系統(tǒng)部件造成沖擊和振動，因此，圖2(a)和圖2(b)的狀態(tài)切換的控制仍需進(jìn)一步優(yōu)化。A. Nedungadi 等人的研究工作雖然已經(jīng)涉及了對其他類型混合動力系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題的研究，但只是描述了當(dāng)混合動力系統(tǒng)狀態(tài)切換時的車速變化和差速器前的轉(zhuǎn)矩變化的過程，指出了動態(tài)協(xié)調(diào)控制的所要達(dá)到的目標(biāo)，并沒有透露具體的動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法以及控制方法改進(jìn)的方向。因此，A.Nedungadi 等人的研究工作對本文中如何開發(fā)動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法并沒有直接的參考價值。但是，研究工作中所采用的試驗(yàn)方法和提出的車速波動幅度的評價指標(biāo)，以及 Hubbard 等人指出的加速度的變化指標(biāo)都為本文在對動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法進(jìn)行驗(yàn)證時提供了參考。

童毅等[15-16]針對離合器結(jié)合變速器在擋的情況，提出了基于模型匹配控制的動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，開發(fā)出雙驅(qū)動電動機(jī)結(jié)構(gòu)的硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)平臺硬件系統(tǒng)。采用“發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩開環(huán)+發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩動態(tài)估計+電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”控制算法對典型的模式切換問題完成了理論分析、算法開發(fā)、仿真研究和臺架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法有效地減小了輸出轉(zhuǎn)矩的波動。其動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法基本算法示意圖如圖3所示。

張娜等[17]提出基于電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的混合動力汽車模式切換動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略，通過對發(fā)動機(jī)和電機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)控制，減小了混合動力汽車模式切換過程中的沖擊，提高了混合動力汽車的平順性。

錢立軍等[18]采用自適應(yīng)模糊 PID 算法，建立了駕駛員模型。使用基于發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最優(yōu)的能量管理控制策略，簡述了驅(qū)動模式判別條件及轉(zhuǎn)矩分配方法。提出 1 種“發(fā)動機(jī)調(diào)速+離合器模糊 PID控制+發(fā)動機(jī)動態(tài)轉(zhuǎn)矩查表+雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制”轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制方法，簡述了模式切換步驟。在 dSPACE 實(shí)時仿真系統(tǒng)上對控制策略進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真。仿真結(jié)果表明，該控制策略在能量管理方面控制效果良好，動力部件的輸出與控制策略完全吻合且平均車速誤差下降 37.1%。引入轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)之后，整車最大沖擊度下降 47.5%。

倪成群等[19]對一種單軸并聯(lián)式混合動力客車動力切換進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了從純電動模式到純發(fā)動機(jī)模式和混合驅(qū)動模式的切換過程，在離合器結(jié)合之前和結(jié)合過程中，采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速自適應(yīng)模糊比例積分微分閉環(huán)控制跟隨電動機(jī)轉(zhuǎn)速，在離合器結(jié)合后，利用電動機(jī)補(bǔ)償發(fā)動機(jī)動態(tài)轉(zhuǎn)矩，并進(jìn)行了臺架試驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的有效性。

朱軍等[20]對轉(zhuǎn)矩控制方法進(jìn)行了研究，判斷運(yùn)行模式在確定當(dāng)前需求轉(zhuǎn)矩不受轉(zhuǎn)矩限制且可用轉(zhuǎn)矩滿足電動機(jī)轉(zhuǎn)矩需求的情況下，將電動機(jī)需求轉(zhuǎn)矩確定為電動機(jī)最終目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)控制器收到信號后采用當(dāng)前混合動力模式的第1、2轉(zhuǎn)矩變化率逐步提升電動機(jī)轉(zhuǎn)矩至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，這種控制方法避免了模式切換時發(fā)生的轉(zhuǎn)矩階躍式升高或降低。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)目前相關(guān)研究具有以下特點(diǎn):

1) 從協(xié)調(diào)控制策略看，多數(shù)研究利用電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制的方法實(shí)現(xiàn)動力切換協(xié)調(diào)控制。

2) 從發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩參數(shù)實(shí)時獲取方式看，目前主要有以下方法:①發(fā)動機(jī)直接提供實(shí)時轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù);②根據(jù)發(fā)動機(jī)狀態(tài)參數(shù)的MAP圖標(biāo)定法;③神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、平均值模型等模型估計法；④曲軸瞬時轉(zhuǎn)速、缸內(nèi)離子電流等信號檢測分析法。方法①對發(fā)動機(jī)有要求，通用性差;方法②簡單易行，但精度和適應(yīng)性較差；方法③中平均值模型在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)試驗(yàn)大負(fù)荷情況下估計結(jié)果會出現(xiàn)較大偏差，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型估計精度較好但適應(yīng)性不佳，如果通過在線的實(shí)時訓(xùn)練來更新網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，所需要的硬件資源將會很高;方法比較復(fù)雜，對硬件要求較高。方法④使用電子信號檢測實(shí)時參數(shù)，由于電子信號較好的瞬時性，能夠獲得精確度高的目標(biāo)檢測量，但缸內(nèi)離子電流對檢測設(shè)備的要求較高，試驗(yàn)成本會大大增加。

