鉴于现有油液混合挖掘机尚存在的不足,为进一步降低其燃油消耗率,改善其动臂下降时的平稳性,设计了一个改进的挖掘机油液混合动力系统,研制了扭矩耦合式油液混合动力挖掘机试验平台。主要研究具有以下创新点：1)创新研制了一种以液压泵／马达为能量转换器的挖掘机油液混合动力系统,实现了动臂下降势能回收与发动机效率优化的结构统一,解决了液压蓄能器参数难以匹配、能量回收过程中损失较大等问题。建立了主泵、辅助液压泵／马达、柴油发动机和分动箱等部件的数学模型,并在AMESIM平台上构建了相应的复杂模型和工作装置的动力学模型,构建了仿真实验平台。设计并试制了相应的试验样机。2)提出了一种发动机泵组负载预测方法与一阶滑模控制方法相结合的挖掘机油液混合动力系统控制策略。仿真和实验结果表明,用该方法解决了PID负载扭矩预测转速控制在预测模型参数误差过大时存在大幅振荡的问题；并减少了20%-40%的转速波动,提高了发动机工作点控制的稳定性,从而降低发动机燃油消耗及废气排放,可以减少4%的燃油消耗。3)以动臂液压缸的上腔压力为控制目标,提出了动臂势能回收的二阶滑模压力super-twisting控制方法。研究了扭矩耦合式油液混合动力挖掘机动臂下降势能回收过程,针对液压压力控制系统的二阶相对阶特性,采用二阶滑模super-twisting控制方法,给出了一种压力控制目标的确定方法。仿真和实验结果表明,采用该方法回收势能过程中,油缸上腔压力能以小于2 bar的波幅稳定在22 bar控制值上；从而说明该方法在实现动臂势能有效回收的同时,还能保持挖掘机原有的良好操作性能。