本文的研究对象是以行星齿轮排作为动力耦合装置的多模混合动力汽车，该动力耦合装置通过行星齿轮排端点间的离合器接合与分离，能够在一个动力总成中实现包括串联、并联与混联式在内的多种混合动力汽车结构模式。多种结构模式的存在使得混合动力汽车能够适应不同的工作环境，与串联、并联和混联式混合动力汽车相比具有更加突出的动力性与经济性潜力。本文从动力学模型，结构模式，能量管理控制策略，构型搜索，最优设计方法与模式切换控制等多个角度对多模混合动力汽车进行研究，论文的主要工作与研究成果如下:　　(1)动力学模型的建立与模型自构法的提出。建立了包括准静态发动机模型与电动机/发电机模型、等效电路电池模型和驾驶员模型等在内的多模混合动力汽车整车纵向动力学模型。针对行星齿轮排动力耦合装置，提出了模型自构法，通过快速构建基特征矩阵、扭矩状态转移矩阵与角加速度状态转移矩阵，推导出状态空间表示的系统动力学方程，提取并定义了系统动力元件相关的系统特征矩阵。　　(2)多模混合动力汽车结构模式的筛选、搜索与分类。通过深度优化搜索方法搜寻多模混合动力汽车的所有离合器组合形式，并利用模型自构法求解所有结构模式的特征矩阵，进而通过特征矩阵，提取混合动力汽车的所有互异模式。同时，根据特征矩阵的相关系数，利用二叉树方法将所有结构模式分为14种不同类型，包括串联、复合型功率分流、输入型功率分流、输出型功率分流、双电机并联式、双电机纯电动模式等典型混合动力模式。　　(3)多模混合动力汽车结构模式的综合能量效率与动力性能的分析方法。通过发动机与车辆输出轴间的能量流分析，提出一种混合动力驱动模式的能量效率评价因子，称为全局归一化效率因子GNEF(Global Norlmalized Efficiency Factor)。为了评价不同结构模式在实际循环工况中的能量效率，本文加权计算GNEF与实际循环工况的工作点，提出了工况相关效率因子DCWE(Driving Cycle Weighted Efficiency)。对于结构模式的加速、爬坡与载货等动力性能，本文通过构建与求解模式输出扭矩的最大化问题实现。　　(4)多模混合动力汽车能量管理控制策略的优化。本文基于全局归一化效率因子，提出一种能够同时处理混合动力模式与纯电动模式的能量效率优化问题的能量管理瞬时优化控制策略，称为能量效率最大化控制策略NEMS(Normalized Efficiency Maximum Stratergy)。将该方法与动态规划DP(Dynamic Programming)相结合，提出适用于多模混合动力汽车的近优能量管理控制策略NEMS+，其中DP用于求解最优模式切换命令，而NEMS用于计算最优的能量分配律。NEMS+在实现能量管理控制策略优化的同时，能够保证模式切换的平顺性与合理的模式切换频率。与纯DP能量管理控制策略相比，NEMS+在保证经济性优化准确度的基础上，将计算效率提高105倍以上。　　(5)多模混合动力汽车的拓扑构型优化。本文基于离合器与固定连接杆组合可能性，对多模混合动力汽车的拓扑构型数量进行讨论，从搜索精度与搜索效率两个角度，分别提出了针对双排与三排行星齿轮混合动力系统的穷举构型搜索法与模式组合法。模式组合法通过组合几个具有不同优异性能的结构模式，能够快速搜索到具有突出经济性与动力性能的多模混合动力汽车;当模式约束解除时，模式组合法能搜索到与穷举构型搜索法同样的构型方案。案例分析发现，穷举构型搜索法能够将通用Volt2016的纯电动百公里耗电量、百公里油耗与百公里加速时间分别降低3.57％、4.01％与3.61％;模式组合法能够将通用Silverado混动版的百公里油耗与百公里加速时间分别降低2.58％与14.89％。　　(6)双排与三排行星齿轮混合动力系统的对比。本文分别从定性与定量角度，对双排与三排行星齿轮混合动力系统的模式性能与构型性能进行了对比，发现在本文的动力总成参数条件下，三排行星齿轮混合动力系统适用于扭矩需求更为宽泛的SUV、皮卡或者公交大巴上;若兼顾系统成本，普通乘用汽车上采用双排行星齿轮便能获得突出的经济性与动力性。　　(7)多模混合动力汽车的最优设计方法研究。将多模混合动力汽车的能量管理控制策略优化问题、拓扑构型优化问题与动力参数匹配问题融合在一起，分别提出笼式优化与迭代优化两种优化架构，实现多模混合动力汽车的最优设计。仿真结果说明迭代优化架构能够高效准确地收敛至笼式优化法所求的全局最优解。　　(8)多模混合动力汽车的模式切换设计。本文利用支持向量机对从动态规划中提取的多模混合动力汽车各结构模式的工作点进行分类，得到多模混合动力汽车的模式切换图;通过分析优化的模式切换图，发现其与模式的全局能量效率，最大输出扭矩与模式切换能量变化等相关，从而整理出多模混合动力汽车模式切换图的正向设计方法。设计优化得到的模式切换图与等效燃油最小化能量管理控制策略ECMS(Equivalent Consumption Mimumum Stratergy)结合，组成多模混合动力汽车的实时动态协调控制策略，该策略在保证模式切换平顺性与合理性的基础上，能够实现最优能量管理控制。