重型载货汽车因其高效的运输能力和低廉的运输成本,成为公路运输主力军。然而,由于长行驶里程,高燃油消耗,重型载货汽车的节能减排广受关注,研究其节能减排技术对降低我国石油消耗和温室气体排放有重大意义。混合动力技术具有整车成本低,续驶里程长,低能耗低排放的优势,受到国内外的高度重视,被视为重型载货汽车未来发展方向。本文以“超级节能型重型载货汽车混合动力系统开发研究”国家重点研发项目为依托,围绕构型分析与能效优化这一目标,开展了重型载货汽车混合动力系统分析与优化,能量管理策略设计与优化,单踏板制动能量回馈控制设计与优化三个方面的研究。本论文从整车经济性角度针对三种适合重型载货汽车的混合动力系统搭建了仿真模型,其中包括动力系统部件模型(电机模型,发动机模型和动力电池模型),整车动力学模型,整车控制器模型和驾驶员模型。以燃油经济性和车辆运行成本(包括燃油成本和电池衰减成本)为目标,采用动态规划算法对动力电池容量进行优化与选择。通过动态规划算法对混合动力系统能量分配问题的求解,本文提出一种基于全局优化的实时能量管理策略。该策略对车辆的燃油经济性提升至少18.44%。结合上述研究工作,建立了重型载货混合动力汽车全生命周期成本模型,对各构型在不同经济场景下的成本进行了分析。比较了各构型在初始购置成本,投资回收期,总成本和燃油经济性方面的表现。以降低整车燃油消耗和提高制动能量回馈效率为目标,本文提出一种单踏板制动能量回馈策略。首先,基于实际道路出行数据对加速-滑行控制策略进行了研究,进而提出基于车速和油门踏板的滑行控制设计。最后,根据永磁同步电机原理,提出单踏板制动能量回馈控制下的电机最优制动力分配,并对单踏板控制进行优化设计。相比传统制动能量回馈策略,单踏板制动能量回馈策略能够减少电耗3.70%。建立重型载货汽车混合动力系统试验台架,进行了能效优化算法的台架试验,验证了能效优化算法的有效性和可行性。台架试验结果显示:本文所提出的实时能量管理策略仿真结果和试验结果误差仅为1.52%,算法具有良好的有效性;单踏板制动能量回馈策略在试验中能够实现66.67%的制动能量回馈效率。能效优化算法联合试验中,该重型载货混合动力汽车的百公里燃油消耗为11.20L/100km。