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上汽第二代EDU智能電驅(qū)變速箱技術(shù)解析

2020-11-03 23:03:54·  來(lái)源：汽車(chē)動(dòng)力總成  
　
說(shuō)起混合動(dòng)力技術(shù)，想必大家腦海里浮現(xiàn)的是豐田的THS、本田的i-MMD。確實(shí)，在混動(dòng)領(lǐng)域，兩田基本可以稱其為開(kāi)山鼻祖了，那么國(guó)內(nèi)的車(chē)企是如何面對(duì)海外眾多混合動(dòng)
說(shuō)起混合動(dòng)力技術(shù)，想必大家腦海里浮現(xiàn)的是豐田的THS、本田的i-MMD。確實(shí)，在混動(dòng)領(lǐng)域，“兩田”基本可以稱其為開(kāi)山鼻祖了，那么國(guó)內(nèi)的車(chē)企是如何面對(duì)海外眾多混合動(dòng)力技術(shù)路線（PHEV和HEV，世界主流的技術(shù)流派有四個(gè)方向。以寶馬i3為代表的串聯(lián)方案，以大眾P2為代表的并聯(lián)方案，以豐田THS系統(tǒng)為代表的動(dòng)力分流方案），又是如何避開(kāi)海外廠商混動(dòng)技術(shù)的專(zhuān)利方案。今天，我們就來(lái)聊一聊上汽集團(tuán)在國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力技術(shù)方案上的創(chuàng)新與探索。
 
 上汽是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多全面覆蓋混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池三條技術(shù)路線，并自主掌控電池、電驅(qū)動(dòng)、電控（三電）核心技術(shù)的汽車(chē)企業(yè)。隨著搭載第二代EDU的車(chē)型正式投放到市場(chǎng)當(dāng)中，我們可以進(jìn)一步從技術(shù)上了解EDU智能電驅(qū)變速箱。
第一代EDU混合動(dòng)力技術(shù)
 
 在解析第二代EDU之前我們先來(lái)了解一下第一代EDU，插電式混合動(dòng)力的核心是EDU，即Electric DriveUnit（智能電驅(qū)變速箱）。第一代EDU采用了雙電機(jī)混聯(lián)的插電式混合動(dòng)力方案（這與本田i-MMD的雙電機(jī)串并聯(lián)構(gòu)型相似）。它由兩擋同軸變速器、液壓換擋機(jī)構(gòu)、ISG電機(jī)（小電機(jī)）、離合器1、TM電機(jī)（大電機(jī)）、離合器2組成。EDU電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)兩組離合器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)電機(jī)組成的三個(gè)動(dòng)力源進(jìn)行智能控制。
 
從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖我們不難看出，ISG電機(jī)（小電機(jī)）與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端串聯(lián)，兩擋同軸變速器（2MT）在離合器1與離合器2之間，TM電機(jī)（大電機(jī)）主要負(fù)責(zé)提供動(dòng)力，ISG電機(jī)（小電機(jī)）則充當(dāng)發(fā)電機(jī)的作用，但這兩個(gè)離合器在協(xié)作方面存在不足，使得搭載第一代EDU混合動(dòng)力技術(shù)的車(chē)型在某個(gè)速度區(qū)間時(shí)會(huì)發(fā)生的動(dòng)力銜接的異常闖動(dòng)現(xiàn)象。
 
 需要說(shuō)明的是，這兩個(gè)離合器并不是我們常說(shuō)的雙離合器（DCT），而是兩個(gè)單獨(dú)的離合器。分別是管理：ISG電機(jī)（小電機(jī)）和發(fā)動(dòng)機(jī)接入/斷開(kāi)；TM電機(jī)（大電機(jī)）接入/斷開(kāi)。通過(guò)這兩個(gè)離合器從而控制電機(jī)與輸入軸的連接。最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)力源的耦合（動(dòng)力接入）與解耦（動(dòng)力切斷）。
 
 通過(guò)兩個(gè)離合器的開(kāi)閉，以及不同動(dòng)力源的不同工作方式，EDU智能電驅(qū)變速箱可實(shí)現(xiàn)全部的混動(dòng)模式，常規(guī)情況下，由純電、串聯(lián)、并聯(lián)三種驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。
 
高速高負(fù)荷情況下，由發(fā)動(dòng)機(jī)和雙電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，同時(shí)還可進(jìn)行行車(chē)充電模式(混聯(lián))
 
 各模式、各檔位都可以根據(jù)工況切換到制動(dòng)能量回收，且動(dòng)力電池電量由EDU混動(dòng)控制單元自動(dòng)控制，確保在各個(gè)情況下最高效地輸出能量。
 
 在整個(gè)控制過(guò)程中，從SOC（State of Charge,稱為電池荷電狀態(tài)）最高到SOC最低，從車(chē)速最低到車(chē)速最高，從動(dòng)力需求最小到動(dòng)力需求最大，全部過(guò)程都是由車(chē)載電腦控制，不需要駕駛員人為介入。
第二代EDU混合動(dòng)力技術(shù)
 
