机电耦合系统作为混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)的动力装置,可实现对多动力源的合成与分解,已逐步成为目前HEV研究的一个前沿方向。动态协调控制是保证车辆在切换过程中平稳传递动力和降低转矩波动的有效方法之一。本文针对HEV混合式机电耦合系统及动态协调控制开展理论和应用研究,主要研究内容如下:采用等效杠杆法和键合图理论,分析了行星齿轮机构中6种不同方案和定轴齿轮机构稳态与动态特性,得到行星齿轮机构属于转速耦合装置,定轴齿轮机构属于转矩耦合装置;采用发动机与太阳轮相连、电机与齿圈相连、行星架为输出的方案稳态和动态性能均较优。在此基础上,提出了一种由行星齿轮机构和定轴齿轮机构组成的混合式机电耦合系统结构方案,实现了对两个输入转速和两个输入转矩的分别控制。采用切换系统理论和试验相结合的方法,分别建立了整车动力学模型、发动机稳态及动态模型、电机稳态运行效率模型;依据HEV各工作模式的划分和功率流分析,进一步得到了纯电动驱动、发动机单独驱动、混合驱动、制动等各工作模式键合图模型,提高了建模精度和对瞬态工况的适应性。针对驱动和制动工况差别较大、控制目标各异,采用单一控制方法易顾此失彼的问题,对驱动和制动工况分别设计了相应的能量分配控制策略。对前者,以整车等效燃油消耗最小为目标,建立了同时考虑电池SOC和瞬时行驶工况的优化目标函数,设计了基于瞬时优化的转矩分配控制策略,实现转矩的最优分配。对后者,在分析制动力分配原则的基础上,选取制动效果评价指标,以回收制动能量最大为目标,兼顾乘坐舒适性,设计了制动力分配模糊控制策略,探索了不同工况、不同制动强度下制动能量回收规律。将由纯电动驱动向混合驱动的模式切换过程细分为发动机起动、转速同步、转矩重新分配3个阶段,对各阶段分别设计了相应的干扰观测器和滑模控制器。针对HEV在模式切换过程中呈现出的不连续性和强非线性等问题,对伴随有发动机起动的模式切换,采用干扰补偿与滑模控制相结合的方法,设计了转矩协调控制算法,提高了系统的鲁棒性;对无发动机起动的模式切换,采用电机补偿发动机转矩滞后的方法,设计了转矩协调控制算法,提高了模式切换过程中动力传递的平稳性。针对因发动机频繁起/停易造成摩擦损失大、燃油消耗高、尾气排放剧增和对传动系冲击大等问题,基于模型预测理论,采用滚动优化结合反馈校正的方法,设计了一种发动机起/停优化算法。所设计的优化目标函数不仅包含发动机燃油消耗、电机等效燃油消耗以及电池SOC值,还考虑了发动机起/停状况、发动机瞬态模型,提高了等效燃油消耗量的计算精度和HEV的起动性能,降低了发动机起/停频率,保证了发动机、电池均工作在高效区。分别对机电耦合系统、动态协调控制算法等进行了仿真和试验验证。结果表明,所设计算法能有效提高整车燃油经济性,抑制转矩波动,改善模式切换的平顺性,保证动力传递的平稳性。