自动变速器是车辆传动系统的核心构件。为改善车辆换挡品质,提高车辆动力性能与经济性能,人们不断地对自动换挡技术提出要求。本文以重型液力机械自动变速器为研究对象,针对工程车辆频繁变化的载荷工况及爬坡、下坡交替的道路工况,对重型自动变速器换挡品质控制及换挡时机控制进行设计与优化。基于柴油发动机、液力变矩器及车辆动力学模型,使用Lagrange法与虚功原理推导5速重型自动变速器多排行星齿轮组动力学模型。结合执行机构摩擦模型,在仿真环境内搭建换挡过程动力学仿真模型。调节换挡离合器搭接曲线,分析不同搭接方式对换挡冲击度的影响。仿真结果显示换挡离合器油压搭接方式对换挡品质影响较大。通过建立换挡过程状态空间模型,利用二次型性能指标函数法优化高速挡离合器结合转矩控制策略,有效改善换挡品质。换挡时机控制方面,根据传统动态三参数动力性换挡规律求解方法,制定重载自卸车辆动力性换挡规律。考虑行驶工况特点,增加车辆载荷度、行驶工况及油门开度变化率作为换挡控制参数,修正动力性换挡规律。结合某30吨重载自卸汽车参数,搭建车辆动力系统MapleSim仿真模型。选择典型作业工况测试修正前与修正后换挡规律,修正的多参数动力性换挡规律可提升车辆动力性能。为改善车辆燃油经济性,文中提出一种针对重载自卸车辆基于固定行驶轨迹的预见性控制经济性换挡规律优化算法。基于前方道路已知的情况,选用动态规划算法对车辆行驶过程中换挡策略进行优化,将经济性换挡规律求解转化为优化车辆燃油消耗量问题。基于简单地形信息与实际地形信息,对最佳经济性换挡规律进行求解,验证优化的控制策略满足优化准则。调整燃油消耗量权重系数,根据优化结果制作Pareto曲线,明确行驶时间与燃油消耗量的非线性关系。利用预见性控制理论优化换挡控制策略,并将该策略应用到传动系统MapleSim仿真模型,验证换挡规律可提高车辆燃油经济性。同时,在相同路况下,模拟分别使用多参数换挡规律、预见性控制优化经济性换挡规律车辆的行驶状态。仿真结果显示预见性控制优化的经济性换挡规律存在优势。搭建硬件在环平台,对换挡品质及换挡规律优化算法进行实时性与有效性测试。不同工况下,车辆换挡品质控制显示出良好的通用性。同时,与换挡时机控制匹配,控制器能够按照工况特点准确换挡,并有效保证换挡品质。换挡过程控制与时机控制的合理性与可行性得到验证。本文对重型液力机械自动变速器换挡控制进行研究,为此类变速器换挡品质控制与换挡规律设计提供一定的理论指导及依据。