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,在我国当前广阔的市场需求、严格的油耗限值以及更高的整车综合性能需求的背景下,发展高效商用车混合动力系统已经逐渐成为国内商用车行业发展的共性需求。其中,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与良好的市场应用前景。作为一种新型液压混合动力系统,轮毂液压混合动力系统具备非常好的应用潜力,其不仅可以显著改善重型车辆在低附着路面的通过性;还可以在车辆制动时通过蓄能器实现再生制动能量回收以提高整车经济性,同时通过蓄能器的液压辅助制动可改善制动安全性。本文在国家自然科学基金面上项目“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”(编号51675214)的资助下,对重型商用车轮毂液压混合动力系统多模式能量管理策略以及非线性动态协调控制等关键环节开展了研究工作。本文首先结合参数辨识技术以及节点容腔法,基于MATLAB/Simulink软件建立了轮毂液压混合动力系统仿真平台,包括机械传动路径动力学模型以及液压传动路径动态模型,并利用成熟商业软件AMESim对集成模型的准确性进行了对比验证,为多模式能量管理与动态协调控制策略的开发提供了准确的计算环境;第二,建立了重型商用车行驶工况及车辆关键状态参数联合观测算法,包括基于改进卡尔曼滤波算法的道路坡度估计、基于运动学方法的纵向车速估计、基于模型的轮胎力及路面附着系数的联合估计以及基于递推最小二乘算法的整车质量辨识,通过利用车辆总线上的易获取状态信息以及车载低成本传感器采集信息,可以实现其他不宜直接获取的状态参数的准确估计,为多模式能量管理策略提供了精确的参考输入;第三,提出了基于能量计算的轮毂液压混合动力系统理论油耗计算模型,基于轮毂液压混合动力系统内部能量流角度,提出了混合动力系统平均综合传动效率概念,并得到了理论油耗计算模型,可实现理论油耗的宏观计算以及油耗影响因素的细节定量分析,为轮毂液压混合动力系统多模式能量管理策略研究提供了理论分析依据;第四,提出了轮毂液压混合动力系统全局优化改进算法,以保证多模式能量管理策略的最优性,其中考虑轮毂液压混合动力系统高速行驶时蓄能器放能限制的工作特性以及全局优化算法的“维度灾难”问题,本文分别设计了基于车速-蓄能器SOC(SOC,state of charge)的等效燃油消耗因子计算方法以及基于轮毂液压混合动力系统工作特性的全局优化降维改进算法,在不影响优化结果精度的前提下可实现更高的计算效率;第五,提出了基于分层控制的多模式能量管理策略控制架构,在工况适应层利用模糊逻辑建立不同工况、车辆状态与目标工作模式之间的映射集合,解决车辆行驶工况与系统工作模式匹配问题,在最优控制层,根据对全局优化结果的深入分析,通过规则提取以及LQR(LQR,linear quadratic regulator)二次型调节器的设计,形成一种基于固定门限值以及SOC目标跟踪控制的最优控制层控制方法,可以实现近似最优的控制效果;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,最终得到具备良好实施效果的非线性动态协调集成控制器,以解决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,保证系统工作过程中的动态控制品质。为验证所提出的多模式能量管理与非线性动态协调控制策略,本文利用dSPACE/Simulator以及TTC200快速原型控制器,搭建了轮毂液压混合动力系统HIL(HIL,hardware-in-the-loop)测试平台进行集成控制测试验证。分别在重型商用车CBDTRUCK循环工况、实车道路试验采集工况以及名义仿真工况下,验证了所设计的行驶工况与系统状态联合观测算法、多模式能量管理策略以及非线性动态协调控制策略的有效性与实时性,实现了系统经济性与工况适应性、动力性与通过性以及动态控制品质的综合提升。