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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2021, Vol. 55 Issue (7): 1225-1233    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.07.001
机械工程     
基于扩张状态观测器估计的混合动力汽车协调控制
汪佳佳(),蔡英凤*(),陈龙,汪少华,施德华
江苏大学 汽车工程研究院，江苏 镇江 212013
Coordinated control of hybrid electric vehicle based on extended state observer estimation
Jia-jia WANG(),Ying-feng CAI*(),Long CHEN,Shao-hua WANG,De-hua SHI
Automotive Engineering Research Institute, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
 全文: PDF(1253 KB)   HTML
摘要：

为了提高功率分流式混合动力汽车模式切换的稳定性，提出干扰补偿的转矩协调控制策略. 针对发动机动态响应振荡及车辆行驶工况多变的问题，设计多变量线性扩张状态观测器，从频域角度验证了观测器对于上述2种干扰的估计精确性. 研究不同干扰对基础电机补偿控制稳定性的影响，指出负载干扰对车辆模式切换响应的影响最大，引起的切换冲击最大可至24.5 m/s3. 提出基于干扰补偿的动力源转矩再分配算法，开展仿真验证. 结果表明，该协调控制策略在受到明显的外界干扰时能够保证系统的稳定性及模式切换的平顺性.
关键词： 混合动力汽车（HEV）;  模式切换;  扩张状态观测器;  外界干扰;  稳定性    
Abstract:

A torque coordinated control strategy based on disturbances compensation was proposed in order to improve the mode switching stability of power-split hybrid electric vehicles. A multi-variable linear extended state observer was designed aiming at the problem of engine dynamic response oscillation and vehicle driving condition variation. Then its estimation accuracy of the above disturbances was verified from the frequency domain perspective. The influence law of different disturbances on the stability of basic motor compensation control was analyzed. The load disturbance has a greater influence on the vehicle mode switching response, and the peak value of the switching jerk can reach 24.5 m/s3. The coordinated control strategy of power sources torque redistribution algorithm based on disturbances compensation was proposed and verified by simulation. Results show that the control strategy can guarantee the system stability and smoothness of mode switching under the obvious interference.
Key words: hybrid electric vehicle (HEV)    mode switching    extended state observer    external disturbance    stability
收稿日期: 2020-06-08 出版日期: 2021-07-05
CLC:  U 463  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目（U1764257，51905219）；江苏省重点研发计划资助项目（BE2016149）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（BK20190844）；江苏省高等学校自然科学研究资助项目（19KJB580001）
通讯作者: 蔡英凤     E-mail: wjj751772554@163.com;caicaixiao0304@126.com
作者简介: 汪佳佳（1992—），女，博士生，从事混合动力汽车动态协调控制的研究. orcid.org/0000-0002-5374-5570. E-mail： wjj751772554@163.com
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引用本文:

汪佳佳,蔡英凤,陈龙,汪少华,施德华. 基于扩张状态观测器估计的混合动力汽车协调控制[J]. 浙江大学学报(工学版), 2021, 55(7): 1225-1233.

Jia-jia WANG,Ying-feng CAI,Long CHEN,Shao-hua WANG,De-hua SHI. Coordinated control of hybrid electric vehicle based on extended state observer estimation. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2021, 55(7): 1225-1233.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2021.07.001    或    https://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2021/V55/I7/1225

图 1  双行星排式功率分流系统
工作模式 发动机 MG1 MG2 B1 说明
纯电动 关 开 开 锁止 车速较低，负荷较低，且SOC较大
混合驱动 开 开 开 锁止 整车负荷持续增加或SOC低
表 1  典型的工作模式
图 2  双行星排杠杆模型
图 3  整车模式切换响应仿真与试验对比图
参数 数值
发动机 最大功率（转速） 54 kW(4 700 r/min)
发动机 最大扭矩 115 N·m
电机MG1 最大功率（转速） 15 kW(8 000 r/min)
电机MG1 最大扭矩 55 N·m
电机MG2 最大功率（转速） 30 kW(12 000 r/min)
电机MG2 最大扭矩 305 N·m
动力电池 容量 6.5 A·h
动力电池 额定电压 288 V
行星轮系特征参数 前排PG1 1.842
行星轮系特征参数 后排PG2 2.48
整车 满载质量 1 398 kg
整车 迎风面积 1.746 m2
整车 空气阻力系数 0.3
整车 滚动阻力系数 0.008
整车 滚动半径Rt 0.287 m
整车 主减速器速比io 3.93
整车 kp1/ki1 0.025/0.015
整车 kp2/ki2 0.5/0.000 1
表 2  整车关键部件参数
图 4  混合动力汽车模式切换控制框图
图 5  发动机冷起动阻力矩
图 6  发动机转矩干扰下2种协调控制效果的对比
图 7  输出端负载干扰下2种协调控制效果的对比
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