发展以电动汽车为主的新能源汽车是我国面对气候变化和能源问题的重要战略取向。目前量产的电动汽车的动力系统多采用单级减速方案,其导致汽车在行驶过程中驱动电机无法更多地工作于高效区。研究表明,在电动汽车中安装变速器是提高电动汽车的动力性和经济性的有效途径,其不仅可以满足多变的行驶工况,也可以拓展动力系统的高效区。电动汽车的驱动电机不仅具备全速域调速能力,还具备在低速时输出大力矩的能力,因而在电动汽车驱动电机与变速系统之间无需安装离合器。此外,驱动电机转矩快速响应和转速精准调节能力,可以协调进行换挡同步,在换挡过程中利用驱动电机快速消除变速器输入齿轮与目标挡位输出齿轮的转速差,甚至角度差,进而实现快速换挡。因而,可以进一步取消同步器,进而形成无摩擦元件的变速系统。无摩擦元件的变速系统因具有结构简单和成本低的优势而具有广阔的应用前景。本文针对无摩擦元件变速系统的换挡过程,重点解决无摩擦元件变速系统的建模分析和协调控制问题。为了便于研究的开展,本文介绍了一款采用接合套换挡的无摩擦元件行星式两挡电驱动系统,并以此系统为实例进行了深入的理论、仿真及试验研究,主要研究内容包括:（1）建立了无摩擦元件变速系统的动力学模型。考虑到接合套齿凹凸复杂的轮廓,提出了基于碰撞模型的周-轴向动力学模型耦合方法。详细分析了无摩擦元件变速系统中接合套与接合齿圈的潜在碰撞情形,给出了基于快速排斥和跨立判断的几何学碰撞检测方法;针对可能存在多个轮廓交点的情形,提出了交点映射方法来确定碰撞作用面;为了计算碰撞刚度,采用等效面积法来求取等效碰撞刚度;建立了接合套与接合齿圈碰撞过程的碰撞力模型和摩擦力模型。根据建立的无摩擦元件两挡电驱动系统的周向、轴向动力学模型以及碰撞模型,建立了周-轴向耦合动力学模型,并进行了有效性仿真验证。（2）进行了无摩擦元件变速系统的特性及换挡过程影响因素研究。分析了驱动电机系统的转矩和转速响应特性。根据摘挡、主动同步和挂挡三个主要阶段,分析了各阶段换挡控制的主要影响因素。通过分析,得到了齿侧倒角对摘挡的不利影响和实施将摘挡阻力控制为零的主动调矩控制的必要性;从能量变化的角度分析了主动同步的必要性;从转矩协调控制的角度分析了转角同步对齿控制的可行性,为后续的换挡控制算法研究提供了依据。（3）进行了基于主动调矩的摘挡前驱动电机转矩协调控制研究。通过对摘挡阻力的建模,得到了各车速和挡位下实现零阻力摘挡所需的驱动电机目标转矩。为了降低调矩过程车辆的冲击度,提出了主动调矩来对驱动电机的转矩卸载进行过渡控制。根据获得的目标转矩,将所提的改进Sigmoid转矩给定方式与阶跃、等斜率转矩给定方式进行了调矩仿真,通过对比三种转矩给定方式下的调矩时间和产生的冲击度,验证了所提的改进Sigmoid给定方式在调矩耗时、最大冲击度限制等指标的综合性评价上具有更好的表现。（4）提出了基于动态对齿的转速转角双同步协调换挡控制方法及控制系统的架构。该控制系统包含协调器、挡位相识别器、特征构建器、干扰观测器、接合套调节器、转速同步调节器、动态对齿器以及跟踪控制器等模块,在该架构中将无摩擦元件变速系统的周向和轴向进行解耦,采用协调器来协调主动调矩、转速同步、动态对齿等周向系统目标值和轴向上换挡机构目标值的产生。在控制系统中设置的跟踪控制器能够协调控制接合套与驱动电机,实现摘挡、转速主动同步、主动对齿挂挡等动作。通过仿真对比验证了所提转速转角双同步协调换挡控制算法的有效性和优越性。（5）开展了无摩擦元件变速系统协调换挡控制的试验研究。基于采用接合套换挡的行星齿轮两挡变速机构设计了无摩擦元件换挡实验台架,并给出了接合套与目标挡位接合齿圈之间的转速差和转角差的解算方法。分析了不同剩余转速差下的换挡品质,并验证了协调控制给出的挂挡启动点与实测的最佳剩余转速差基本相符。根据该无摩擦元件变速系统换挡控制试验台架的参数,分别进行了有动态对齿控制和无动态对齿控制的仿真和试验对比,进一步验证了基于动态对齿的转速转角双同步协调换挡控制算法的可行性和有效性。本文研究工作为电动汽车无摩擦元件变速系统的推广应用做了相关技术准备,所建立的动力学模型和所提的动态对齿协调换挡控制方法为无摩擦元件变速系统的研究提供了新的手段和思路。