3) 從車輛動力學(xué)建模工具看，很多研究采用了Matlab/Simulink軟件，其中很多對傳動系進(jìn)行了簡化，例如，文獻(xiàn)[19]對蓄電池、發(fā)動機(jī)、電動機(jī)做了相應(yīng)簡化。也有采用了AVL/Cruis、AMESim軟件建模仿真的，采用這類軟件可以大大簡化建模工作。

4) 從試驗(yàn)方法來看，絕大多數(shù)研究采用了離線仿真的方法，少數(shù)采用了硬件在環(huán)仿真和臺架試驗(yàn)，極少數(shù)進(jìn)行了整車試驗(yàn)。

5、混合動力切換協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)

為了解決協(xié)調(diào)控制問題，需要研究并聯(lián)混合動力電動汽車在發(fā)動機(jī)和電動機(jī)狀態(tài)切換時的系統(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)理，確定相應(yīng)的控制策略，控制發(fā)動機(jī)和電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的波動，并推導(dǎo)系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷依據(jù)。目前需要解決的關(guān)鍵技術(shù)如下:

1) 并聯(lián)混合動力電動汽車動力切換的瞬態(tài)特性與整車動力學(xué)建模。研究發(fā)動機(jī)、電池、電動機(jī)、離合器等總成在不同使用工況下的特性，分別建立其反映動態(tài)特性的動力學(xué)模型。建立轉(zhuǎn)矩模型觀測器對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時反饋，獲得發(fā)動機(jī)的動態(tài)變化特性模型；研究電池特性和電動機(jī)的動力特性；分析離合器接合特性;研究并聯(lián)混合動力電動汽車各動力源動力輸出的相互關(guān)系，建立整車動力學(xué)模型，研究發(fā)動機(jī)與電動機(jī)聯(lián)合作用的耦合規(guī)律。

2) 基于模型預(yù)測的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制。分析駕駛意圖，動力切換穩(wěn)定時間和行駛工況信息等因素對動力切換的瞬態(tài)穩(wěn)定性的影響，利用動力輸出的穩(wěn)定性控制參數(shù)補(bǔ)償汽車行駛中不確定因素引起的頻繁切換，保證汽車動力切換的穩(wěn)定。

3) 并聯(lián)混合動力系統(tǒng)動力切換動態(tài)協(xié)調(diào)控制的試驗(yàn)研究。仿真研究得出的結(jié)論距整車實(shí)驗(yàn)有一定差距，通過搭建硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺模擬實(shí)際系統(tǒng)，進(jìn)行并聯(lián)混合動力系統(tǒng)動力切換控制的硬件在環(huán)仿真研究，能夠協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的控制策略和性能指標(biāo)，從而可以驗(yàn)證和修正典型狀態(tài)切換的動態(tài)協(xié)調(diào)控制算法，而臺架試驗(yàn)和整車道路試驗(yàn)是該項研究真正實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)。

4) 并聯(lián)混合動力電動汽車動力切換時的瞬態(tài)穩(wěn)定性。為了決策出最佳的動力模式切換，既要考慮當(dāng)前行駛工況所對應(yīng)的動力模式(屬于離散變量)，也要考慮當(dāng)前模式下動態(tài)系統(tǒng)對應(yīng)的連續(xù)變量狀態(tài)值(如汽車車速，安全車距等)。一旦準(zhǔn)備切換到新的工作模式，又必須考慮工作模式切換所造成的連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。建立汽車不同動力模式切換的統(tǒng)一混雜動態(tài)系統(tǒng)模型。明確各狀態(tài)的邊界和約束條件，建立動力切換系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的李雅普諾夫函數(shù)。

6、結(jié)論

建立合理準(zhǔn)確的部件模型和整車動力學(xué)模型可正確反映部件的穩(wěn)態(tài)動態(tài)特性，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，為試驗(yàn)研究積累基礎(chǔ)。試驗(yàn)研究初期利用軟件離線仿真可以初步測試控制策略的效果，利用硬件在環(huán)仿真可以方便地對控制器的功能進(jìn)行檢驗(yàn)，臺架試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)從零部件到整車的各種試驗(yàn)，試驗(yàn)過程易于操控，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下整車試驗(yàn)?zāi)軌蚪o動力系統(tǒng)施加真實(shí)的道路負(fù)載，準(zhǔn)確反映動力系統(tǒng)的實(shí)際性能。動力切換的協(xié)調(diào)控制能夠防止混合動力系統(tǒng)動力切換時可能發(fā)生的發(fā)動機(jī)，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩突變問題，提高動力傳遞的平順性。分析動力切換控制過程的穩(wěn)定性，確保協(xié)調(diào)控制方法具有很好的自適應(yīng)性和容錯能力，才能為協(xié)調(diào)控制策略的真正應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

[1] 楊陽，楊文輝，秦大同，等.強(qiáng)混合動力汽車驅(qū)動模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制策略[J]重慶大學(xué)學(xué)報，2011,34 (2):74-81.

