基于多层次的多动力源传动系统匹配与动态控制研究

In order to enhance comfort andfuel economy of hybrid powertrains,theinteractional multi-level matching and control optimization process, i.e. ‘structure topology optimization –modeling and theoretical analyses – control algorithm’,is studied, and the coupling mechanism of multiple time-varying parameters related to nonlinear shock and vibration andfuel economyin the dynamic coordinating process is revealed.Adynamic model considering the engine instantaneous torque, power coupling mechanism dynamic engaging force, and battery-motor dynamic torque is established.The research focus is on the effect of multiple factors (e.g. system configuration, mechanical parameters, control parameters and typical operating conditions)on nonlinear shock and vibration and fuel economyin the dynamic coordinating process with internal and external excitations,and the multi-objective nonlinear optimal trade-off control surface and design surface are obtained.To incorporate the engine dynamic torque adaptive tracking control, motor torque adaptive compensation control, clutch and brake transient dynamic control with multiply coupled time-varying parameters, a discrete adaptivecoordinatedcontrol algorithm for multi-power-source powertrain systems is proposed,which lays the theoretical foundation for hybrid powertrain system optimization and dynamic coordinated control.

为了进一步提高混合动力传动系统驾驶平顺性和燃油经济性，通过“结构拓扑优化—建模及理论分析—控制算法”多层次互相关联的匹配及控制优化研究，揭示系统动态协调过程中与非线性冲击振动及燃油经济性相关联的多重时变参数的耦合机理。建立综合考虑发动机瞬态转矩、动力耦合机构动态啮合力、电池-电机动态转矩等因素的动力学模型，重点研究在内部激励和外部激励共同作用下，系统构型、机械参数、控制参数、典型工况等多因素对系统动态协调过程中非线性冲击振动与燃油经济性的影响规律，获得多目标非线性的最优权衡控制曲面与设计曲面；探索多重耦合时变参数下发动机动态转矩自适应跟随控制、电机转矩自适应补偿控制、离合器及制动器过渡动态控制等方法的多动力源传动系统离散化自适应动态协调控制算法，为混合动力传动系统优化设计及动态协调控制奠定科学理论基础。

为进一步提高混合动力传动系统驾驶平顺性以及燃油经济性，本项目以“混合动力系统拓扑结构优化-混合动力系统动力学建模及性能影响规律探究-混合动力系统动态协调控制研究”为主体研究思路开展了深入的科学理论研究。. 首先，针对行星排式功率分流装置构型设计方法进行研究，提出了一种新型行星排功率分流式混合动力系统构型方案，并在此基础上进行了拓扑优化；同时，针对国内CHS构型的缺陷，提出了两类基于拉维娜结构的功率分流式混合动力系统拓扑衍生构型。. 然后，建立了发动机瞬态输出扭矩预估模型，分析了发动机不同控制参数对发动机瞬态输出扭矩的影响规律；建立了电池动态充放电预计模型，分析了不同工况、环境温度、循环次数的电磁充放电状态估计方法；建立了电机动态转矩预估模型、耦合机构齿轮系统的非线性动力学模型、离合器/制动器滑摩过渡动态过程预估模型以及复合功率流混合动力系统动力学模型， 并对其模型精度进行了验证。. 在理论建模基础上，分别探索了发动机控制参数、电池-电机控制参数和扭转减震器、发动机起动工况点以及齿轮啮合刚度等结构参数对混合动力系统非线性冲击振动特性的影响规律；提出了一种针对模式切换以及非稳态运行工况的混合动力系统动态过程振动与冲击平顺性的优化控制方法。.最后，项目组分别进行了台架试验及实车道路试验，验证了所提出的控制方法的有效性，为混合动力传动系统优化设计以及动态协调控制提供了基础理论支撑以及相关关键技术支撑。. 依托本项目研究，发表高水平论文14篇，其中，SCI论文13篇，机械工程学报1篇；授权中国国家发明专利4项；获得重庆市科学技术进步三等奖1项（排名第五）；培养并毕业博士研究生2名，硕士研究生5名。