双离合器变速四轮驱动混合动力汽车广义模式切换过程动态分析及优化控制

The problem of longitudinal driving performance has gradually become the technical bottleneck for some of independent brand hybrid vehicles in its process of industrialization.From the perspective of switching system ,hybrid powertrain control and transmission control be integrated,as well as taking the innovative four wheel drive hybrid electric car using dual clutch transmission as the carrier,Transient dynamics and dynamic optimal control algorithm for the generalized mode switching process (including the mode switching and shift process) will be studied in this application project.Firstly, based on the different power source, a dual clutch automatic transmission ( DCT ) and vehicle dynamics, the generalized mode switching state space model will be constructed.So, the problem of dynamic modeling of electromechanical coupling system can be resolved;Secondly, considering the jerk of the vehicle, the clutch slip friction work and switching (shift) time, the corresponding switching control law will be designed to coordinate every power source's output torque ( or rotated speed), DCT double clutch and powertain main clutch's connection states respectively using linear quadratic optimal control, H∞ robust control and sliding mode variable structure control based on forecast optimization.Furtherly the problem of optimal control for the switching process can be resolved; Thirdly, the effectiveness of the above switching control strategies will be tested through the off-line simulation,hardware in the loop simulation and real vehicle tests.Implementation of this project will provide fundamental understanding and analysis of the generalized mode switching process for hybrid vehicle, the vehicle and provide a theoretical basis and countermeasures for the Improvement of the longitudinal driving performance, at the same time, the theoretical research and application process of switching system will be promoted too.

纵向驾驶性问题已成为混合动力汽车产业化进程中的技术瓶颈，项目以创新的双离合器变速四轮驱动混合动力汽车为载体，将动力系统控制与变速控制进行集成，从切换系统的视角，探讨广义模式切换过程(包括模式切换及换挡)动力学及优化控制理论。首先对广义模式切换过程进行分析，基于不同动力源、双离合器变速器（DCT）和车辆等动力学，构建不同切换阶段的状态空间模型，解决机电耦合系统动态建模问题；其次，综合考虑车辆冲击度、离合器滑摩功和切换时间，分别利用有限时间二次型最优、H∞鲁棒和预测优化+滑模变结构等控制理论，设计相应切换控制律，以协调各动力源输出转矩（或转速）和DCT变速器执行机构运动，解决切换过程优化控制问题；最后，通过离线模拟、硬件在环仿真及实车试验来验证优化控制策略的有效性。项目实施将为根本认识和分析混合动力汽车模式切换和换挡过程，改善其纵向驾驶性能提供理论依据和解决对策，推进切换系统理论研究和运用进程

由于可实现动力换挡，双离合器自动变速器（DCT）已成为并联混合动力系统构型的主流变速方案。为减小双离合器变速混合动力轿车频繁广义模式切换过程车辆的纵向冲击和离合器滑摩功、缩短切换时间，项目系统研究了其广义模式切换过程动力学及动态优化控制方法。主要研究工作及结论如下：. 1）双离合器变速四轮驱动混合动力轿车广义模式切换过程分析. 对驱动工作模式切换过程和动力源介入DCT变速器连续升降挡过程进行动态分析。定义了驱动模式切换条件和可行的模式切换过程。分析了各模式下能量流动及动力传递路线，并对驱动效率进行理论计算。. 2）综合运用键合图、多体动力学和状态空间等建模手段、搭建了双离合器变速混合动力轿车零部件及广义模式切换过程不同阶段的动态模型. 搭建了可用于瞬态切换过程分析的零部件模型并进行了测试验证。建立了模式切换过程和动力源介入DCT变速器换挡过程不同阶段非线性状态空间描述模型。. 3）建立了双离合器变速四轮驱动混合动力轿车广义模式切换过程动态优化控制理论体系. 利用切换系统二次型最优控制、H∞鲁棒控制和预测优化+滑模变结构控制理论，计算确定广义模式切换过程各动力源输出转矩（或转速）及DCT变速器执行机构的目标设计曲线。. 4）构建了广义模式切换过程离合器传递转矩的动态估计理论体系. 考虑离合器实际传递转矩不易测量及易受摩擦片温度（和磨损）等影响，提出并应用扩展卡尔曼滤波、无味卡尔曼滤波以及高阶滑模观测器对干式DCT起步与换挡过程中离合器传递转矩行了动态估计，并基于DCT的样车进行了实车验证。. 5）广义模式切换过程动态优化控制及状态估计试验方法探索. 设计并搭建了DCT动态性能测试台架，通过硬件在环仿真试验，验证广义模式切换过程优化控制策略以及离合器转矩动态估计算法的的有效性。. 项目最终构建了双离合器变速混合动力轿车动态优化控制和离合器传递转矩动态估计理论体系，为认识和分析混合动力轿车模式切换及换挡过程，优化并改善其驾驶性能提供了理论依据。