同济赵治国:破解功率分流混动系统卡脖子难题 构建全流程创新体系

2025年9月11日，在无锡艾迪花园酒店举办的 “2025 中国混合动力技术持续创新与市场趋势研讨会” 上，同济大学汽车学院副院长赵治国教授以《功率分流式混合动力系统构型优化设计与模式切换控制》为题，深度剖析了当前混动系统研发的核心痛点与技术突破路径。作为深耕混合动力系统构型设计与控制技术多年的专家，赵治国团队的研究成果为功率分流混动系统的高效开发与工程应用提供了关键解决方案。

行业痛点：功率分流混动系统的 两大“卡脖子” 难题

自 1997 年丰田 THS 系统问世以来，功率分流技术因结构紧凑、多 e-CVT 工作模式、发动机无级调速及动力解耦等优势，成为插电式混动与深度混合动力的主流方案，其排放优、效率高的特性已获行业共识。但赵治国指出，当前系统研发仍面临两大核心瓶颈：

1. 构型设计：海量方案下的 “筛选评价困境”

功率分流系统涉及不同动力源与动力元件的组合，构型数量庞大，研发中存在三大难题：一是如何实现构型的快速描述、遍历与最佳方案筛选；二是如何根据差异化设计需求（如动力性、经济性侧重不同）自动化输出优化结果；三是如何在设计阶段建立可信的评价体系，验证构型与参数的适配性。

2. 模式切换：驾驶平顺性的 “控制难题”

混动系统多动力源协同工作时，模式切换频繁，且存在两大影响平顺性的关键因素：一方面，电池容量差异导致切换一致性差，动力切换元件转矩响应不均衡；另一方面，发动机启停过程中阻力矩动态变化，叠加混动系统本身的 “欠阻尼特性”，易引发冲击，影响驾驶体验。

创新突破：构建 “构型设计 - 策略开发 - 参数优化 - 性能评价” 全流程技术体系

针对上述痛点，赵治国团队从构型设计逻辑、能量管理策略、参数优化方法等维度展开攻关，形成了一套可落地的技术方案。

1. 构型描述与遍历：矩阵模型破解 “海量计算” 难题

传统构型设计多依赖工程师经验，效率低且易遗漏最优方案。团队创新提出 “图形化 + 数学化” 的构型描述方法：通过行星排元件、动力连接元件的图形化表达，转化为 “基础部件矩阵 + 动力源连接矩阵 + 动力切换元件连接矩阵” 三大核心矩阵，构建功率分流系统通用数学模型。

“矩阵变换替代传统人工遍历，不仅数据存储量大幅降低，还能实现不同动力源组合、连接方式的自动化遍历。” 赵治国解释，这一方法将构型设计从 “经验驱动” 转向 “数据驱动”，大幅提升了方案覆盖度与设计效率。

2. 通用能量管理策略：跨构型适配的 “控制核心”

为解决不同构型需单独开发能量管理策略的问题，团队基于 “等效油耗法”，开发了可自动识别工作模式的通用能量管理策略。通过与科力远合作，在台架上对比验证该策略与传统控制策略的差异，结果显示：通用策略的误差可控，可适配多种构型，为后续性能仿真奠定基础。

3. 构型筛选与参数优化：多维度精准 “锁定最优解”

双路径筛选机制：遍历生成海量构型后，团队建立 “工作模式筛选” 与 “性能指标筛选” 双路径：前者根据车企对工作模式的需求（如高速工况侧重）初步筛选，后者通过动力性、经济性等核心指标进一步精筛；

创新参数优化算法：针对行星排特征参数等关键指标，提出 “毁灭重生粒子群算法”—— 借鉴《流浪地球》中 “精英迁移重建” 的思路，在算法迭代中优先保留优质解，避免陷入局部最优，同时提升收敛速度与优化精度。经最优化测试函数验证，该算法较传统方法效率提升显著。

工程落地：从仿真到实车 打造 “评价 - 工具 - 验证” 闭环

1. 多维度性能评价体系：22 项指标量化构型价值

团队建立了涵盖 “经济性、动力性、驾驶舒适性、可靠性与耐久性、成本效益”5 大维度、22 项关键指标的评价体系，结合模糊层次分析、熵权法、灰色关联分析等方法，实现构型性能的量化评估，确保设计方案的工程适配性。

2. 可视化设计软件：一键输出最优构型

为打通技术落地 “最后一公里”，团队将构型设计、参数优化、性能评价等功能集成，开发了可视化设计软件。输入 OEM 需求（如动力性目标、成本限制）后，软件可自动完成构型遍历、策略匹配、参数优化与评价，最终输出最优方案。

在与 VOLTEC 系统的仿真对比中，该软件成功筛选出 4 种潜力构型，其加速时间、燃油消耗量等核心指标均达到设计预期，证明了工具的实用性。

3. 模式切换控制：实车验证平顺性突破

针对模式切换平顺性问题，团队搭建了 “动态协调控制架构”：通过 T-S 模糊模型实现动力切换元件（如离合器、制动器）与发动机的转矩估计，结合模型预测控制、鲁棒控制等方法，求解瞬态切换最优逻辑。

经商用车实车测试验证：采用该控制方案后，模式切换冲击度降至 15.83，切换时间缩短至 0.74 秒，大幅改善了驾驶平顺性，且已转化为工程化 map 用于实际产品。

专家展望：技术成果为混动行业降本增效

“我们的核心目标，是让功率分流混动系统的设计从‘试错式研发’转向‘精准化开发’。” 赵治国总结，团队的技术成果实现了三大价值：一是通过矩阵模型与通用策略，降低了多构型开发的复杂度；二是通过创新算法与评价体系，提升了设计精度与可信度；三是通过软件工具与工程化验证，缩短了研发周期。

目前，相关研究已形成多篇论文与授权专利，未来有望进一步推动功率分流技术在乘用车、商用车领域的规模化应用，为 “十五五” 时期混合动力行业协同创新提供技术支撑。