电动汽车由众多与能量相关的子系统与部件所组成，其电驱动系统拥有各种形式的动力总成拓扑结构可供选择，从而导致在电动汽车的各个子系统与部件之间的能量流动路径与流动方向异常复杂。因此，对于电动车辆及其相关子系统进行设计与优化充满挑战。本文基于模型与优化的复杂系统设计方法论，对增程型电动汽车进行系统层级、子系统层级和零部件层级的优化设计研究，以实现电动汽车最优化的能量效率和车辆性能。　　搭建基于能量流的电动汽车整车仿真模型。采用Willans line方法参数化发动机、发电机和驱动电机的仿真模块，以便能够与优化算法结合从而获得车辆系统所需的最佳能量特性。基于Nissan Leaf的实验测试数据和AVL Cruise的仿真结果，分别从整车层面和子系统/零部件层面对所建立的整车能量流仿真模型进行准确性验证。结果显示所建立的整车能量流仿真模型具有很好的仿真精度，可以用来下一步进行电动汽车的性能预测与优化研究。　　纯电行驶里程是增程型电动汽车的关键性设计指标。越长的纯电行驶里程需要装载更多的动力电池，从而导致整车质量的增加，因此会恶化车辆性能和能量效率。为了比较三种不同的典型纯电行驶里程对于增程型电动汽车的设计影响，采用多岛遗传算法分别对电量消耗工作模式和电量维持工作模式下的车辆能量效率进行优化设计。另外，基于人群出行统计概率分布，采用NSGA-II优化算法对增程型电动汽车的能量相关保有成本和能量相关全生命周期温室气体排放进行多目标优化。研究结果表明，驱动电机的转子长度和动力电池数目这两个设计变量与纯电行驶里程成正比例变化关系，最大变化幅度甚至达到230％。车体质量较小时，多目标优化的trade-off关系愈发明显，Pareto最优解集对应的纯电行驶里程范围也更偏向短距离。　　本文研究了不同种类的纯电驱动动力总成拓扑结构对车辆能量效率、保有成本和全生命周期温室气体排放的影响。建立优化方案，对整车能量流仿真模型和动力电池老化模型等模块进行整合。引入多个典型标准循环工况模拟车辆行驶，最小化车辆单位里程的电能消耗，并根据中国电动汽车市场和公共电网状况，计算出车辆的保有成本和全生命周期温室气体排放。基于车体质量、电网碳排放强度和纯电行驶里程对动力总成拓扑结构进行敏感性分析。结果显示轮毂带减速器式动力总成拓扑结构拥有最高的能量效率，而急加/减速或者频繁起停的循环工况都将增加车辆的保有成本和全生命周期温室气体排放。　　为了改善增程型电动汽车的油耗与排放，所搭载的增程器需要运行于有限个固定工作点之上。本文基于Kriging无偏估计方法建立了增程器系统的发电功率与燃油消耗预测仿真模型，并对模型的准确性进行了实验验证。经过仿真分析，确定了满足5个发电功率需求的最佳油耗工况点。通过增程器系统的台架实验和整车实验，分别对单个发电功率运行点和整车的燃油消耗进行了测试。研究结果表明，单个发电功率运行点油耗最大降幅达到了15.96%，而在两种不同的车辆控制模式下整车能耗分别降低了4.62%和3.50%。　　本文采用目标层解分析算法，基于整车环境下对发动机进行结构优化设计与电控参数匹配。在所建立的2层优化架构中，系统层级以增程型电动汽车电量维持工作模式下能量流仿真模型为基础，将车辆动力性能作为约束条件，最小化车辆百公里燃油消耗；部件层级则以由GT-Power高精度发动机仿真模型为基础，通过人工神经网络法和拉丁超立方采样法构建近似模型，最小化发动机工作点的有效燃油消耗率。通过增程器系统运行转速和扭矩的一致性来协同系统层级与部件层级各自的优化流程。