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上汽第二代EDU智能电驱变速箱技术解析

2020-11-03 23:03:54·  来源：汽车动力总成  
　
说起混合动力技术，想必大家脑海里浮现的是丰田的THS、本田的i-MMD。确实，在混动领域，两田基本可以称其为开山鼻祖了，那么国内的车企是如何面对海外众多混合动
说起混合动力技术，想必大家脑海里浮现的是丰田的THS、本田的i-MMD。确实，在混动领域，“两田”基本可以称其为开山鼻祖了，那么国内的车企是如何面对海外众多混合动力技术路线（PHEV和HEV，世界主流的技术流派有四个方向。以宝马i3为代表的串联方案，以大众P2为代表的并联方案，以丰田THS系统为代表的动力分流方案），又是如何避开海外厂商混动技术的专利方案。今天，我们就来聊一聊上汽集团在国内混合动力技术方案上的创新与探索。
 
 上汽是国内为数不多全面覆盖混合动力、纯电动、燃料电池三条技术路线，并自主掌控电池、电驱动、电控（三电）核心技术的汽车企业。随着搭载第二代EDU的车型正式投放到市场当中，我们可以进一步从技术上了解EDU智能电驱变速箱。
第一代EDU混合动力技术
 
 在解析第二代EDU之前我们先来了解一下第一代EDU，插电式混合动力的核心是EDU，即Electric DriveUnit（智能电驱变速箱）。第一代EDU采用了双电机混联的插电式混合动力方案（这与本田i-MMD的双电机串并联构型相似）。它由两挡同轴变速器、液压换挡机构、ISG电机（小电机）、离合器1、TM电机（大电机）、离合器2组成。EDU电驱动系统通过两组离合器对发动机和两台电机组成的三个动力源进行智能控制。
 
从结构简图我们不难看出，ISG电机（小电机）与发动机输出端串联，两挡同轴变速器（2MT）在离合器1与离合器2之间，TM电机（大电机）主要负责提供动力，ISG电机（小电机）则充当发电机的作用，但这两个离合器在协作方面存在不足，使得搭载第一代EDU混合动力技术的车型在某个速度区间时会发生的动力衔接的异常闯动现象。
 
 需要说明的是，这两个离合器并不是我们常说的双离合器（DCT），而是两个单独的离合器。分别是管理：ISG电机（小电机）和发动机接入/断开；TM电机（大电机）接入/断开。通过这两个离合器从而控制电机与输入轴的连接。最终实现动力源的耦合（动力接入）与解耦（动力切断）。
 
 通过两个离合器的开闭，以及不同动力源的不同工作方式，EDU智能电驱变速箱可实现全部的混动模式，常规情况下，由纯电、串联、并联三种驱动模式驱动车辆。
 
高速高负荷情况下，由发动机和双电机直接驱动车辆，同时还可进行行车充电模式(混联)
 
 各模式、各档位都可以根据工况切换到制动能量回收，且动力电池电量由EDU混动控制单元自动控制，确保在各个情况下最高效地输出能量。
 
 在整个控制过程中，从SOC（State of Charge,称为电池荷电状态）最高到SOC最低，从车速最低到车速最高，从动力需求最小到动力需求最大，全部过程都是由车载电脑控制，不需要驾驶员人为介入。
第二代EDU混合动力技术
 
 第二代EDU由齿轮轴系、TM电机、离合器、高压线束、低压线束、inverter（逆变器）、HCU（混合动力汽车整车控制器）、壳体组成。与第一代EDU相比，取消了双电机和双离合器的结构，取而代之的是TM电机和电控离合器。创新性的双输入轴DHT构型，平行轴布局，布局更加紧凑，发动机侧6挡+电机侧4挡，实现自由的齿比组合，扩大高效区间范围，优化低速扭矩输出。
 
 离合器位于发动机输出端和6速变速箱（含两组同步器）之间，工程师通过齿轮复用、同步器组合，凭借电动机直接集成在变速箱上的结构优势，用18个齿轮和4个同步器实现了11个挡位（含倒挡）。
 
 理论上发动机端6速、电机端4速共可实现24个挡位，但实际却用不到这么多个挡位，工程师只选择其中“工作效率最高”的10个齿比。配合第二代EDU电控换挡执行机构，使得换挡速度达到0.2s，比起第一代的油压电控机构，换挡速度有了明显的改善。
 
第二代EDU中的高功率永磁同步电机，最大马力136PS，峰值扭矩230N•m。采用了Hair-pin电机绕组技术，提升电机功率/扭矩密度约20%，电机峰值效率高达96%。
 
Hair-pin发卡绕组电机特点：
（1） 槽满率高：发卡电机有效铜的面积可以提高20%以上，传统电机有效铜槽满率只有45%左右，发卡电机能做到70%左右。永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗，其中绕组铜耗占比50%以上，铜耗大小又和绕组电阻成正比，减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。
（2） 散热性好：绕组表面积大，散热面积大。绕组匝与匝之间接触面积大，热传导更好。绕组每匝之间空隙小，热传导更好；绕组和铁心槽之间接触良好，热传导更好。通过温度场仿真，相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。
（3） 绕组端部短：线圈端部结构更紧凑。相比散嵌绕组，端部高度低很多。
 
 高度集成式主动油冷散热技术同样应用在这第二代EDU身上，在电机外侧，冷却的油路以及喷油的开孔，冷却油气以油柱的形式喷淋到绕组端部，直接、快速地将热量带走。相比传统的水冷散热方式，动态油冷式热管理技术更直接、高效，热传递路径更短，冷却效率更高。同时，油冷结构更加精密、紧凑，体积和重量缩小，能进一步提高电机功率密度。
 
在这套变速箱的冷却系统中，永磁电机以及变速箱采用油冷，电机控制器和TOC（油冷控制器）采用的是水冷，HCU（混合动力汽车整车控制器）采用的是风冷，这三种不同的冷却形式相互协作，共同组成了第二代EDU智能电驱变速箱的冷却系统。
总结
不同于第一代EDU的双电机+双离合器的构型，第二代EDU使用了单电机+电控离合器，更高的齿比组合，带来更高效的动力输出。这也并不是一次简单的换代升级，可以这么说，第一代EDU与第二代EDU采用的是两种不同的混合动力技术方案，单电机替换双电机后，都动力性能反而不减还增，还能更好地控制整机成本，结合20T Trophy缸内中置直喷涡轮增压发动机，使得这套动力系统的最大马力超过300PS，关于这台1.5T发动机的技术，可以讲的有许多：全铝缸体、缸内中置燃油直喷、高效废气涡轮增压、双可变式气门正时、水冷集成排气歧管、可变式排量机油泵等等。
 
 
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