[发明专利]基于有限时间状态扩张观测器与时滞补偿控制器的混合动力汽车模式切换协调控制方法

说明书

本发明公开了基于有限时间状态扩张观测器与时滞补偿控制器的混合动力汽车模式切换协调控制方法，该控制系统包含模式判别模块、复合控制模块以及转矩控制分配模块。模式判别模块判断车辆工作模式，并由有限时间状态扩张观测器与时滞补偿控制器构成的复合控制模块获取切换过程的控制律，转矩控制分配模块进一步根据复合控制模块的输出量进行不同动力源输出转矩的分配。从而显著削弱纯电动模式到混合驱动模式的切换过程中由整车质量变化等参数不确定性及路面附着系数、道路坡度变化等外部干扰和车辆信号网络传输过程存在的时延对系统稳定性的影响，提高车辆在模式切换过程中的精确控制性能和暂态抗干扰性能。

技术领域

本发明属于混合动力汽车动态控制领域，特别涉及一种功率分流式混合动力汽车模式切换协调控制方法。

背景技术

混合动力汽车具有发动机和电动机两种动力源系统，通过选择不同的驱动模式不仅可以提高车辆燃油经济性、降低尾气排放，还能实现良好的动力性。车辆在纯电动模式到混合驱动模式的切换过程中涉及离合器的结合、发动机的快速启动、发动机和电机转速响应。由于发动机和电动机响应特性的差异以及离合器的非连续性，车辆在模式切换时会产生较大的冲击，降低乘坐舒适性。为了减小冲击，必须对动力源进行动态协调控制。当前混合动力汽车动态协调控制研究中，很少考虑系统内部参数摄动、外界干扰和系统时滞对模式切换过程协调控制的影响，车辆复杂的大范围道路行驶条件下，协调控制策略必须做出相应的修改。

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明针对一种双行星排结构的功率分流式混合动力汽车模式切换过程进行协调控制，引入有限时间状态扩张观测器和时滞补偿控制器来提高系统的稳定性，其具体技术方案如下：

基于有限时间状态扩张观测器与时滞补偿控制器的混合动力汽车模式切换协调控制方法，包括依次相连的模式判别模块、复合控制模块以及转矩控制分配模块；所述模式判别模块根据制动器、离合器状态、车速信号和发动机转速判断车辆运行模式，并将求得的模式信号传递给复合控制模块和转矩控制分配模块；复合控制模块由前馈补偿和反馈控制构成，其中前馈补偿是采用有限时间状态扩张观测器对由传感器噪声、路面附着系数变化和系统内部参数的摄动等干扰进行实时观测估计补偿，反馈控制是构建时滞补偿控制器对系统时滞进行预估补偿；转矩控制分配模块进一步根据复合控制模块求得的不同部件转矩以及模式判别模块确定的车辆工作模式信号求解其他部件的输出转矩。

进一步，所述模式判别模块包括以下过程：

步骤1，混合动力汽车初始状态以纯电动模式行驶，此时离合器CR1、CR2分离，制动器CB1、CB2锁止，发动机和电机MG1关闭，车辆仅由电机MG2提供动力驱动车辆行驶；车辆控制器VCU根据实时车速和已设定的切换车速阈值v₁判断是否进行模式切换；

步骤2，当车速v≥v₁时，混合动力汽车满足切换条件，进行模式切换，车辆由纯电动模式进入发动机启动模式，此阶段电机MG1需要在短时间内拖转发动机直至怠速转速w_idle；

步骤3，当发动机转速w_e≥w_idle时，此时车辆进入制动器CB1分离阶段，VCU控制制动器CB1迅速断开，同时发动机开始点火；

步骤4，当制动器CB1完全分离时，此时离合器CR1进入滑摩阶段，使得离合器两端转速差︱w_in－w_out︱逐渐减小至设定阈值ε，实现离合器的完全结合，其中w_in为离合器输入盘转速，w_out为离合器输出盘转速；

步骤5，当︱w_in－w_out︱≤ε时，此时离合器两端转速差足够小，认为离合器完全结合，车辆进入混合驱动模式，整车由发动机、电机MG1和电机MG2共同驱动，且通过电机调节发动机于最优转速，模式切换结束。

进一步，所述复合控制模块执行以下过程：