发展混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle,HEV）是实现我国汽车产业电动化转型升级的重要举措。功率分流式混合动力构型采用行星排结构进行不同动力源转速转矩的耦合,是高集成度混合动力系统的重要发展方向。功率分流式HEV工作模式的瞬态切换过程,系统转速转矩耦合行为快速切换,发动机和负载转矩干扰以及系统时滞的作用对多动力源动态协调控制提出了更高的要求。本文针对一种采用双行星排的功率分流式HEV,在建立其瞬态模式切换动力学模型的基础上,考虑发动机和负载转矩干扰以及时滞的影响,提出基于有限时间稳定的扩张状态观测器进行干扰的估计,进一步构建结合前馈补偿和鲁棒反馈控制的复合协调控制策略。主要研究内容包括:首先,分析了双行星排动力耦合机构的工作原理,建立了功率分流式HEV传动系统不同部件的模型,进一步针对电机MG2单独驱动的纯电动模式到混合驱动模式的瞬态模式切换过程进行了切换阶段的划分,并建立了不同切换阶段的系统转速转矩耦合动力学模型,为模式切换动态协调控制的研究奠定基础。其次,分析了发动机转矩干扰和负载转矩干扰对系统瞬态模式切换行为的影响,设计了基于有限时间稳定的扩张状态观测器进行发动机转矩和负载转矩干扰的估计,并根据转矩估计值确定了不同切换阶段的电机前馈补偿策略,进一步设计鲁棒H∞反馈控制器根据输出转速信号抑制观测偏差并提高系统的稳定性,基于状态估计的前馈补偿控制与鲁棒H∞反馈控制构成鲁棒复合协调控制策略。仿真结果表明,设计的有限时间扩张状态观测器能够实现对发动机和负载转矩扰动的准确估计,构建的鲁棒复合协调控制策略使模式切换冲击度仅为7.63 m/s~3,有效地提升了瞬态模式切换的平顺性。然后,研究了系统时滞及干扰同时存在时对模式切换的影响特性,引入改进型Smith预估器对时变时滞进行估计,得到无时滞的系统输出,实现观测器信息同步,在此基础上设计了考虑时滞的有限时间扩张状态观测器和鲁棒H∞反馈控制器。综合考虑时滞和不同干扰作用,采用包含基于状态观测的前馈补偿控制和鲁棒H∞反馈控制的复合控制进行瞬态模式切换多动力源转矩的协调。研究结果表明,本文提出的考虑时滞的扩张状态观测器和鲁棒复合协调控制策略使整车在时变时滞和系统干扰共存时的纵向冲击度为9.98 m/s~3,提高了瞬态模式切换品质。最后,进行了控制系统的硬件在环测试研究。基于D2P完成控制器的硬件资源配置,同时基于NI实时仿真机完成功率分流式混合动力系统动力学模型的导入,通过CAN实现两者之间的通讯交互,实现了控制器硬件在环测试平台的搭建。在此基础上,开展了控制器的硬件在环测试,试验结果验证了本文提出的扩张状态观测器和鲁棒复合协调控制策略的有效性与可行性。