 第二代EDU由齒輪軸系、TM電機(jī)、離合器、高壓線束、低壓線束、inverter（逆變器）、HCU（混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)控制器）、殼體組成。與第一代EDU相比，取消了雙電機(jī)和雙離合器的結(jié)構(gòu)，取而代之的是TM電機(jī)和電控離合器。創(chuàng)新性的雙輸入軸DHT構(gòu)型，平行軸布局，布局更加緊湊，發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)6擋+電機(jī)側(cè)4擋，實(shí)現(xiàn)自由的齒比組合，擴(kuò)大高效區(qū)間范圍，優(yōu)化低速扭矩輸出。
 
 離合器位于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端和6速變速箱（含兩組同步器）之間，工程師通過(guò)齒輪復(fù)用、同步器組合，憑借電動(dòng)機(jī)直接集成在變速箱上的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，用18個(gè)齒輪和4個(gè)同步器實(shí)現(xiàn)了11個(gè)擋位（含倒擋）。
 
 理論上發(fā)動(dòng)機(jī)端6速、電機(jī)端4速共可實(shí)現(xiàn)24個(gè)擋位，但實(shí)際卻用不到這么多個(gè)擋位，工程師只選擇其中“工作效率最高”的10個(gè)齒比。配合第二代EDU電控?fù)Q擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得換擋速度達(dá)到0.2s，比起第一代的油壓電控機(jī)構(gòu)，換擋速度有了明顯的改善。
 
第二代EDU中的高功率永磁同步電機(jī)，最大馬力136PS，峰值扭矩230N•m。采用了Hair-pin電機(jī)繞組技術(shù)，提升電機(jī)功率/扭矩密度約20%，電機(jī)峰值效率高達(dá)96%。
 
Hair-pin發(fā)卡繞組電機(jī)特點(diǎn)：
（1） 槽滿率高：發(fā)卡電機(jī)有效銅的面積可以提高20%以上，傳統(tǒng)電機(jī)有效銅槽滿率只有45%左右，發(fā)卡電機(jī)能做到70%左右。永磁電機(jī)損耗由繞組銅耗、鐵耗、風(fēng)磨雜散、磁鋼渦流損耗，其中繞組銅耗占比50%以上，銅耗大小又和繞組電阻成正比，減小繞組電阻能直接降低銅耗、提升電機(jī)效率和功率密度。
（2） 散熱性好：繞組表面積大，散熱面積大。繞組匝與匝之間接觸面積大，熱傳導(dǎo)更好。繞組每匝之間空隙小，熱傳導(dǎo)更好；繞組和鐵心槽之間接觸良好，熱傳導(dǎo)更好。通過(guò)溫度場(chǎng)仿真，相同設(shè)計(jì)的扁銅線電機(jī)繞組溫升比圓銅線電機(jī)低10%。
（3） 繞組端部短：線圈端部結(jié)構(gòu)更緊湊。相比散嵌繞組，端部高度低很多。
 
 高度集成式主動(dòng)油冷散熱技術(shù)同樣應(yīng)用在這第二代EDU身上，在電機(jī)外側(cè)，冷卻的油路以及噴油的開(kāi)孔，冷卻油氣以油柱的形式噴淋到繞組端部，直接、快速地將熱量帶走。相比傳統(tǒng)的水冷散熱方式，動(dòng)態(tài)油冷式熱管理技術(shù)更直接、高效，熱傳遞路徑更短，冷卻效率更高。同時(shí)，油冷結(jié)構(gòu)更加精密、緊湊，體積和重量縮小，能進(jìn)一步提高電機(jī)功率密度。
 
在這套變速箱的冷卻系統(tǒng)中，永磁電機(jī)以及變速箱采用油冷，電機(jī)控制器和TOC（油冷控制器）采用的是水冷，HCU（混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)控制器）采用的是風(fēng)冷，這三種不同的冷卻形式相互協(xié)作，共同組成了第二代EDU智能電驅(qū)變速箱的冷卻系統(tǒng)。
總結(jié)
不同于第一代EDU的雙電機(jī)+雙離合器的構(gòu)型，第二代EDU使用了單電機(jī)+電控離合器，更高的齒比組合，帶來(lái)更高效的動(dòng)力輸出。這也并不是一次簡(jiǎn)單的換代升級(jí)，可以這么說(shuō)，第一代EDU與第二代EDU采用的是兩種不同的混合動(dòng)力技術(shù)方案，單電機(jī)替換雙電機(jī)后，都動(dòng)力性能反而不減還增，還能更好地控制整機(jī)成本，結(jié)合20T Trophy缸內(nèi)中置直噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，使得這套動(dòng)力系統(tǒng)的最大馬力超過(guò)300PS，關(guān)于這臺(tái)1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)，可以講的有許多：全鋁缸體、缸內(nèi)中置燃油直噴、高效廢氣渦輪增壓、雙可變式氣門(mén)正時(shí)、水冷集成排氣歧管、可變式排量機(jī)油泵等等。
 
 
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