[2] 趙治國，何寧，朱陽，等.四輪驅(qū)動混合動力轎車驅(qū)動模式切換控制[J]機(jī)械工程學(xué)報，2011,47 (4):100-109.

[3] USA EPA.Evalution of a Toyota Pruis Hybrid Syetem.Peport EPA420-R-98-006,1998.

[4] Michael Duoba, Robert Larsen.Characterrization and Compasion of Two Hybrid Electric Vehicle(HEVs)-Honda Insight and Toyota Pruis. SAE paper,2001-01-1335.

[5] Aymeric Rousseau and Benoit Deville, Gerald Zini, Justin Kern, John Anderson and Mike Duoba,Honda Insigt Validation Using PSAT,SAE paper,2001-01-2538.

[6] Kerem Koprubasi. Modeling and control of a hybrid-electric vehicle for drivability and fuel economy improvements[D].Ohio State University,Ohio,USA,2008.

[7] Akihiro K, Tetsuya A, Shohici S. Driving force control of a parallel-series hybrid system [J].JSAE Review, 1999, 20(3):337-341.

[8] Kazunari M, Yoshiaki I, Yukio I. Design of the surge control method for the electric vehicle powertrain[C]. SAE, 2002-01-1935, 2002.

[9] R.Beck, et al. Model Predictive Control of a Parallel Hybrid Vehicle Drivetrain[C].Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference 2005 Seville, Spain, December 12-15, 2005: 2670-2675.

[10] Sangjoon Kim, Joonyoung Park. Transient Control Strategy of Hybrid Electric Vehicle during Mode Change.SAE paper.2009-01-0228.2009.

[11] Anthony Smith, Norman Bucknor, Hong Yang.etl Controls Develo -pment for Clutch-Assisted Engine Starts in a Parallel Hybrid Electric Vehicle[C] SAE: 2011-01-0870.

[12] Yongsheng He, Norman K, Bucknor, Anthony L.Smith. Modeling and Drivability Assessment of a Single-Motor Strong Hybrid at Engine Start[C] SAE: 2010-01-1440.

[13] A. Nedungadi et al, A Parallel Hybrid Powertrain-Design, Analysis, and Control, Source Unknown.

[14] Hubbard et al, System Level Control of a Hybrid-Electric Vehicle Drivetrain, Proceedings of the American Control Conference v 1 Jun 4-6 1997.

[15] 童毅,歐陽明高,張俊智.并聯(lián)式混合動力汽車控制算法的實(shí)時仿真研究[J]機(jī)械工程學(xué)報,2003,39(10):157-167.

[16] 童毅.并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題的研究[D].北京:清華大學(xué)汽車工程系,2004.

[17] 張娜 重度混合動力汽車模式切換與AMT換擋平順性控制策略研究[D].重慶:重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,2012.

[18] 錢立軍,邱利宏,辛付龍,胡偉龍. 插電式四驅(qū)混合動力汽車能量管理與轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院,合肥,230009,2014.10.

[19] 倪成群,張幽彤,趙強(qiáng),等.混合動力離合器結(jié)合過程的動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制策略[J].機(jī)械工程學(xué)報,2013,49(4):114-121.

[20] 朱軍,周宇星,馬成杰,等.一種混合動力車輛模式切換扭矩控制方法:中國,CN201110460820.5[P].2013-07-03.

Reviewe of parallel hybrid electric vehicle drive mode switches coordination control study

Zheng Shenggen, Li Jun
( School of electrical and mechanical and automotive engineering Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074 )

Hybrid electric vehicles are becoming the trend of the development of the automotive industry, and have achieved a breakthrough in the market. In hybrid system, the two sources of power need to switch energy management and drive mode according to the driving traffic. Owing to the different dynamic response characteristics of the engine and the motor, using the target torque to control the total demand torque according to their respective characteristics, this may lead to the power interruption and the torque oscillation in the process of vehicle running mode switching. This paper studies the dynamic coordination control of the output torque of the engine and the motor in the process of operation mode switch, the purpose is to avoid electrical shock caused by the exploding load, hoping to keep the vehicle running smoothly and fast comfort in the process of mode switching transition.

hybrid electric vehicles; drive mode; switch; coordination control

U469.7

B

1671-7988(2015)07-139-05

張勝根，就讀于重慶交通大學(xué),機(jī)電與汽車工程學(xué)院。