全球变暖日益加剧,大气环境问题的不断凸显,人类健康受到的威胁增大,人类的活动是导致这些问题的罪魁祸首。人类在不断探寻清洁能源,混合动力技术作为降低尾气排放、减少运行成本的有效手段,在乘用车、轻型卡车的应用如火如茶。而贡献了较高尾气排放的矿用自卸车则一直沿用着效率较低的电传动技术,在能耗、效率、尾气排放等指标中表现较差。本文以300吨级矿用自卸车为研究对象,采用矿山实际道路特点提取的循环工况,对混合动力矿用自卸车能量管理策略、优化设计以及清洁能源的应用发展做出讨论。旨在保证矿用自卸车动力学性能不损失的前提下,改善矿用自卸车的排放性能、削减矿用自卸车燃油成本。在完成柴油-电传动和混合动力矿用自卸车建模工作的基础上,针对混合动力矿用自卸车的能量管理问题分别采用了基于规则的能量管理策略和基于优化的能量管理策略(包括等效燃油最小消耗法和动态规划算法)。在基于规则的能量管理方法分析中,对比分析了矿用自卸车混合动力化对矿用自卸车排放性能、单位质量矿石燃油成本的影响,并考虑了计入电池成本之后额外电池成本赎回时间以及计入电池及电池附件质量之后的载重能力变化。同时,基于优化的能量管理方法中为当前混合动力矿用自卸车的零部件匹配做了最优结果讨论。采用DIRECT全局优化算法,以燃油经济性和单位质量矿石燃油成本为优化目标来完成优化设计的初步讨论。根据矿用自卸车循环工况特点,增加循环工况完成能力、电池初始与结束时刻SOC差值、加速时间以及整车满载爬坡能力测试作为约束条件,分别以燃油经济性(L/duty cycle, L/100km, MPG)、单位质量矿石燃油成本($/t)为目标函数,完成矿用自卸车设计阶段的零部件参数匹配初步优化讨论,包括发动机额定功率、电池容量、驱动电机额定功率等参数。为了进一步改善排放性能、降低单位质量矿石燃油成本,并保证动力学性能不受损失,本文对矿用自卸车发动机天然气与混合动力技术的结合做出讨论。量化分析了天然气化发动机对矿用自卸车爬坡能力的影响,采用混合动力方案解决天然气发动机扭矩损失对矿用自卸车动力学性能的影响。并指出,串联式的矿用自卸车传动系结构在天然气发动机的控制应用中能够有较大优势。最终,天然气混合动力矿用自卸车在排放性能、单位质量矿石燃油成本指标中,相比于目前柴油-电传动矿用自卸车有较大改善,且动力学性能没有任何损失。本文对矿用自卸车混合动力的动力学性能、排放性能以及燃油成本为目标做出讨论,为矿用自卸车的混合动力及其优化设计提供理论依据及指导。