插电式混合动力电动公交(Plug-in Hybrid Electric Bus,PHEB)续航距离长且综合能耗较低,具有广阔的发展前景。混合动力系统的能量经济性在很大程度上取决于其控制策略的优劣。对于插电式同轴串并联混合动力公交这种混联构型而言,其传动轴上各动力源的转速存在耦合,故整车能量管理策略可转化为转矩分配的优化控制问题。本文以同轴混联式构型的PHEB为研究对象,结合系统构型的特点,研究不同动力源能量最优分配问题。首先,阐述了动力总成的工作机理和实车采集的参数,建立了车辆各部件的准静态数学模型,分析了插电式同轴混联构型工作模式和系统优势,进而搭建了面向实车应用的前向仿真模型,完成整车控制前向仿真架构,并基于逻辑门限和流程图制定了规则式(Rule-Based,RB)能量管理的核心控制策略。基于Simulink代码生成技术开发了规则式能量管理策略的嵌入式代码,并进行实车试验。其次,本文进行了预测控制在能量管理策略开发中的可行性验证。对复杂的同轴串并联混合动力系统模型进行近似处理,通过曲面和曲线拟合建立面向控制的连续系统模型。将混合动力系统能量管理的非线性预测控制(Nonlinear Model Predictive Control,NMPC)问题转化为基于庞特里亚金最小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)的最优控制,由哈密尔顿方程的最优化必要条件得到对应的方程组,通过离散处理和数值迭代法求解方程组进而得到控制变量最优解。通过建立面向控制的简化连续模型实现了能量优化的预测控制架构,并证明了NMPC具有同时处理变量约束和控制非线性过程的性能,验证了基于预测控制的混合动力系统能量管理策略的可行性,为开发具有实时应用潜力的基于NMPC的能量管理策略奠定了基础。然后,针对混合动力系统非线性离散模型实现了 NMPC能量管理控制策略。本文提出了转矩预测割线法来改进转矩指数预测法,并用于预测域内期望驾驶转矩的预测。考虑到城市公交车运行线路固定,具有强统计规律性的特点,提出了基于站点里程的电池SOC(State of Charge)预测方法,并与动态规划(Dynamic Programming,DP)等参考SOC曲线的最优标定法进行对比。接着根据被控混合动力系统的非线性离散状态空间模型和目标函数完善了优化控制框架,并采用进化算法作为数值算法以求解非线性规划(Nonlinear Programming,NLP)问题来获得最优控制变量。接着,由NMPC能量管理优化控制框架衍生出了等效燃油最小消耗策略(Equivalent Consumption Minimum Strategy,ECMS)并与NMPC策略进行对比。结果表明,NMPC策略的良好性能部分归因于对转矩预测和对参考SOC曲线的考虑,NMPC策略挖掘了混合动力车辆的能量优化潜力。全文共有图60幅,表6个,参考文献56篇。