同濟趙治國:破解功率分流混動系統卡脖子難題 構建全流程創新體系

2025年9月11日，在無錫艾迪花園酒店舉辦的 “2025 中國混合動力技術持續創新與市場趨勢研討會” 上，同濟大學汽車學院副院長趙治國教授以《功率分流式混合動力系統構型優化設計與模式切換控制》為題，深度剖析了當前混動系統研發的核心痛點與技術突破路徑。作為深耕混合動力系統構型設計與控制技術多年的專家，趙治國團隊的研究成果為功率分流混動系統的高效開發與工程應用提供了關鍵解決方案。

行業痛點：功率分流混動系統的 兩大“卡脖子” 難題

自 1997 年豐田 THS 系統問世以來，功率分流技術因結構緊湊、多 e-CVT 工作模式、發動機無級調速及動力解耦等優勢，成為插電式混動與深度混合動力的主流方案，其排放優、效率高的特性已獲行業共識。但趙治國指出，當前系統研發仍面臨兩大核心瓶頸：

1. 構型設計：海量方案下的 “篩選評價困境”

功率分流系統涉及不同動力源與動力元件的組合，構型數量龐大，研發中存在三大難題：一是如何實現構型的快速描述、遍歷與最佳方案篩選；二是如何根據差異化設計需求（如動力性、經濟性側重不同）自動化輸出優化結果；三是如何在設計階段建立可信的評價體系，驗證構型與參數的適配性。

2. 模式切換：駕駛平順性的 “控制難題”

混動系統多動力源協同工作時，模式切換頻繁，且存在兩大影響平順性的關鍵因素：一方面，電池容量差異導致切換一致性差，動力切換元件轉矩響應不均衡；另一方面，發動機啟停過程中阻力矩動態變化，疊加混動系統本身的 “欠阻尼特性”，易引發沖擊，影響駕駛體驗。

創新突破：構建 “構型設計 - 策略開發 - 參數優化 - 性能評價” 全流程技術體系

針對上述痛點，趙治國團隊從構型設計邏輯、能量管理策略、參數優化方法等維度展開攻關，形成了一套可落地的技術方案。

1. 構型描述與遍歷：矩陣模型破解 “海量計算” 難題

傳統構型設計多依賴工程師經驗，效率低且易遺漏最優方案。團隊創新提出 “圖形化 + 數學化” 的構型描述方法：通過行星排元件、動力連接元件的圖形化表達，轉化為 “基礎部件矩陣 + 動力源連接矩陣 + 動力切換元件連接矩陣” 三大核心矩陣，構建功率分流系統通用數學模型。

“矩陣變換替代傳統人工遍歷，不僅數據存儲量大幅降低，還能實現不同動力源組合、連接方式的自動化遍歷。” 趙治國解釋，這一方法將構型設計從 “經驗驅動” 轉向 “數據驅動”，大幅提升了方案覆蓋度與設計效率。

2. 通用能量管理策略：跨構型適配的 “控制核心”

為解決不同構型需單獨開發能量管理策略的問題，團隊基于 “等效油耗法”，開發了可自動識別工作模式的通用能量管理策略。通過與科力遠合作，在臺架上對比驗證該策略與傳統控制策略的差異，結果顯示：通用策略的誤差可控，可適配多種構型，為后續性能仿真奠定基礎。

3. 構型篩選與參數優化：多維度精準 “鎖定最優解”

雙路徑篩選機制：遍歷生成海量構型后，團隊建立 “工作模式篩選” 與 “性能指標篩選” 雙路徑：前者根據車企對工作模式的需求（如高速工況側重）初步篩選，后者通過動力性、經濟性等核心指標進一步精篩；

創新參數優化算法：針對行星排特征參數等關鍵指標，提出 “毀滅重生粒子群算法”—— 借鑒《流浪地球》中 “精英遷移重建” 的思路，在算法迭代中優先保留優質解，避免陷入局部最優，同時提升收斂速度與優化精度。經最優化測試函數驗證，該算法較傳統方法效率提升顯著。

工程落地：從仿真到實車 打造 “評價 - 工具 - 驗證” 閉環

1. 多維度性能評價體系：22 項指標量化構型價值

團隊建立了涵蓋 “經濟性、動力性、駕駛舒適性、可靠性與耐久性、成本效益”5 大維度、22 項關鍵指標的評價體系，結合模糊層次分析、熵權法、灰色關聯分析等方法，實現構型性能的量化評估，確保設計方案的工程適配性。

2. 可視化設計軟件：一鍵輸出最優構型

為打通技術落地 “最后一公里”，團隊將構型設計、參數優化、性能評價等功能集成，開發了可視化設計軟件。輸入 OEM 需求（如動力性目標、成本限制）后，軟件可自動完成構型遍歷、策略匹配、參數優化與評價，最終輸出最優方案。

在與 VOLTEC 系統的仿真對比中，該軟件成功篩選出 4 種潛力構型，其加速時間、燃油消耗量等核心指標均達到設計預期，證明了工具的實用性。

3. 模式切換控制：實車驗證平順性突破

針對模式切換平順性問題，團隊搭建了 “動態協調控制架構”：通過 T-S 模糊模型實現動力切換元件（如離合器、制動器）與發動機的轉矩估計，結合模型預測控制、魯棒控制等方法，求解瞬態切換最優邏輯。

經商用車實車測試驗證：采用該控制方案后，模式切換沖擊度降至 15.83，切換時間縮短至 0.74 秒，大幅改善了駕駛平順性，且已轉化為工程化 map 用于實際產品。

專家展望：技術成果為混動行業降本增效

“我們的核心目標，是讓功率分流混動系統的設計從‘試錯式研發’轉向‘精準化開發’。” 趙治國總結，團隊的技術成果實現了三大價值：一是通過矩陣模型與通用策略，降低了多構型開發的復雜度；二是通過創新算法與評價體系，提升了設計精度與可信度；三是通過軟件工具與工程化驗證，縮短了研發周期。

目前，相關研究已形成多篇論文與授權專利，未來有望進一步推動功率分流技術在乘用車、商用車領域的規模化應用，為 “十五五” 時期混合動力行業協同創新提供技術支撐。