G-MC（GAC mechatronic coupling）是廣汽機(jī)電耦合系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，主要應(yīng)用于插電式或混合動(dòng)力車型。

2014年初，廣汽研究院擬開(kāi)發(fā)新一代的插電式新能源汽車，如何選擇機(jī)電耦合系統(tǒng)的構(gòu)型成為一個(gè)重點(diǎn)課題。當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上的主要構(gòu)型有∶豐田的 THS（Toyota hybrid system）系統(tǒng)、通用的 Voltec 系統(tǒng)、本田的 i-MMD（Intelligent multi mode drive）系統(tǒng)、科力遠(yuǎn)的 CHS（Corun hybrid sys- tem）系統(tǒng)、上汽的 EDU（Electric drive unit）系統(tǒng)等，此外不少汽車企業(yè)也在使用 P0～P4 的方案。考慮到國(guó)內(nèi)對(duì)行星齒輪加工還不成熟，PO、P1、P4方案的節(jié)油效果不佳，P2、P3 方案對(duì)自動(dòng)變速箱的依賴度較高，從性能仿真、成本比較及專利分析等進(jìn)行多輪論證，最終選定了目前的 G-MC構(gòu)型。

1. Ｇ-ＭＣ的系統(tǒng)方案

如圖1所示，一般混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)包括發(fā) 動(dòng)機(jī)、耦合機(jī)構(gòu)、高壓電池、整車控制器、電機(jī)控器、耦合控制器等。


圖１ 混合動(dòng)力系統(tǒng)方案圖

G-MC 的系統(tǒng)原理如圖 2 所示，G-MC 將發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、離合器、傳動(dòng)系統(tǒng)、差減速器及液壓系統(tǒng)等集成在高壓鑄造的鋁合金殼體內(nèi)，采用油冷（雙油泵）。


圖2 Ｇ-ＭＣ 系統(tǒng)原理

從構(gòu)型上來(lái)說(shuō)，該耦合系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)4種驅(qū)動(dòng)模式，分別是純電動(dòng)模式、串聯(lián)增程模式、并聯(lián) 混動(dòng)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式。

當(dāng)離合器分離，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)不提供功率時(shí)，G-MC 工作在純電動(dòng)模式。此時(shí)功率流經(jīng)由中間軸、主減速齒輪傳遞至車輪，如圖3所示。


圖3 純電動(dòng)模式功率流

當(dāng)G-MC 工作在串聯(lián)發(fā)電模式時(shí)，離合器處于分離狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，一部分用于電池充電，一部分用于給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整車。該模式主要工作在電池電量低或急加速需求扭矩較大的行駛工況，其功率流如圖4 所示。


圖4 串聯(lián)增程模式功率流

在高速大扭矩需求時(shí)，離合器接合，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，模式的功率流如圖 5所示。


圖5 并聯(lián)混動(dòng)模式功率流

在高速巡航時(shí)，離合器接合，發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)空轉(zhuǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，該模式的功率流如圖6所示。G-MC 外形如圖7所示。


圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)模式功率流


圖7 Ｇ-ＭＣ系統(tǒng)外形

系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表1所示。



G-MC 匹配廣汽專門研發(fā)的1.5ATK（Atkinson cycle）發(fā)動(dòng)機(jī)，采用阿特金森循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表2所示，其中1.5TM（Turbo Millercyele）是廣汽正在開(kāi)發(fā)的米靳循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。



2. G-MC 控制策略

在車輛實(shí)際行駛中，增程模式和混動(dòng)模式占了絕大部分，因此針對(duì)這 2 種工況做效率最優(yōu)控制。

2.1 增程模式效率最優(yōu)控制

增程模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速解耦，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)控制。根據(jù)系統(tǒng)效率最優(yōu)計(jì)算增程器不同發(fā)電量的系統(tǒng)效率。選定以10 kW 為限，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需求功率小于 10 kW 時(shí)，為避免發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)效率過(guò)低，發(fā)電機(jī)以10 kW 的功率進(jìn)行發(fā)電;而當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)需求功率大于 10 kW時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)功率跟隨控制，既可以保證增程器的高效性，又可以避免電池充放電造成的能量損失。

