推土机是国家基础设施建设中的重要技术装备,而推土机具有能量利用率低、油耗高和排放差的特点。随着能源短缺和环境污染问题日趋严重,推土机的节能减排问题引起了广泛关注。混合动力技术被公认为是节能减排的最佳解决方案之一,因此开展推土机混合动力技术研究具有重要的现实意义。本文以混合动力推土机为研究对象,重点开展了作业循环工况、整机仿真模型、节能机理和控制策略四个方面的研究。本文开展了构建混合动力推土机作业循环工况的研究,提出了基于车载数据构建混合动力推土机代表性作业循环工况的方法。进行了混合动力推土机作业工况运行数据采集试验;选取了作业工况表征参数;采用最小二乘法辨识出了履带式推土机动力学模型的参数,利用动力学和运动学模型对CAN总线数据进行计算,获取了工况总体数据集;提出了作业片段的特征参数组;提出了采用最小马氏距离为准则选取代表性作业片段,最终构建了混合动力推土机代表性作业循环工况。有效性检验显示:所构建的循环工况与总体数据的联合概率分布较一致,推土机在该工况下的油耗与总体平均油耗的误差约为2.1%,表明所构建的循环工况具有显著的代表性和有效性。基于Matlab/Simulink建立了混合动力推土机整机燃油经济性仿真模型,模型由动力传动系统部件模型、履带式推土机动力学模型、驾驶员模型和整机控制器模型四部分组成。在该模型中构建了基于BP神经网络修正的发动机燃油消耗模型,并建立了液压泵模型。利用现场实机试验对模型的仿真效果进行验证,结果表明:模型可以对混合动力推土机在直行和转向工况下的性能进行较高精度模拟,并能够模拟出发动机瞬态油耗以及工作装置液压系统对动力系统工作过程和控制效果的影响。研究了混合动力推土机的节能机理问题,提出了一种基于解析法的混合动力推土机节能机理分析方法。该方法通过建立混合动力推土机等效节油率的解析式,给出了等效节油率与其影响因素的函数关系,通过采用混合动力推土机和传统机模型进行能量消耗仿真计算,结合能量消耗仿真数据和解析式可以揭示混合动力推土机的节能机理。利用该方法进行分析阐明了混合动力推土机的节能效果,揭示了关键的节能影响因素和节能途径,获得了各节能途径的节能贡献率和节能潜力。针对发电机组跟随波动的需求功率会因发动机工作点波动频繁导致瞬态油耗较高,发电机组输出功率变化率大会因瞬时响应不足导致发电机组工作点切换过程中偏离目标工作轨迹,以及液压泵消耗发动机转矩同样会导致发电机组工作点偏离目标工作轨迹的三个问题,本文研究了混合动力推土机的控制策略,将功率跟随控制策略、模糊自适应滤波算法和发电机组最优效率Map相耦合,提出了基于最优效率Map的自适应平滑功率跟随控制策略。应用dSPACE实时仿真系统,建立了混合动力推土机整机控制器硬件在环试验平台。通过硬件在环试验研究验证了基于最优效率Map的自适应平滑功率跟随控制策略的控制性能和节能效果。分析试验结果表明:所建立的控制策略能够实时控制推土机实现预期功能;与传统机相比,采用该策略可获得的等效节油率约为23.2%;与原试验机控制策略和基于最低燃油消耗率曲线的功率跟随控制策略相比,该策略降低了瞬态油耗,改善了发电机组的工作点分布和工作点的切换过程,可使等效节油率分别提高约7.8%和3.4%。