因简洁的传动链和灵活的动力学控制,分布式电动轮驱动是电动汽车最具前景的驱动型式。然而,受限于轮辋空间和簧下质量,多档机械或无级变速器不便布置于电动轮中,难以将汽车宽域的动力需求范围转换至驱动电机较狭窄的高效工作区间。本文将双电机转速耦合融入到电动轮的设计,提出了新型的双子电动轮结构,以实现电动轮的电子变速,并结合整车前后轴转矩分配进一步提出了分层耦合电驱动构型,从而为分布式电动轮驱动汽车在较宽的车速–转矩需求域内保持高效驱动（“宽域高效”）提供了可能。本文基于提出的双子电动轮结构和分层耦合电驱动构型,在高转矩密度、高功率密度的设计要求下,围绕“宽域高效”难题,深入研究了双子电动轮的参数集成匹配优化、分层耦合电驱动的在线能量管理、分层耦合电驱动的模式切换控制等问题。主要的研究内容和结论如下:（1）对提出的新型双子电动轮和汽车分层耦合电驱动的结构、工作模式、动力传递过程以及节能潜力进行了研究。首先,详细阐述了双子电动轮和分层耦合电驱动的结构及其拓宽整车高效驱动范围的原理;其次,划分了双子电动轮中各子电机的工作职能,分析了分层耦合电驱动上、下耦合层的工作模式和动力传递;最后,以传统的单电机减速电动轮驱动构型为比较对象,从整车高效区占比和循环工况下的能耗两方面对分层耦合电驱动构型的节能潜力进行了分析。结果表明:在初步的参数匹配下,分层耦合电驱动构型的整车高效区（效率≥85%）占比达到了52.1%,而传统单电机减速电动轮驱动构型的整车高效区占比仅为26.2%;在多个循环驾驶工况下,分层耦合电驱动构型能比单电机减速电动轮驱动构型节能6.4%–11.5%。（2）研究并提出了双子电动轮的参数集成匹配优化方法。针对双子电动轮参数匹配这一涉及多个优化目标、多个部件的特性参数与结构参数交织在一起的复杂问题,提出了具有两个优化层的集成优化方法。其中,外优化层对双子电动轮各部件的特性参数进行优化,内优化层对双子电动轮各部件的结构参数进行优化。首先,根据整车峰值/常用动力需求和子电机职能划分确定双子电动轮各部件的可行特性参数组合,也即是确定外优化层的搜索域;其次,进入内优化层,结合试验设计、回归分析和多目标寻优技术获得外优化层中每一可行特性参数组合下的双子电动轮评价指标值以及最佳结构参数;最后,返回外优化层,从可行域中择出最优的特性参数组合,从而实现双子电动轮特性参数与结构参数的全局优化。结果表明:在集成优化后,双子电动轮中核心部件的总体积从3.1L降低至2.7L、总质量从13.9kg降低至10.7kg、而整车高效区占比从52.1%提升至68.0%。（3）研究并提出了分层耦合电驱动的在线能量管理策略。由于分层耦合电驱动中转矩分配与转速分配同存且转速分配受转矩分配制约,其能量管理较为复杂。为实现分层耦合电驱动简单有效的在线能量管理,首先通过引入简化的转速/转矩分配方法将能量管理问题从三维连续空间内的寻优转变为在仅包含六个元素的集合内寻优;其次,对简化处理后的能量管理问题进行离线求解,获得了分层耦合电驱动的最优工作模式序列,并从中提取了分层耦合电驱动工作模式的基本判定规则,同时为避免频繁的工作模式切换、在基本判定规则之上构建了辅助判定规则,并进一步建立了分层耦合电驱动工作模式的在线决策逻辑;接着,针对不同类别的驾驶工况,对辅助判定规则进行了优化以增加工作模式在线决策逻辑对工况的适应性;最后,结合驾驶工况识别,引入的转速/转矩分配方法以及工作模式在线决策逻辑,开发了分层耦合电驱动的在线能量管理策略。结果表明:引入简化的转速/转矩分配方法没有破坏分层耦合电驱动的节能潜力;提出的在线能量管理策略不仅能充分保障分层耦合电驱动的能效,而且能够大幅地降低模式切换频率;训练的驾驶工况识别器的识别精度能够达到95.45%,这使得提出的在线能量管理策略能够较好地适应工况的变化。（4）研究并提出了分层耦合电驱动的模式切换控制策略。为实现分层耦合电驱动快速平稳的工作模式切换、尤其是多处动力耦合点工作模式的同时切换,深入分析了各工作模式间的切换过程,建立了仅下耦合层模式切换、仅上耦合层模式切换以及上下耦合层模式同时切换的控制流程,研究了各模式切换过程中动力冲击的成因、并提出了协调动作法和转矩补偿法对动力冲击进行抑制。结果表明:仅上耦合层或下耦合层进行模式切换时,模式切换总耗时低于0.4s;上、下耦合层同时进行模式切换时,模式切换总耗时低于0.55s;所有的模式切换过程中整车动力冲击度均在±10m/s~3内。（5）建立了分层耦合电驱动的能量管理与模式切换综合控制模型并进行了分析。结果表明:在提出的在线能量管理策略和模式切换策略的控制下,分层耦合电驱动实时输出的驱动转矩能够满足整车的动力需求;在提出的模式切换策略的控制下,分层耦合电驱动能够快速准确地跟踪能量管理策略决策的最优工作模式和动力分配轨迹。