多挡位变速箱能够提升电动车辆动力性以及经济性,是电动车传动系统的一个重要发展方向。受制于成本,传动效率等因素,目前电动车多挡变速箱大多基于机械式自动变速箱AMT(Automatic Mechanical Transmission)开发而来。AMT变速箱能够实现车辆多挡位驱动的同时,自身也拥有较高传动效率,并且结构简单,制造成本低,生产继承性好。然而传统AMT变速箱采用同步器切换动力传递路线,因此换挡过程中不可避免的存在动力中断问题。此外,由于驱动电机自身拥有良好的调速特性,一般取消AMT变速箱中的主离合器。这样做一方面简化了传动系统结构,降低成本,同时也减少了所需控制的执行机构数量,然而却进一步增加了换挡过程的控制难度。换挡动力中断时间延长造成的顿挫最终导致驾驶品质恶化。完全依靠驱动电机主动调速,同步器(或啮合套)的顶齿或打齿问题会更加频繁,容易造成换挡失效。这些问题限制了电动车AMT变速箱的大规模应用。解决AMT变速箱换挡过程中的动力中断问题,主要包含两类技术路线,即多动力源输入(Multi-Power)技术路线和多动力路线输入(Multi-Route)技术路线。以Multi-Power技术路线为例,可以采用双电机驱动,换挡过程中两台电机交替换挡,保证驱动力矩的连续输出。以Multi-Route技术路线为例,换挡过程中可以通过额外动力路线中摩擦元件滑摩助力,进而驱动车辆行驶。上述两种方案中,为避免换挡过程运动干涉以及减少冲击,对驱动电机和同步器(啮合套)控制精度要求极高。目前阶段AMT变速箱控制过程大多采用基于规则的前馈加反馈的控制方式。为了使得各个工况下的换挡品质都能达到设计要求,需要进行大量的标定工作。基于模型的换挡过程控制是近年的主要研究方向,由于模型中包含变速箱以及车辆的运动学关系,能够实时反应系统状态,可以减少冗杂控制参数的标定工作。但基于模型的控制方式对模型精度要求很高,另外车辆在实际行驶过程中自身参数以及环境因素都是实时变化的,这些扰动都会对控制效果产生很大的影响。针对以上问题,本文依托国家自然科学基金优秀青年科学基金(61522307汽车传动系统控制),以及国家自然科学基金面上项目(61374046机械式自动变速器的滚动优化控制),以电动车AMT变速箱换挡过程动力中断问题为研究对象,研究工作从变速箱换挡理论分析、结构拓扑优化设计、换挡关键部件方案提出与论证、换挡过程优化控制、试验验证展开。从AMT变速箱结构优化,换挡关键部件优化以及换挡过程控制策略搭建三方面进行无动力中断换挡问题研究。本文的主要研究工作如下:首先,介绍了新能源汽车传动系统,针对电动车多挡变速箱的需求及其所带来的车辆性能提升展开分析。针对目前电动车所采用的传统AMT变速箱换挡过程中存在的动力中断问题,优化设计了采用后置离合器滑摩辅助换挡的I-AMT(Inverse Automatic Mechanical Transmission)变速箱方案。进一步优化了换挡关键部件,采用单向离合器代替传统同步器,有效避免换挡过程中可能存在的运动干涉,同时简化了换挡过程。针对I-AMT变速箱的倒挡过程,设计了摩擦式可控单向离合器系统FSOWC(Friction Selectable One Way Clutch)。FSOWC系统不需要单独执行机构进行操控,换挡过程中I-AMT变速箱只需通过控制后置离合器的分离与结合即能实现连续的力矩输出。然后,对FSOWC系统的楔合特性展开研究。具体针对轻型电动车所采用的I-AMT变速箱,对其中FSOWC系统进行了参数设计,并通过动力学模型验证了换挡过程中各个部件的运动状态关系。对FSOWC系统中的摩擦副进行了滑摩过程热负荷分析,验证了连续倒挡过程系统的可靠性。针对楔合过程,分析了可控单向离合器主从动元件在不同角加速度下,楔合瞬时对自身载荷以及对传动系统扭矩波动造成的影响,对I-AMT变速箱换挡过程提出了控制要求。再后,对I-AMT变速箱换挡过程进行优化控制。针对I-AMT换挡过程进行建模分析,以后置离合器的滑摩损失以及车辆冲击度为优化目标,提出了面向电动车换挡过程的基于线性二次型调节器的时变扰动抑制控制器。针对系统中所存在参数不确定性以及外界环境扰动,设计高阶观测器进行扰动以及扰动导数的估计,将时变扰动以及扰动的导数作为最终控制律的一部分。通过仿真模型进行验证,与LQR(Linear Quadratic Regulation)控制器相比,所设计的扰动抑制控制器在I-AMT变速箱后置离合器参数发生改变,以及车辆载重和道路坡度阻力的变化时,依然能够保证稳定的换挡效果。最后,进行台架测试以及实车试验。针对后置离合器的结合分离过程,提出了CSCA(Camshaft Clutch Actuator)执行机构。考虑了系统的非线性因素,采用非线性前馈反馈控制器,实现离合器位移跟踪控制。通过台架试验和实车验证了搭载FSOWC系统的I-AMT变速箱无动力中断换挡特性以及所提出换挡过程控制策略的有效性。结果表明在不同扰动的作用下,变速箱均能实现良好稳定的换挡效果,达到预期性能。