重型商用车辆轮毂液压混动系统多模式动态协调与非线性控制

Heavy commercial vehicles play an important role in modern infrastructure of our country, and the heavy commercial vehicles with In-wheel Hydraulic Hybrid System (IHHS) show strong competitiveness and good prospect in the international market for the advantages of high power density and high efficiency. In the project, the multi-functional integration design, multi-mode optimization and dynamic coordination, and nonlinear control for the uncertain external disturbance systems are conducted, based on the IHHS for heavy commercial vehicles. First, the IHHS is optimization designed to be function completion by the integration of the advantages of open loop and closed loop hydraulic circuit. And then, to explore the dynamic quality of the system, dynamic response characteristics and details modeling for key parts of the hydraulic system are carried out, which include hydraulic variable pump, hydraulic solenoid valve and accumulator, etc. Third, multi-mode energy management strategy optimization and dynamic coordination control strategy design for the IHHS are developed. Then research of nonlinear optimal control of the complex uncertain system which is under the external disturbance and system parameter perturbation is conducted. Finally, the hardware-in-loop experiment test and vehicle prototype platform test will be taken to verify the results of the study. Eventually it is expected to improve comprehensive properties and the international competitiveness of the heavy commercial vehicles with IHHS.

重型商用车辆在国家现代化基础建设中扮演着重要角色，其中，轮毂液压混动系统凭借其功率密度大，效率高等优点，表现出很强的竞争力和应用前景。本课题针对重型商用车辆，开展轮毂液压混动系统多功能集成设计、多模式优化与动态协调、参数摄动及外界扰动不确定系统的非线性控制研究。首先集成开式与闭式液压回路特点，优化设计功能完备的轮毂液压混动系统；其次开展变量泵控系统，液动电磁阀、蓄能器等动态响应特性及细节建模研究，探究其对系统动态品质的影响；然后开发轮毂液压混动系统多模式优化与动态协调控制策略；针对轮毂液压混动非线性系统，在外界复杂工况扰动、系统参数摄动条件下，进行不确定系统的非线性优化控制理论研究；最后通过硬件在环实验平台与实车平台进行综合测试，以验证上述研究成果。最终期望有效提升我国轮毂液压混动重型商用车辆综合性能，提高我国重型商用车辆的国际竞争力。

重型商用运输车辆在国家的现代化基础建设中扮演着重要的角色，轮毂液压混合动力系统凭借其功率密度大、质量体积小、综合成本低等优点，在重型商用车领域表现出较强的竞争力和良好的市场应用前景。本项目主要研究了轮毂液压混合动力系统多模式动态协调控制策略开发及面向系统非线性问题的控制及设计，目标是实现节能优化效果和动态控制品质的综合提升。首先，设计了关键液压部件轮毂液压混合动力系统架构，并基于节点容腔法完成了轮毂液压混合动力系统动态模型搭建，从而解决了系统多功能集成设计问题。其次，结合轮毂液压混合动力系统的多模式工作特点，提出了一种基于系统多模式控制特性的全局优化改进算法，有效降低系统控制变量维度，提高计算效率。然后，提出了基于系统自身工作特性的确定性切换规则以及基于系统性能最优的不确定性切换规则，有效根据驾驶员操作、路面工况条件、液压系统状态、整车经济性控制需求等综合仲裁系统目标工作模式。最后，设计了基于模型预测控制的驱动力协调控制策略以及基于Lyapunov稳定性原理的非线性控制器，解决了轮毂液压混合动力系统驱动力协调控制与液压系统本质非线性的耦合控制问题，实现了最优驱动力协调控制效果，保证了系统工作过程中的动态控制品质。完成了项目计划的全部研究内容，并达到预期目标，发表文章19篇（均标注本基金项目资助），其中SCI文章6篇，EI文章13篇，授权专利14项，出版中英文专著1部，参与国际/国内会议7次，培养博士/硕士生7人。本项目的研究成果进一步完善了自主开发轮毂液压混动系统的控制理论，也将为科学的动态控制算法走向实际工程应用提供了基础理论支持。通过本课题的研究，将有效改善液压混合动力车辆的纵向平顺性，进一步提升轮毂液压混合动力系统的动态响应性能，为提高我国轮毂液压混合动力车辆产品的综合竞争力奠定基础。