在经济高速发展的同时,我国面临严峻的环境问题,在国家政策的引导下,混合动力汽车是当前以及今后相当一段时期内业界关注的焦点。动力系统作为汽车的重要总成之一,其性能优劣直接影响整车品质。其中,汽车的安全性与乘客生命、财产安全息息相关,汽车的舒适性则直接影响乘客的主观感受。与传统汽车相比,混合动力汽车包含了多个电机,动力传动系统结构及运行工况更为复杂,容易引起瞬态冲击与振动噪声问题,但也为系统控制提供了更多的选择。因此分析系统在不同工况时的扭转振动特性,设计主被动减振方法,就具有迫切的工程实际需求。目前关于这方面的研究中,还存在以下几个问题:一是如何高效准确地建立满足扭振研究需求的混合动力传动系统非线性动力学与控制模型;二是扭转振动特性分析方法需要完善,以期更加准确的再现实际运行中的扭振情况以及为后续的性能优化改进提供支撑;三是控制系统的时延对扭振控制效果的影响尚待研究,四是全工况系统扭振主动控制策略设计还需系统化,同时还需探讨扭振控制模块在整车控制系统中的层级位置以及如何与能量管理策略兼容。本文围绕上述问题,开展了如下研究:首先,在总结以前学者关于传动系统扭转振动研究的基础上,梳理归纳了本文研究所需的理论知识、研究思路与方法。第二,对系统主要非线性模型的表征进行了完善,其成果包括基于单缸模型导出了发动机非线性激励转矩的解析表达式,并借助试验数据,引入修正系数,提高了发动机激励力矩的计算精度;基于主谐次成分与响应特性导出了电机输出转矩的解析公式。其次,对控制系统主要部件进行建模,包含循环工况、驾驶员模型、能量管理策略模块、信号传输模块。最后,对结构动力学与控制系统建模所需参数进行归纳、分析,针对厂家不能提供精确数值的关键部件参数,提出了一套基于试验的参数获取方法。第三,研究了系统结构动力学参数对扭转振动特性的影响:首先,针对参数时变的混合动力传动系统,提出了一种基于预加载荷的系统振动特性分析方法。相对于传统的多级弹簧刚度分段线性化处理方法,本文提出的方法,可以从转速、转矩两个维度划分系统危险临界共振区域,更加准确细化。其次,通过模拟车辆实际道路运行状态,获取了典型运行模式下传动系统的时域响应,标记扭转振动过大的工况,并分析了产生的原因。最后,在梳理、归纳结构动力学参数优化方法的基础上,提出了一套基于频域维度的参数灵敏度分析方法。该方法通过利用虚拟扫频模态试验,获得系统主要部件的扭振幅频响应,再依据多部件性能的变化情况,综合选出最优的结构动力学参数。第四,研究了控制系统性能对扭振主动控制的影响:首先,针对控制系统指令时延的不同,提出了一种主动隔振适用范围的判断方法。该方法从理论上导出了控制指令时延与主动隔振效果之间的解析公式;可以根据实际控制系统与执行机构的响应性能,快速判断出主动隔振方法适用的工况。其次,针对动力学系统集中惯量与轴系类部件的扭振控制,分别提出了主动隔振与PID转矩补偿两种主动控制方法。最后,以APU系统为例,从时域与频率两个角度,研究了上述两种控制方法对扭振主动控制的影响,从而获得了各自适用的工况。第五,在综合考虑车辆动力性、经济性和舒适性的基础上,提出了一种基于状态预测的混合动力汽车扭转振动分层协调控制架构。该架构中,上层为能量管理策略,可完成各动力源转矩的初步分配,用于保证车辆动力性和经济性;中层为扭振主动控制模块,可以对能量管理模块给出的初步控制指令进行微调,用于改善纵向舒适性;下层为各底层控制器,用于控制各执行器完成相应的控制指令。其次,针对主要危险运行工况,设计了一套扭转振动分层协调控制策略。该策略考虑的工况更为全面,且可以根据运行模式和车速等信息,提前完成不同工况下扭振主动控制方法的选择;且设计的变增益系数的I-S状态观测器,提高了变工况下扭转减振器的扭矩观测精度。最后,针对扭振主动控制效果,设计了多目标性能评价指标进行量化评价。从关键部件承受的扭振能量、主要轴系的扭矩波动幅值、车身的冲击度、车辆动力性、扭振控制耗能等角度,分结构分工况给出了扭振主动控制性能评价指标及计算方法,减小了评价不全面情况的出现。最后,根据台架试验系统的构成与工作原理,设计了利用台架试验模拟汽车典型运行工况的方法。其次,提出了一种利用特征工况台架试验,来验证仿真模型的方法,进而间接证明在这个虚拟平台上实施的扭转振动主动控制算法的有效性。