2.2 混動(dòng)模式效率最優(yōu)控制

在混動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車輪轉(zhuǎn)速耦合，盡可能通過(guò)發(fā)電機(jī)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷在高效區(qū)域。主要考慮以下原則∶

1）整車功率需求在發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)曲線之下， SOC 適中時(shí)，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的扭矩使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)曲線上。

2）整車功率需求低于發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)工作曲線，但 SOC 較高時(shí)，此時(shí)通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)功率使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在克服整車阻力曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)工作曲線之間。

3）整車功率需求超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)最經(jīng)濟(jì)工作曲線時(shí)，通過(guò)發(fā)電機(jī)電機(jī)助力彌補(bǔ)部分需求扭矩，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最經(jīng)濟(jì)曲線與外特性之間。

4）當(dāng)整車動(dòng)力需求較大時(shí)，優(yōu)先滿足動(dòng)力性，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在上限曲線。

3. 結(jié)構(gòu)布置方案

3.1 系統(tǒng)組成元件

G-MC 系統(tǒng)的組成元件如圖8所示。


圖8 Ｇ-ＭＣ 系統(tǒng)的組成元件

3.2 液壓系統(tǒng)原理

設(shè)計(jì)全新的液壓系統(tǒng)方案和液壓閥板，滿足離合控制和冷卻回路控制要求。開(kāi)發(fā)控制單元，監(jiān)控系統(tǒng)流量、油壓和油溫，通過(guò)控制電磁閥實(shí)現(xiàn)離合器的開(kāi)合控制。液壓系統(tǒng)采用電動(dòng)油泵和機(jī)械油泵的雙油泵方案，滿足各種工況下的冷卻潤(rùn)滑需求。

3.3 電機(jī)冷卻方案

耦合系統(tǒng)內(nèi)部的冷卻方式分為強(qiáng)制潤(rùn)滑與飛濺潤(rùn)滑。差速器齒圈的攪動(dòng)，把油液甩到相關(guān)的齒軸位置，形成油膜，提供相應(yīng)的潤(rùn)滑、冷卻。對(duì)無(wú)法飛濺潤(rùn)滑的位置或?qū)鋮s需求較大的位置，如電機(jī)線圈繞組、中間軸軸承等位置，通過(guò)輸油管路和殼體內(nèi)部的管路，強(qiáng)制進(jìn)行冷卻，以避免冷卻潤(rùn)滑不良造成的零部件失效。電機(jī)的冷卻系統(tǒng)如圖9所示。


圖９ 電機(jī)冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

3.4 耦合控制原理

耦合控制器根據(jù)整車控制器的要求，控制離合器的接合與斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)模式切換。耦合控制器根據(jù)電機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)控制電動(dòng)油泵的轉(zhuǎn)速，滿足耦合機(jī)構(gòu)內(nèi)部零件不同的冷卻需求。耦合控制原理如圖10所示。


圖10 耦合控制原理示意圖

4. 性能表現(xiàn)

與主流的機(jī)電耦合系統(tǒng)相比，G-MC具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度小、無(wú)換擋沖擊、發(fā)動(dòng)機(jī)介入平順、加工容易、成本較低的特點(diǎn)。詳細(xì)對(duì)比情況如表3所示。



G-MC目前已搭載3個(gè)車型∶GA3SPHEV、 GS4PHEV、GA6PHEV，同時(shí)也提供給廣汽的合資企業(yè)。GA3SPHEV補(bǔ)貼前售價(jià)16.48萬(wàn)元起，具有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)，整車參數(shù)如表4所示。其中當(dāng)時(shí)在售的同類插電式轎車車型A和B的加速時(shí)間及油耗是對(duì)標(biāo)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值。