混合驱动汽车构型优选和机电耦合协调控制

Hybrid transmission technology is one of development directions of vehicle powertrain, because of its energy conservation and environment protection. The key technologies of hybrid transmission have achieved great improvement, but there are still some basic theoretical problems. The hybrid transmission system’s design method of the configuration, electromechanical coupling dynamics and dynamic torque coordinated control of internal-combustion engine/electric motor, are the basic scientific issues that related to its original innovation, safe operation and performance control. Accordingly，the main object of this research are as follows: Develop a hybrid transmission system configuration topology synthesis graph theory model and topological optimization method; obtain a dynamic programming algorithm of configuration synthesis. Build an electromechanical coupling dynamic model of the electromechanical rotor system, reveal its mechanism and prove up its regular pattern. Present a new method of active vibration control through current harmonic injection. Propose a method of coordinated robust control for multi-power sources under multiple time scales perturbation and the theory of feedforward-feedback compound coordinated control. Develop a multi-mode hybrid transmission verification prototype. This research will certainly enhance the capability of independent innovation of hybrid transmission in China, and provide the theoretical basis for the design, analysis and control of hybrid transmission.

混合驱动汽车具有节能、环保的特点，混合动力传动是汽车传动技术的发展方向之一。尽管我国混合动力传动系统已获得较大的技术突破，但在构型的设计方法、机电耦合动力学以及发动机/电动机的协调控制，这些关乎混合动力传动系统的原始创新、安全运行、性能调控的基础科学问题方面，仍亟待深入研究。针对该问题，本项目拟构建混合动力传动系统构型拓扑综合图论模型和优选方法，形成动态规划的构型综合算法；建立机电转子系统机电耦合动力学模型，揭示机电耦合机理，探明机电耦合规律；提出电流谐波注入的扭转主动减振方法、多时间尺度扰动下多动力源协调鲁棒控制方法和前馈-反馈复合协调控制理论；研制多模式混合动力传动装置验证样机。本研究将全面提升我国混合动力传动系统的自主创新能力，为混合动力传动系统的设计、分析、高性能运行和协调控制提供理论支撑。

混合动力传动是汽车传动技术的发展方向，其核心部件混合动力传动系统将多个动力源合理耦合，可大大改善汽车的燃油经济性、动力性以及平顺性。但制约我国混合动力传动技术的基础理论问题依然存在。由于相异构型的性能差异，如何进行多模式混合动力传动系统的构型设计、优选和评估是混合动力需要解决的首要问题；另一方面，机电耦合机理的不清晰影响机电功率流调控，探寻主动减振方法具有重要理论与应用价值；再者，由于混合动力汽车存在电机与发动机高低频响应之间的转矩协调控制问题，如何协调控制各部件工作在最优状态，以实现动力性、经济性等多方面性能和控制品质提升，具有重要价值。.本项目围绕构型优选、机电耦合动力学、发动机/电机动态转矩协调控制三个问题，首先建立了构件属性明确的功能分层图论模型，提出了基于动态规划和自由度拓展的多模式混合动力系统构型拓扑综合方法，提出了涵盖拓扑综合层、传动机构层和系统应用层的构型分层拓扑优化算法。其次揭示了齿轮耦合振动特性的影响规律，建立了行星齿轮传动系统不同模式下的振动模型，研究了时滞和通信中断、发动机和负载干扰对模式切换稳定性和平顺性的影响，提出了融合时滞预估与干扰补偿的复合协调控制方法。其次，分析了混合动力转子系统的固有频率与临界转速，获得了转子系统的稳定运行边界条件。通过高分辨率的电系统信号作为输入设计观测器，对混合动力传动系统各个状态进行估算，提出了一种基于电流谐波注入的扭转主动减振方法。开展了面向控制的混合动力系统建模方法的研究，提出了模型降维与校正方法。建立了前馈-反馈控制策略模型，基于模型提出了多动力源协调控制方法。最后，基于构型拓扑研究成果，完成了项目验证样机的结构设计和控制系统开发。搭建了整车虚拟仿真平台，完成了验证样机试制，台架试验，实车试验验证，验证了本项目提出的设计理论和控制方法。