QDSJ166 上汽EDU混动系统技术解析

上汽第一代混动结构：双电机+双离合+两挡变速 上汽集团属于国内最早的一批自研混动系统的主机厂，早在2008年~2009年就开始立项，2013年上汽发布了混动系统第一代上汽EDU混动系统（或称为EDU电驱系统）。 第一代上汽EDU混动系统属于串并联式架构，其由一台发动机和两个电机组成，其中一个是主要用于发电和调整发动机转速的P1电机（ISG电机），而另一个则是主要用于驱动的P2电机（TM电机），此外，由于驱动电机被整合在了变速器中，也被认为是P2.5电机。第一代上汽EDU混动系统的优点，也可以说是其最大的设计特点，即是加入了2挡的变速机构，可以更好地实现电机和发动机的工作点的调节。比如通过换挡放大P2电机的扭矩，使得纯电的起步可以更带劲儿一些，此外，多了一挡也可以让发动机能更早地介入整套动力系统，在保证油耗的同时，扩大了发动机经济工作的区域。 三大动力组件被两套离合器、一组同步器以及若干变速齿轮等组件相连接。其中第一组离合器C1控制发动机接入整个系统，而离合器C2长期处于闭合状态，主要负责将P2电机的功率接入到系统中。 这套系统中还加入了2挡变速机构（2AMT），而其设计的初衷是让发动机和电机都能维持在相对高效率的运转区间。第一代上汽EDU混动系统的结构决定了这套系统可以实现纯电模式、串联模式、并联模式和动能回收模式等几乎所有的混动模式。 第一代上汽EDU混动系统工作模式原理图 动力输入轴上面带有两挡齿轮，由液压模块的拨叉控制换挡，而同步器的另一端连接差速器，将动力传递到半轴，最终传递到车轮上。第一代上汽EDU混动系统的代表车型为荣威550 Plug-in，以2013年荣威550 Plug-in（2014款旗舰版）为例，其配备了1.5L的发动机其最大功率为80kW，P1电机和P2电机的最大功率为27kW和50kW，从参数上看，动力性能较比亚迪第一代的DM混动系统强了不少。只是第一代上汽EDU混动系统缺点也不少，首先2挡的变速机构就是一把双刃剑，对于换挡的逻辑控制难度很高，因为每一次换挡都需要走3个步骤：1）首先先要将同步器脱开，这就意味着需要进行动力中断；2）然后对电机进行下一个挡位的转速与扭矩同步；3）最终同步器进行对接，这就意味着存在顿挫的可能。 所以，从当时不少车主（特别是专车司机）的体验来看，这套系统在换挡时的顿挫无法避免的。此外，在维修案例中遇到的比较多的是离合器C2的故障，由于一般车主开这车都比较猛（动力较弱，所以踩油门就会猛），常闭离合器C2的故障就会较多。 第一代上汽EDU混动系统的结构缺点：横向占用空间过大，其混动变速器的体积无法与当时本田i-MMD混动系统的体积优化相比。由于本田i-MMD混动系统使用三根平行轴，两个电机可以上下放置，利用了纵向空间。而第一代上汽EDU混动系统是两根轴，两个电机无法上下放置，故此，横向空间很难得到优化。 第二代上汽EDU混动系统 由于第一代上汽EDU混动系统提升的上限较低，故此，上汽在权衡了当时手上已有的混动技术后，最终选择了推翻原有变速器的结构，重新研发了第二代上汽EDU混动系统。 结构特点：三平行轴+单离合+单电机 第二代上汽EDU混动系统由主要由发动机、驱动电机、齿轮轴系、离合器以及HCU（混合动力汽车整车控制器）等控制模块组成，属于平行轴式的单电机电驱方案。 其10AMT变速结构，根据官方资料的描述，该系统拥有6个发动机专用挡位和4个电机专用挡位。从结构来看，第二代上汽EDU混动系统共有18组齿轮，4个同步器，其中3组同步器与一套离合器主要用于调节整套系统的换挡逻辑，将发动机与电机相结合。该机构一共可实现24挡（6*4）。上汽的工程师选择了11种齿比组合进行标定，包括10个前进挡和1个倒挡。 第二代上汽EDU混动系统的齿轴系统示意图从第一代上汽EDU混动系统到第二代，可以看到上汽试图通过改变结构来解决换挡平顺性等一系列相关问题，同时为了让系统能更好地去调节发动机和电机的工况，采用了10挡位的变速机构，这套机构的复杂程度远远超出了本田i-MMD混动系统。 单电机架构最难解决的问题就是馈电问题，所以，第二代上汽EDU混动系统面临最大问题在于，如何在电池低电量时，既保障动力不会降低，同时又能为电池充电。在结构不占优势的前提下，上汽工程师对第二代上汽EDU混动系统进行优化。首先，还是从提高系统的整体效率上出发，对系统中的部分组件进行了升级，比如对电机的优化，采用了当时先进的发卡式绕组（Hair-pin），其特点： 1）扁线绕组：使用扁线绕组的发卡式电机可以提升有效铜的面积，相比普通圆导线绕组电机，有效铜槽满率可达到70%左右。我们知道，永磁电机的损耗主要源自绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗，故此，减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机的效率和功率密度； 2）散热更好：得益于绕组的面积增大，提升了整体的散热性能。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）体积更小：当槽满率提升后，为达到同样的效果，即可减小电机的体积。故此，据官方数据显示，该电机功率和扭矩密度相比之前的电机提升了约20%，而电机的峰值效率高达96%。此外，电机的冷却系统也进行了优化，采用了动态油冷式热管理系统。相比普通的水冷系统，油液的好处首先是便是不会在管路中引发管路腐蚀，油液更不易结冰，所以对环境的适应性更强，可靠性也更好。最后便是提升了电机的持续功率和扭矩，官方给出的数据是10%。 控制逻辑：依靠智能调节来省油省电。其次则是对第二代上汽EDU混动系统的控制系统进行了增强，通过升级HCU（智能混动中央控制器）这个硬件，重新构筑了一套被称为IEM（IntelligentEnergy Management智能能量管理系统）的混动控制系统。 第二代上汽EDU混动系统与AMT变速器的结构的相似，AMT变速器的软肋是换挡的平顺性问题，但在第二代上汽EDU混动系统的结构中由于加入了电机，再通过复杂的控制逻辑调整，弥补了这种结构性缺点。其次，发动机与电机大部分时间处于解耦状态，处于相对独立的工作状态，通过输出轴的控制，换挡的相应速度仅需0.2秒。实际体验中，几乎感觉不到发动机介入时的突兀，相比第一代的体验更线性。此外，第二代上汽EDU混动系统平行轴的结构布局与我们目前看到的比亚迪DM-i混动系统、长城柠檬DHT混动系统看似有几分渊源，所以，有不少上汽的工程师认为第二代上汽EDU混动系统应该被划分在DHT（Dedicated Hybrid Transmission混动专用变速器）的范畴。若以MG6 PHEV的三代车型为例，可以大致地从参数上看出两代上汽EDU混动系统的变化。而结构上也进行了翻天覆地的变化，从第一代的串并联结构到第二代的单电机架构，究其背后的设计逻辑，我们也可以发现，第一代其实更趋向于用电驱动，而第二代更趋向于油电分离。 上汽EDU和广汽G-MC系统对比 上汽EDU和广汽G-MC均是将发电机、驱动电机、离合器和传动箱集成为一体的混合动力系统，其结构存在相似之处。 结构对比 三电系统对比