由液力变矩器作为主要元器件构成的液力传动系统,因其具有柔性传动、低速增扭、对外界载荷自适应调节速比等优点而被广泛应用于乘用、农业、工程、军事等车辆中。然而,液力传动系统传动效率不高。液力变矩器主要依靠工作液体动能的变化传递能量,而且发动机的转矩在液力变矩器处经历了两次能量转换,因此降低了液力传动系统的传动效率。液力式分流传动在一定程度上提升了液力传动系统的传动效率,然而分流传动大大降低了液力变矩器的低速增扭特性,导致液力传动系统无法适用于外界复杂多变的载荷。另外,农业、工程和军事车辆的特点是需要在行走时作业,即发动机的功率不仅用于驱动车辆行驶,还需要驱动工作装置的液压系统。由于驱动工作装置的功率较大,通常占发动机功率的40%-60%,因此液力传动系统与发动机的匹配分为全功率匹配和部分功率匹配。全功率匹配和部分功率匹配对液力传动系统的能容系数的需求不同,然而液力变矩器的能容系数是固定的,因此液力传动系统无法兼顾全功率匹配和部分功率匹配。结合上述原因分析,在保留液力变矩器低速增扭特性的基础上,提升液力传动系统的传动效率,同时具有特殊的能容特性可以兼顾全功率匹配和部分功率匹配的研究,是促进液力传动系统更加广泛应用的重点和难题。本文在国家自然科学基金面上项目“新型回流变速传动系统设计理论与控制方法”（项目编号:51875055）的支持下,针对液力变矩器传动效率低、固定能容系数无法兼顾全功率匹配和部分功率匹配以及液力式分流传动系统无法保留低速增扭特性等阻碍液力传动系统更加广泛应用的问题,提出了带有能容调节装置的液力式回流变速传动系统结构。该结构利用功率回流技术,在保留了液力传动减速增扭和自适应调节速比能力的基础上,提升了液力传动系统的传动效率。同时,通过能容调节装置改变系统能容特性,满足了全功率匹配和部分功率匹配对系统能容特性的不同需求,使全功率匹配和部分功率匹配都达到较好的匹配结果。针对这种全新的传动结构,以轮式装载机为例作为服务对象,结合基础特性推导和工作原理分析,提出了液力变矩器选型方法、功率匹配优化设计方法、挡位变速器速比优化设计方法和换挡策略设计方法,初步实现了液力式回流变速传动系统的设计理论的创建,为带有能容调节装置的液力式回流变速传动系统应用于工程、农业和军事车辆中提供了有益指导。本文的主要研究内容如下:（1）针对液力变矩器传动效率低、固定能容系数无法兼顾全功率匹配和部分功率匹配以及液力式分流传动系统无法保留低速增扭特性等阻碍液力传动系统更加广泛应用的问题,提出了带有能容调节装置的液力式回流变速传动系统结构,并根据该结构的工作原理对基础特性进行了推导。根据基础特性研究结果,分析了液力变矩器的透穿特性对液力式回流变速传动系统匹配性能的影响,揭示了具有何种透穿特性的液力变矩器可以确保实现良好的匹配性能。在此基础上,考虑能容调节装置可以改变液力式回流变速传动系统的能容系数的工作特点,提出了液力变矩器的能容系数取值范围的求取方法。以上研究为液力式回流变速传动系统结构设计、基础特性分析和液力变矩器选型提供了理论指导。（2）计算了不同结构参数下的液力式回流变速传动系统的速比特性、变矩比特性、能容特性和效率特性,分析了不同结构参数对液力式回流变速传动系统的基础特性的影响。在此基础上,结合能容调节装置的工作原理,综合考虑兼顾轮式装载机全功率匹配和部分功率匹配,选取了关键结构参数作为设计变量,并设计优化评价指标,建立了多目标优化模型,对行星排结构参数和能容调节装置速比进行了优化设计。根据以上研究提出了带有能容调节装置的液力式回流变速传动系统的功率匹配优化设计方法,为功率匹配和结构参数优化设计提供了理论指导。（3）针对传统速比设计方法中按照偏置等比级数设计传动比的局限性,通过轮式装载机历史工况进行数据挖掘,对挡位变速器中间挡速比进行了优化设计。结合带有能容调节装置的液力式回流变速传动系统与发动机联合工作的两种输出特性和历史工况数据,设计了最大传动比和最小传动比。在最大、最小传动比确定的基础上,选用带有精英策略的非支配排序遗传算法,对在V型工况下运行的液力式回流变速传动系统挡位变速器的中间挡速比进行多目标优化求解。由于能容调节装置具有两种速比,因此在对挡位变速器的速比进行多目标优化时,需要对能容调节装置的速比切换策略进行初步制定。通过对历史工况数据进行聚类分析,结合能容调节装置的工作原理,设计了用于挡位变速器速比优化设计的能容调节装置的速比切换策略。（4）工程车辆和军事车辆的工况复杂多变,针对将传统换挡策略应用于能容调节装置会导致频繁换挡或错误换挡的问题,提出在能容调节装置换挡策略中引入工况识别算法,根据工况识别结果对换挡策略进行修正,避免频繁换挡和错误换挡。在能容调节装置换挡策略中引入工况识别算法会降低控制系统的实时性,因此设计工况识别算法时,在保证实现识别算法功能要求的基础上,尽可能降低了算法的代码复杂度,提高了控制系统实时性。能容调节装置换挡会改变系统速比,针对能容调节装置换挡前后,采用同一套挡位变速器换挡策略,会降低轮式装载机的性能的问题,对应两种能容调节装置速比,分别设计了两套挡位变速器换挡策略。在能容调节装置换挡后,挡位变速器也切换至相对应的另一套换挡控制策略。以上研究提出了能容调节装置和挡位变速器的换挡策略设计方法,为新结构的换挡控制提供了理论指导。（5）搭建了硬件在环验证平台和液力式回流变速传动系统实验台架,开展了换挡控制策略实时性和系统能容特性的实验研究。通过搭建硬件在环验证平台,将换挡控制策略编译至实物控制器,轮式装载机模型实时运行在下位机中,对换挡策略的实时性进行了验证。通过建液力式回流变速传动系统实验台架,获得了系统能容特性,通过对比,验证了根据能容特性解决工程车辆和军事车辆不能兼顾全功率匹配和部分功率匹配的方法正确性。