混联式混合动力汽车兼具串联式和并联式的优点,已获得各界广泛认可。行星排机构因具有二自由度特点,常被用于混联式混合动力汽车的动力耦合系统,以实现发动机和车轮处转矩转速的解耦,但行星排式动力耦合系统复杂的结构也增加了混合动力汽车能量管理策略的设计难度,尤其是行星排式动力耦合系统的工作过程往往涉及离散状态切换与连续状态演变间的相互耦合,这对能量管理策略的设计又提出了更高的要求。本文以一款新型双行星排式混合动力汽车为研究对象,在对其工作特性进行深入研究的基础上,揭示了能量管理系统存在的混杂特征,并提出采用混杂模型预测控制策略实现不同动力源输出转矩的优化,以改善整车燃油经济性。首先,进行了双行星排式混合动力汽车的工作特性分析与模型构建研究。借助杠杆法建立了双行星排机构的转矩、转速耦合模型,分析了耦合机构的分流特性。基于功率平衡思想,推导了系统传动效率。在此基础上,结合车辆实际行驶特征划分了混合动力汽车的工作模式,研究了不同工作模式下各部件的动力学关系。采用理论建模与实验建模相结合的方法,基于Matlab/Simulink平台搭建了混合动力系统主要动力部件模型、整车纵向动力学模型以及驾驶员模型。其次,建立了双行星排式混合动力汽车能量管理系统的混杂动态模型。介绍了常见的混杂系统建模方法,深入研究了双行星排式混合动力汽车的混杂结构特征,借助分段仿射技术完成了电池、电机等部件非线性模型的分段线性化表征。在此基础上,通过引入逻辑变量对离散工作模式以及分段仿射边界进行描述,结合不同工作模式下的操作约束,采用混合逻辑动态(Mixed Logical Dynamical,MLD)建模方法实现了系统模式集的有效整合。最终基于混杂系统描述语言HYSDEL及其配套软件完成能量管理系统数学模型的编译,形成混合动力汽车能量管理系统MLD模型的规范形式。再次,进行了双行星排式混合动力汽车能量管理策略的优化设计研究。在充分掌握预测控制原理的基础上,确定了基于模型预测控制的双行星排式混合动力汽车能量优化管理策略。通过设置合适的优化目标决策发动机最佳工作点,决策过程被归结为一类有限时域内受约束优化控制问题,采用混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Programming,MIQP)实现有限时域内最优控制序列的求解。仿真结果表明,相较于基于逻辑门限值的控制策略,本文提出的控制策略使整车燃油经济性在UDDS和HWFET工况下分别提高了7.6%和8.4%。最后,完成了双行星排式混合动力汽车能量管理策略的硬件在环试验研究。基于D2P平台实现了控制策略的快速原型开发,基于NI硬件在环测试设备完成被控对象模型的编译与下载,并通过硬线和总线连接控制器与测试机柜,搭建硬件在环试验平台。在此基础上,进行了控制策略的有效性验证研究,试验结果验证了本文提出的控制策略的有效性和优越性,为混合动力汽车整车控制器产品级开发与应用提供基础。