液压机械无级变速器是一种新型复合无级传动装置,兼具液压传动无级调速和机械传动高效变速的特点,成为了大功率拖拉机传动系统的主要发展方向。为提高拖拉机传动系统的综合性能,本文从设计方案、效率提升、换挡策略和匹配控制四个方面对液压机械无级变速器进行了研究,并对控制系统的硬件设计与软件开发作了简单介绍。参考国内外高校和科研院所既有研究成果,自主设计了五款简单实用的液压机械无级变速器,并对其中一款单行星齿轮汇流多离合器参与换挡的分段式液压机械无级变速器进行了深入研究。根据设计要求,对拖拉机整机系统进行动力学和运动学分析,得到变速器主要部件的参数及装配方案。绘制出无级调速特性曲线。通过仿真和试验对比分析,对泵控马达系统(液压机械无级变速器的液压调速机构)的响应特性和效率特性进行了研究。分析了泵控马达系统的输入、输出关系和稳定性能,探讨了转速、排量和压力对泵控马达系统效率的影响。结果表明：泵的输入电流决定排量比,泵的输入电流和泵转速共同决定马达转速,负载转矩对马达转速的影响不明显；泵控马达系统稳定性能良好,基于PID控制的闭环系统稳定性优于开环系统；泵控马达系统在中高转速、全排量和中压工况下效率可达85%以上。阐述了循环功率对液压机械无级变速器效率的影响,通过效率定义法和啮合功率法从结构参数角度,对变速器效率提升进行了研究。结果表明：提高行星齿轮特性参数,变量泵输入齿轮副传动比与定量马达输出齿轮副传动比之积,以及液压系统效率可提高变速器效率；变速器效率在排量比为0时达到最大值。通过台架试验从运行环境角度对提高变速器效率进行了有益的探讨,结果表明：发动机转速越高,变速器效率越低,波动越明显；变量泵输入齿轮副传动比越高,变速器效率越高；发动机功率和液压系统压力对变速器效率影响不明显；液压机械档效率远高于液压档。建立基于Simulation X的液压机械无级变速器换挡模型。以速度降幅度、动载荷系数、最大冲击度和换挡时间为换挡品质评价指标；以力学参数(发动机转速、负载转矩、主油路油压和调速阀流量)和换挡时序(各离合器切换时序)为换挡品质影响因素；以参数对比法、极差法、方差分析法和试验验证法为换挡品质研究方法,对多离合器参与换挡的液压机械无级变速器连续换挡过程进行分析。对影响变速器换挡品质的两种典型工况进行基于力学参数和基于换挡时序的换挡策略仿真研究和试验验证。结果表明：典型工况的换挡品质决定整个连续换挡过程的换挡品质。在液压机械负向传动向液压机械正向传动过渡的过程中,为得到较好的换挡品质,基于力学参数的换挡策略是：采取较低的发动机转速,较小的负载转矩,较小的主油路油压,以及较大的调速阀流量；基于换挡时序的换挡策略是：首先同时切换换挡机构离合器,然后切换行星机构待分离离合器,最后切换行星机构待接合离合器。在液压传动向液压机械传动过渡的过程中,为得到较好的换挡品质,基于力学参数的换挡策略是：采取较低的发动机转速,较小的主油路油压,以及较大的负载转矩和调速阀流量；基于换挡时序的换挡策略是：首先切换静液压起步离合器和行星机构待接合离合器,然后切换换挡机构离合器。建立基于MATLAB的人-机-环境一体化匹配模型,以最佳动力性和最佳燃油经济性为主线,对基于驾驶员意图和基于智能调节的控制策略进行仿真分析。基于驾驶员意图的控制策略以油门变化量和油门变化率为切入点,通过变速器自动调节传动比保证发动机在提供所需动力性后自动回到经济性曲线上。基于智能调节的控制策略以阻力变化量和速度变化量为切入点,通过变速器自动调节传动比保证车辆运行在新的经济性曲线上。对液压机械无级变速器控制系统的硬件设计与软件开发作了介绍,为实现换挡控制策略和匹配控制策略的工程应用,提供了理论基础。