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滑模控制：开启HEV转矩动态协调新时代

一、引言

随着全球汽车保有量的持续增长，能源短缺与环境污染问题日益凸显，发展高效、节能、环保的新能源汽车已成为汽车产业可持续发展的关键方向。混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle，HEV）作为传统燃油汽车向纯电动汽车过渡的重要车型，融合了传统内燃机与电动机的优势，在提升燃油经济性、降低尾气排放等方面展现出显著潜力，近年来在全球范围内得到了广泛关注与迅速发展。

在HEV的运行过程中，转矩动态协调控制是确保车辆动力性能、驾驶平顺性以及能量高效利用的核心技术之一。由于HEV动力系统由发动机和电动机组成，两者的转矩输出特性存在较大差异，发动机转矩响应相对迟缓，而电动机能够实现快速、精确的转矩调节。在车辆的启动、加速、减速以及不同行驶工况切换过程中，如何实现发动机与电动机转矩的实时、精准协调，避免转矩波动与冲击，确保车辆动力输出的平稳性与连续性，成为HEV技术发展面临的关键挑战。例如，在急加速工况下，如果发动机与电动机转矩不能及时匹配，可能导致车辆加速迟缓、顿挫感明显，严重影响驾驶体验；而在制动能量回收过程中，若转矩协调不当，不仅会降低能量回收效率，还可能影响制动安全性。因此，深入研究HEV转矩动态协调控制策略具有重要的理论意义与实际应用价值。

滑模控制（SlidingModeControl，SMC）作为一种特殊的非线性控制方法，以其对系统参数变化和外部干扰的强鲁棒性、快速响应特性以及易于实现等优点，在电机控制、机器人控制等领域得到了广泛应用。将滑模控制策略引入HEV转矩动态协调控制中，有望有效解决发动机与电动机转矩匹配过程中面临的不确定性问题，提升系统的动态性能与稳定性。通过设计合适的滑模面和切换控制律，使系统状态能够沿着预定的滑模面运动，从而实现对发动机和电动机转矩的精确跟踪与协调控制，减少转矩波动，提高车辆的整体性能。然而，目前基于滑模控制的HEV转矩动态协调控制研究仍处于不断探索与完善阶段，在控制算法的优化、与实际车辆系统的融合以及工程应用的可靠性等方面，还存在诸多亟待解决的问题。

本文旨在深入研究基于滑模控制的HEV转矩动态协调控制策略，通过建立精确的HEV动力系统模型，设计高效的滑模控制器，并结合实际工况进行仿真与实验验证，以期为HEV转矩控制技术的发展提供新的思路与方法，推动HEV的广泛应用与技术进步。

二、HEV转矩协调控制难点剖析

2.1HEV工作模式及切换过程

HEV通常具备多种工作模式，以适应不同的行驶工况，主要包括纯电动模式、纯发动机模式以及混合动力模式。在纯电动模式下，车辆仅由电动机提供动力，此时发动机处于关闭状态，该模式适用于城市拥堵路况下的低速行驶，能够实现零尾气排放，降低能耗与噪音污染。例如，在市区频繁启停的交通状况中，纯电动模式可有效避免发动机在低效区间运行，提升能源利用效率。在纯发动机模式里，车辆的动力完全由发动机输出，电动机不参与驱动，一般在高速稳定行驶时采用，此时发动机可工作在较为经济的工况区间，充分发挥其动力性能。

而混合动力模式又可细分为助力模式和能量回收模式。助力模式下，发动机和电动机协同工作，共同为车辆提供驱动力，在急加速、爬坡等需要较大动力的工况中，电动机能够迅速响应，补充发动机转矩输出的不足，提升车辆的动力性能。比如在车辆快速超车或攀爬陡坡时，混合动力模式可确保车辆拥有足够的动力，实现平稳、高效的行驶。能量回收模式则主要应用于车辆减速或制动过程，电动机作为发电机运行，将车辆的动能转化为电能并储存到电池中，从而实现能量的回收再利用，同时提供一定的制动转矩，辅助车辆减速。

当HEV在不同工作模式之间切换时，转矩波动问题较为突出。以从纯电动模式切换到混合动力模式为例，由于发动机从静止状态启动并介入工作需要一定的时间，其转矩输出无法瞬间达到目标值，而电动机的转矩则需根据新的工况进行调整，在这一过渡阶段，发动机与电动机转矩的不匹配极易引发转矩波动，导致车辆产生顿挫感，影响驾驶平顺性。类似地，在其他模式切换过程中，如混合动力模式向纯发动机模式的转换，也会因动力源的变化以及各动力部件的响应特性差异，造成转矩的不稳定变化。

2.2传统控制策略的局限性

传统的HEV转矩控制策略，如基于规则的控制策略和简单的PID控制策略，在应对转矩波动和快速响应等方面存在明显的局限性。基于规则的控制策略主要依据预先设定的规则和阈值来控制发动机和电动机的工作状态，例如根据车速、油门开度、电池电量等参数的阈值判断来决定动力模式的切换以及转矩的分配。这种策略虽然结构简单、易于实现，但缺乏对系统动态变化的实时跟踪和自适应调整能力。在实际行驶过程中，车辆工况复杂多变，基于规则的控制策略难以根据