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键盘侠专利拆解上汽电驱动系统

键盘侠专利拆解上汽电驱动系统

随着上汽集团荣威550和950对应的插电式混合动力车型的销售,很多朋友都购买或者通过租车公司体验到了相关车型。在提升销量的同时,用户也体会到了油耗降低和政策补贴带来的实惠。那这些车型的内部是什么样的动力系统驱动着它们呢?今天就让小星按照上汽的专利文献为大家键盘拆解上汽EDU电驱动系统。来一起详细的看个究竟。


一、 系统组成

如下为刚上市不久的上汽首款自主新能源SUV车型荣威eRX5的EDU电驱动系统介绍。由如下的介绍可见,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。

↑上汽荣威eRX5 EDU电驱动系统介绍示意图(来自上汽)


具体来说,上汽EDU电驱动系统包括液压模块及齿轮组、ISG电机及集成离合器1和TM电机及集成离合器2组成。

液压模块及齿轮组包括:液压模块、液压盖、齿轮轴系、高压线

ISG电机及集成离合器1包括:ISG壳体、ISG电机及旋变位置传感器、C1离合器及驱动系统

TM电机及集成离合器2包括:TM后盖、TM电机及旋变位置传感器、C2离合器及驱动系统及TM壳体。

↑上汽EDU电驱动系统爆炸视图(来自上汽)


由如下上汽EDU电驱动系统组成框图可见,其主要的功能为将发动机及ISG集成启动电机、TM驱动电机的动力经两档变速箱及差速器输送至车轮。

↑上汽EDU电驱动系统组成框图(来自上汽专利)


其具体的工作示意图如下。可以看到发动机及ISG电机在两档齿轮组的左侧,TM电机则位于两档齿轮组的右侧。分别通过C1常开离合器和C2常闭离合器控制动力的结合或脱开。两个电机都由电机控制器Inverter驱动。其能量来自高压锂电池。BMS电池管理模块负责监控电池的电量。HCU/TCU控制模块则负载混合动力模式的切换以及对应的换挡动作。

↑上汽EDU电驱动系统工作原理示意图(来自上汽TMC2015演讲稿)


二、 液压模块及齿轮组换挡机构

上文提到的两档齿轮组位于整个电驱变速箱EDU的中央部分。由液压模块进行挡位选择相关的控制。同时液压模块还通过液压活塞对C1,C2两组离合器进行控制。

↑上汽EDU电驱动拆解照片,液压模块拆下后的齿轮组结构(来自汽车之家)


其中两档齿轮组部分主要包括输入轴、一档齿轮、二挡齿轮、同步器和差速器结构。其中一档齿轮和二档齿轮的选择通过换挡拨叉完成。这一点和手动变速箱或者双离合变速箱采用的机械结构非常类似。因此如果严格分类的话,这部分变速箱结构可以看成是AMT变速箱类型。而同步器则控制着三个动力源的动力是否与车轮脱开。其概念类似与传统自动变速箱的N档。同步器的脱开主要短时出现在挡位切换过程中,或者长时间出现在怠速充电或启动发动机工况。

↑上汽EDU电驱动拆解照片,齿轮组结构两档齿轮及同步器(来自汽车之家)


↑上汽EDU电驱动拆解照片,齿轮组结构差速器(来自汽车之家)


上汽EDU电驱动液压模块是整个变速箱的电控核心。它包括电磁阀、储能器、液压模块、位置传感器、阀体、拨叉、C1活塞总成、高压油滤、油泵、C2活塞总成等部件。如下为具体的爆炸视图和拆解照片。

↑上汽EDU电驱动液压模块爆炸视图(来自上汽TMC2015演讲稿)


↑上汽EDU电驱动拆解照片,液压模块(来自汽车之家)


三、 动力电机及集成式离合器

ISG电机与TM电机组成了上汽EDU电驱动系统中绿芯动力部分,与发动机组成的蓝芯部分配合输出强大的动力。如下爆炸视图所示,两台电机的定子部分都做了水冷处理。用来优化电机的热管理,从而优化长时间电机工作产生高温下的表现。ISG电机和TM电机分别分布在两档齿轮组的两侧。内部分别集成了离合器C1和C2。从而控制动力的结合和脱开。

↑上汽EDU电驱动系统TM电机及ISG电机爆炸视图(来自上汽TMC2015演讲稿)


↑上汽EDU电驱动系统TM电机及ISG电机透视视图(来自网络)


↑上汽EDU电驱动拆解照片,动力电机及集成式离合器(来自网络)


ISG电机和TM电机的定子和转子结构分别如下。

↑上汽EDU电驱动拆解照片,ISG电机定子及转子(来自汽车之家)


↑上汽EDU电驱动拆解照片,TM电机定子(来自汽车之家)


↑上汽EDU电驱动拆解照片,TM电机转子(来自汽车之家)


