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电控机械式自动变速器(AMT)在传统手动变速器的基础上改进而来,具有传动效率高、成本低、结构简单等优点。近年来,全电式AMT研究引起了越来越多国内外科研机构的关注,并开始尝试将直驱技术引入其中。为进一步提高全电式AMT的换挡品质,本文提出一类基于直驱技术的AMT换挡系统,自主研发了集转动与直动于一体且运动时互不干涉的二自由度电磁执行器(2-DOF EMA)和具有自增力功能的增力式同步器,提高系统结构紧凑性和AMT换挡品质的同时,降低了选换挡过程中的能量损耗。运用理论分析、仿真计算和试验研究相结合的方法,对基于直驱技术的AMT换挡系统中的关键技术进行了深入研究,具体包括以下几方面内容：(1)确定了应用直驱技术的AMT选换挡执行机构技术方案。考虑自动变速技术对选换挡执行机构的基本要求,分别以换挡品质和结构紧凑性为最优目标设计了两种AMT选换挡执行机构方案,并最终选择对传统手动变速器内部结构改动较小的二自由度直接驱动装置驱动的AMT选换挡执行机构作为课题研究的主要技术方案。(2)研发了一种基于电磁转换特性的二自由度电磁执行器。考虑AMT选换挡执行机构的驱动要求和结构紧凑性,自主研发了集转动和直动于一体且运动时互不干涉的、具有高功率密度的二自由度电磁执行器,在完成系统样机研制后,分别对其静、动态特性进行了仿真分析与台架测试。(3)建立了详尽的选换挡过程动力学模型,并对选换挡执行机构的性能进行仿真研究。在分析变速器换挡机理的基础上,分段研究了AMT的选换挡过程,论证了AMT选换挡执行机构实现选换挡时序重叠的可行性；完成了基于MATLAB/Simulink的选换挡执行机构性能仿真研究,且定量研究了主要设计与控制参数对AMT选换挡执行机构性能的影响。(4)分析了换挡拨叉强度和刚度对驱动力加载规律的影响,探讨了最大瞬时驱动力的确定原则。建立基于ABAQUS的换挡拨叉有限元分析模型,研究了换挡拨叉强度要求下,换挡驱动装置能加载到选换挡执行机构上的最大瞬时驱动力,并根据换挡拨叉的刚度分析结果修正了换挡控制策略。(5)研制了一种具有自增力和提高换挡系统鲁棒性功能的直驱自增力AMT换挡系统。针对直驱技术应用于AMT换挡系统中所带来的问题,设计了一种具有自增力功能的增力式同步器,分别从力学和能量守恒的角度论证了增力式同步器的可行性与功能性,并对其原理性样件进行研制；直驱自增力AMT换挡系统使选换挡执行机构在输出较小驱动力时可获得较大的同步力,降低2-DOF EMA换挡能耗的同时,提高了AMT换挡系统抵御外部扰动的能力,为进一步缩小换挡驱动装置体积和降低换挡控制系统设计难度奠定了良好的技术基础。(6)构建了二自由度电磁执行器直接驱动的AMT换挡系统通用试验台架,验证了基于直驱技术的AMT换挡系统的可行性、功能性和通用性。在合适的换挡控制系统控制下,实现了2-DOF EMA作为AMT换挡系统驱动装置时的选换挡时序重叠功能,通过变换挡参数的试验研究确定了新型AMT换挡系统的可行性与通用性。对比试验台架改装前后两种AMT换挡系统的试验结果,验证了直驱自增力AMT换挡系统的可行性与功能性。实际测试结果表明,对于家用轿车的典型换挡参数(An=500r/min, Js=0.03kg-m2),当进挡过程的最大瞬时驱动力达到1000N时,2-3挡的选换挡时间可控制在200ms以内,同步时间为107ms,此时输入轴最大当量换挡冲击度为179.5rad/s3,单位面积滑摩功为0.057J/mmm2,具有较小换挡冲击且满足同步器使用寿命要求的同时,较大程度地缩短了选换挡过程中的动力中断时间；研制的直驱自增力AMT换挡系统的力放大系数为1.542,可将选换挡过程需要的最大瞬时驱动力降低35%,为进一步缩小换挡驱动装置体积和降低换挡控制系统设计难度奠定了良好的基础。