能源安全和环境保护使得汽车工业面临空前的节能减排压力。以最小化油耗为目标的车辆节油驾驶技术是解决该问题的一个最新发展方向。源于发动机和动力系的强非线性、变量离散、存在模式切换等特点,车辆本质上为强非线性混合整型系统,使得节油策略难以理论求解并导致量化节油规律的缺乏,成为制约该技术发展的瓶颈。为克服该问题,本文(1)从“辨识构架-求解算法-求解软件”三个维度建立了车辆节油驾驶策略的理论辨识方法;(2)阐明了在加速、巡航、坡道三个典型工况下的节油规律和物理机理。面向不同类型车辆及工况,为高效获取节油操控策略,本文提出将“节油策略辨识”归结为“最优控制问题求解”的思路,建立了以“最优控制”为基础的辨识构架。为克服控制问题的强非线性、离散、切换等难点,发展了以Legendre伪谱法为基础的数值求解方法,提出了LGL配点的快速迭代算法,设计了非光滑系统的谱拼接转化策略,开发了通用的求解软件POPS,从而实现了混合整型节油策略辨识问题的谱精度求解,为节油策略的量化分析提供了理论工具。研究了速比离散型内燃机车辆的节油加速策略。提出了加速操作经济性的定量评价指标——当量油耗。融合伪谱拼接法和顺序换档规律实现了混合整型节油加速问题的最优求解。研究发现节油操作为“阶梯型”加速,其内在原因是节油加速行为受发动机燃油效率主导,阶梯型加速度可最大化系统效率。针对巡航工况,研究了传统内燃机车辆和并联混合动力车辆的油耗最小化巡航策略及其物理机理。研究发现:前者的节油策略为周期型的“加速-滑行”(PnG)操作,其本质上源于发动机非连续S型喷油特性;后者的节油策略呈现两类模式:“速度波动”模式和“电池SOC波动”模式;两者能实现节油源于车身和电池均具有能量缓存功能,其周期性“储能-释能”操作均可使得发动机间歇性工作于高效区,从而提高平均燃油效率。针对坡道工况,开发了两种高实时性节油巡航控制器——稳态引导型(SRC)和动能转换型(KEC)控制器。前者由控制问题的Hamiltonian系统推导而得,后者由动能与油耗的转化关系而设计。两者均具有非线性解析反馈律,大幅提高了计算效率,在保证节油效果的前提下实现单步计算耗时于毫秒以下水平。