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泵-马达构成的液压传动系统不仅具备无级调速和柔性传动的特点,其传动效率也明显高于液力变矩器,尤其是与行星机构组合构成的液压机械无级变速传动（Hydro-mechanical continuously variable transmission,HMCVT）是国内外拖拉机动力传动系统的重要研究方向。功率分流传动（Power split transmission,PST）作为其中的一种传动形式虽然能够显著提升拖拉机的传动效率,但是整体系统传动比不能为通过零点,不具备全程无级调速的功能,从而失去了对于负载变化敏感车辆十分重要的低速增扭特性。并且由于速比阔度不高,需要更多的换段模式来满足拖拉机目标车速需求,增加了更多操作与控制的步骤。基于回流变速传动的设计思想,本文提出了一种新型回流式液压机械无级传动系统（Power-cycling hydro-mechanical continuously variable transmission,PCHMCVT）。该系统以泵-马达为特征调速元件,利用功率循环的特点,实现对液力变矩器低速增扭、无级调速和缓冲减震等功能的替代;利用行星机构的耦合与泵-马达液压系统功能的转换,将液压回流传动与分流传动相互结合,根据拖拉机不同的行驶状态,匹配不同的功率传递形式,在保持较高传动效率的同时拓宽了系统速比阔度,获得了全时全程无级调速功能和低速增扭特点,为创建一种兼具液力与液压传动双重特色、功率分流与回流可相互转换的新型液压机械复合变速传动系统的设计理论与控制方法奠定理论基础,具体的研究内容如下:（1）回流式液压机械无级传动装置结构设计及特性对比分析本章首先介绍了回流式液压机械传动装置的基本结构和工作原理,推导了的回流式液压机械传动装置的基础特性公式,并绘制了调速特性、扭矩特性、分流特性和效率特性曲线。然后,根据动力传动系统中档位变速装置所在传动路径,比较了不同配置方案的回流式液压机械传动系统的区别,并给出了不同需求的传动类型。最后,对比了回流式液压机械无级传动和液压机械分流传动、静液压传动的速比特性和效率特性,为回流式液压机械无级传动系统的设计意义提供了理论基础。（2）回流式液压机械无级传动系统参数优化与设计方法研究本章首先分析了回流式液压机械无级传动装置各结构参数对传动性能的影响规律,为实现传动性能综合最优,建立了回流式液压机械无级传动装置的多目标优化设计数学模型,并使用NSGA-II多目标遗传算法优化了行星排结构参数k1、k2。然后,根据优化后的行星排结构参数,以传动效率大于70%为设计原则,对传动系统中的主要结构参数进行了选择与设计。同时,为提高回流式液压机械无级传动倒档模式的传动效率对原始变速箱结构进行了改进。最后,根据拖拉机的需求速度和回流式液压机械无级传动的速比特性搭配了2档变速箱,划分了5个工作模式。通过仿真计算,对回流式液压机械无级传动系统设计方法的可行性进行了验证。（3）回流式液压机械无级传动系统匹配优化控制针对发动机与变速器的匹配问题,建立了发动机转矩输出模型和效率数值模型,确定了发动机最佳经济性和最佳动力性转速调节特性。综合考虑发动机工作特性和变速器效率,分别以拖拉机整车传动效率最优和输出功率最大为优化目标对回流式液压机械无级传动系统目标速比进行了寻优求解,得出了基于变速器效率的回流式液压机械无级传动拖拉机最佳经济性和最佳动力性控制。（4）回流式液压机械无级传动系统动力连续转化研究为了避免回流式液压机械无级传动拖拉机在模式切换过程中出现动力中断的现象,提出了回流式液压机械无级传动系统动力连续转换的控制策略。首先,根据每种模式功率流的变化情况和拖拉机车速的需求,划分了四个工作模式和一个倒档模式,并分析了每个模式的离合器状态。然后,为了使拖拉机作业时连续速比,提出了回流式液压机械无级传动系统动力连续转换的控制策略。针对模式切换过程输出扭矩的变化,建立了回流式液压机械无级传动系统动力学模型以及离合器状态切换过程的动力学模型,并根据农用车辆冲击度要求,确定了离合器扭矩变化率的限定范围。最后,制定了拖拉机犁耕作业的循环工况,利用Matlab/Simulink仿真平台对F1,F2和F3模式之间的相互切换过程进行了仿真分析。（5）回流式液压机械无级传动性能试验研究为了验证所设计的回流式液压机械无级传动装置的可行性与动力学模型的正确性,搭建了回流式液压机械无级传动试验台架。整个实验装置以驱动电机作为回流式液压机械传动装置的动力源,利用加载载电机和飞轮模拟拖拉机空载和外界负载的变化情况,利用转速转矩传感器采集回流式液压机械无级传动输入、输出轴的转速和转矩信号,同时,利用D2P控制单元对驱动电机、负载电机和回流式传动变速器进行控制,根据测试数据绘制出回流式液压机械无级传动装置的无级调速特性、效率特性和低速增扭特性曲线,最后通过D2P控制驱动电机按照设定的工作曲线运行,测试了所设计的微分先行PID速比自适应控制器的效果。