极端行驶工况下HEV工作模式瞬态切换稳定性突变机理及失稳控制

The mutated motion state of HEV’s powertrain causes its nonlinear bifurcation into unstable motion when working mode transient switching of HEV in extreme driving conditions. And this will result in the loss of powertrain stability of HEV. HEV’s working mode transient switching is an important performance to ensure the stability of its powertrain. In this program, description of the essential features and migration of motion states of HEV’s working mode transient switching are explored. And nonlinear dynamic model of working mode transient switching of HEV is presented. It analyzes the dynamic evolution process of smooth bifurcation in switching critical state and non-smooth bifurcation in transient switching process of HEV’s powertrain. The stability criterion of working mode transient switching of HEV is derived. On these grounds, instability control method is proposed. This program aims to accurately grasp the stability mutation mechanism and instability control method of working mode transient switching of HEV in extreme driving conditions, and provides a theory basis for developing stability control technology of HEV’s powertrain which with independent intellectual property rights in the field of automotive engineering.

极端行驶工况下混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）进行工作模式瞬态切换时，HEV动力传动系统运动状态发生突变，导致其通过非线性分岔进入不稳定运动，造成HEV动力传动系失去稳定性的危险状况。HEV工作模式瞬态切换稳定性是保证HEV动力传动系统稳定安全运行的重要性能，本项目探究HEV工作模式瞬态切换的本质特征描述及运动状态的迁移描述，构建HEV工作模式瞬态切换非线动力学模型，深入分析HEV动力传动系统在工作模式切换临界状态下光滑分岔以及瞬态切换过程中非光滑分岔的动力学演变过程，推导得到HEV工作模式瞬态切换的稳定性判据，据此提出HEV工作模式瞬态切换失稳控制方法。项目旨在准确掌握极端行驶工况下HEV工作模式瞬态切换稳定性突变机理及失稳控制方法，为汽车工程领域开发具有自主知识产权的HEV动力传动系统稳定性控制技术提供动力学理论依据。

在极端行驶工况下混合动力客车进行模式切换时，动力传动部件运行状态发生突变，混合动力客车传动系统表现出复杂的动力学行为，影响模式切换稳定性。本项目以某款同轴混联式混合动力客车为研究对象，分析了其动力传动系统的结构特征及工作模式，明晰了混合动力客车在不同工作模式下的能量流动规律，并建立了用于混合动力客车模式切换稳定性研究的数学模型；基于LuGre摩擦模型推导了离合器滑摩状态下的传递转矩，建立了混合动力客车传动系统模式切换过程非线性动力学模型，利用Routh-Hurwitz定理和分岔理论探究了离合器转速差对混合动力客车传动系统模式切换过程稳定性的影响规律，确定了混合动力客车传动系统模式切换过程的运行稳定域；考虑离合器接触与锁止引发的瞬态轴系冲击，建立了混合动力客车传动系统模式切换临界非线性动力学模型，应用分岔理论求解轴系冲击与电磁参数的双参数耦合分岔集，对混合动力客车传动系统模式切换临界运行区域进行划分，利用数值仿真分析了混合动力客车传动系统不同运行区域的非线性动力学行为；针对由离合器接合引发的混合动力客车模式切换失稳问题，基于LaSalle不变集定理设计了模式切换失稳控制方法，扩大了混合动力客车模式切换运行稳定域，对模式切换下驱动电机转速进行持续追踪，抑制了驱动电机转速的无规则振荡，利用理论分析和数值仿真验证了模式切换失稳控制方法的有效性学习；利用现有的混联式混合动力客车平台，进行了混合动力客车纯电动模式切换至混合驱动模式的实车道路试验。试验结果验证了混合动力客车模式切换稳定性理论分析的正确性，且所设计的模式切换失稳控制方法能够有效减小车速下降幅度，并降低车辆的纵向冲击度约46%。