四、 工作模式

上汽EDU电驱动系统如下图分别包含双芯(ISG电机和TM电机组成的绿芯部分加发动机组成的蓝芯部分)三核(如前提到的三个动力源),通过智能控制组成涵盖纯电、串联、并联、充电等共8种工作模式。

↑上汽EDU电驱动系统双芯三核及对应的八种模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统的八种模式示意图(来自上汽)


接下来具体来看这8种工作模式

1. 纯电驱动模式

此模式下C1离合器断开,C2离合器结合。由TM电机通过高压电池的能量驱动车辆。

↑上汽EDU电驱动系统纯电驱动模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统纯电驱动模式示意图(来自上汽)


2. 串联驱动模式

此时C1离合器断开,C2离合器结合。发动机工作通过ISG电机对高压电池充电。由TM电机通过高压电池的能量驱动车辆。

↑上汽EDU电驱动系统串联驱动模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统串联驱动模式示意图(来自上汽)


3. 并联驱动模式

此时C1和C2离合器均结合,此时发动机、ISG电机及TM电机都工作并输出动力。该工况多用于急加速的场景。

↑上汽EDU电驱动系统并联驱动模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统并联驱动模式示意图(来自上汽)


4. 能量回收模式

该能量回收模式既可以通过C1、C2离合器均结合时ISG和TM电机同时发电实现,也可以通过仅C2离合器结合由TM电机实现发电。从而灵活的回收制动能量。

↑上汽EDU电驱动系统能量回收模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统并联驱动模式一示意图(来自上汽)

↑上汽EDU电驱动系统并联驱动模式二示意图(来自上汽)


5. 行车充电模式

当电池电量低时,可切换至C1离合器结合,C2离合器断开。从而让发动机直接驱动车辆的同时,由ISG电机发电对电池进行充电。

↑上汽EDU电驱动系统行车充电模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统行车充电模式示意图(来自上汽)


6. 发动机驱动模式

此时C1离合器结合,C2离合器断开。发动机直接驱动车辆。ISG和TM电机都不工作。这种驱动模式多出现在发动机工作在高效转速区域的工况下。比如在高速公路上中高速巡航驾驶。

↑上汽EDU电驱动系统发动机驱动模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统发动机驱动模式示意图(来自上汽)


7. 怠速充电模式

当车辆静止或者等红灯时,C1离合器断开,发动机通过ISG电机发电,对高压电池充电。此时TM电机不工作。

↑上汽EDU电驱动系统怠速充电模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统怠速充电模式示意图(来自上汽)


8.外接充电模式

此模式下,直接通过外接充电器对车辆的高压电池进行充电。

↑上汽EDU电驱动系统外接充电模式示意图(来自上汽)


↑上汽EDU电驱动系统外接充电模式示意图(来自上汽)


其实如果详细查阅上汽相关专利的话,就会发现细节上其实工作模式超过8种。具体如下所示,只是某些工作模式由智能控制器切换,驾驶者感觉不到。因此某种程度上做了合并。可以看到几乎所有的驱动模式都拥有一档和二档两种工作状态。对应地也给了该电驱动系统更灵活多变的工作模式。

↑上汽EDU电驱动系统工作模式专利图(来自上汽专利)


综上所述,上汽EDU电驱动系统通过自主开发的两档齿轮组加双电机及对应离合器组成的电驱动系统,达到了多样的工作模式。如下总结表所示上汽EDU电驱动系统通过两档齿轮组与双电机及对应离合器配合达到了小体积高效率的效果。虽然同属双电机电驱动系统,但由于两档齿轮组和两组离合器的使用,绕开了丰田和本田对应的电驱动系统专利。同时实现了更多的工作模式和不错的集成度。但由于使用两档齿轮组结构,换挡过程的控制始终是控制难点。如下图换挡控制图所示,首先需要同步器脱开实现动力短时中断,相应电机再进行下一个挡位转速扭矩的对接。其中换挡顿挫很难避免。通过不断的改进以及对应专利的换挡策略开发,该部分驾驶感受正得到进一步的升级改善。

↑上汽EDU电驱动系统性能参数汇总表(来自上汽TMC2015演讲稿)


↑上汽EDU电驱动系统换挡切换过程示意图(来自上汽TMC2015演讲稿)


达到了不错的性能,下一步是否是继续降低整体电驱动系统的成本呢?据上汽不断公布的官方详细来看的话,上汽集团已经投入第二代电驱动系统的开发。如果留心如下专利的话,除了小星今天介绍的两档齿轮组加双离合方案,上汽还拥有三离合器电驱动系统专利和额外的双离合器加行星齿轮电驱动系统专利。会否考虑在第二代电驱动系统引入则有待更详细的信息公布啦。


实际上,小星主要是来罗列专利的


参考文献及扩展阅读

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编辑于 2017-04-24

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