2020年12月3-4日，由蓋世汽車主辦，上海市嘉定區(qū)經(jīng)濟(jì)委員會特別支持的“2020中國汽車動力總成電氣化國際峰會”在上海汽車城瑞立酒店隆重召開。峰會期間，上海汽車變速器有限公司前瞻技術(shù)總監(jiān) 陸季波博士發(fā)表了精彩演講。
上海汽車變速器有限公司前瞻技術(shù)總監(jiān) 陸季波博士
以下為演講實錄：
各位上午好！很榮幸今天有機(jī)會向大家介紹一下我們公司的高轉(zhuǎn)速深度集成電橋的解決方案。今天的匯報大概分為三個部分，首先簡單介紹一下我們上海汽車變速器有限公司，然后介紹一下我們公司是動力總成電氣化全方位解決方案的提供商，切合今天的主題，最后比較詳細(xì)的介紹一下我們高轉(zhuǎn)速深度集成電橋，我們公司內(nèi)部叫S-EDS。
上海汽車變速器有限公司（以下簡稱為“上汽變速器”）是上汽集團(tuán)的全資子公司，我們擁有混合動力變速器、純電動電橋以及自動變速器、手動變速器等完整的型譜。我們公司的特點就是產(chǎn)品型譜非常齊全，種類也非常齊全。我們擁有各種各樣的資質(zhì)和認(rèn)證，例如ISO16949，特別是我們的實驗室是國家注冊的CNAS實驗室，也就是說，我們實驗報告公章是國家認(rèn)證實驗室的公章，可以對外做鑒定實驗。同時，我們也是上海市專利工作示范企業(yè)，這是比較高的一個榮譽(yù)。
去年，我們公司銷售收入達(dá)1百多億，產(chǎn)量3百多萬臺，市占率15%左右，資產(chǎn)總額138億，占地面積90余平方米，員工總共有7千余人。
自1925年在上海市區(qū)的一個作坊開始，到2025年我們公司就已滿一百周年。目前我們公司的客戶在中國基本涵蓋了很多主流OEM，這其中有合資企業(yè)，也有自主品牌。
剛剛說了，我們公司產(chǎn)品型譜非常廣，包括手動變速器和AMT、自動變速器、混合動力驅(qū)動系統(tǒng)和純電動驅(qū)動系統(tǒng)等等。
關(guān)于自動變速箱，我們有DCT和CVT兩種產(chǎn)品，其中，我們在國內(nèi)是最早自主開發(fā)并且批量生產(chǎn)DCT的自主品牌變速器企業(yè)。
混合動力方面，也是最早的，應(yīng)用在了榮威上面。剛剛蓋世汽車研究院盧宴老師說混合動力發(fā)展趨勢可能就是以雙電機(jī)DHT為主，但其實我們早在2014年便已開始批量生產(chǎn)雙電機(jī)的DHT，截止現(xiàn)在第一款產(chǎn)品也已累計生產(chǎn)超過15萬臺。當(dāng)然，我們的混動技術(shù)不只是DHT，還有add-on，有單電機(jī)、雙電機(jī)等多種形式，并涵蓋水冷、油冷。
純電動方面，我們有二合一，現(xiàn)在有大量的三合一，今后還會開發(fā)多合一，其中所涉及的電橋有雙電機(jī)、單電機(jī)，雙電機(jī)有兩檔、單電機(jī)有一檔、有平行軸、也有同軸，等等。上汽變速器的特點就是產(chǎn)量大、產(chǎn)品類型廣、品種多。
具體來看，這是PHEV和HEV，也就是插電和不插電各種各樣變速器的型號。上面這些是正在開發(fā)和馬上批產(chǎn)的混合動力的型號，下面則是我們純電動的產(chǎn)品，包括雙電機(jī)兩檔電橋、單電機(jī)一檔高度集成電橋等等。目前我們正跟深圳一家公司合作開發(fā)多合一產(chǎn)品。這是具體的產(chǎn)品型譜，剛剛是混合動力，現(xiàn)在這是純電動的型譜。
接下來，向大家匯報一下上汽變速器高轉(zhuǎn)速深度集成電橋。這是我們公司開發(fā)的三合一驅(qū)動電橋，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速、高速永磁同步電機(jī)以及高性能控制器MCU一體化的深度集成。這個驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)16000rpm，減速器是借鑒德國大眾MEB要求來進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的，峰值功率可以達(dá)到165KW，峰值扭矩是300Nm，車輪端的扭矩達(dá)到3900Nm。同時，我們還分高、低功率不同版本，減速器可以使用不一樣的速比，可以用于SUV、轎車等等各種各樣的車型。
下面就是它具體的外形圖，非常緊湊的。這張圖是具體產(chǎn)品里面的結(jié)構(gòu)，這里有什么特殊的呢？大家可以看到最右下角的主殼體，這里面有很多的高技術(shù)我們處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。這個電機(jī)是水冷，它的內(nèi)水套和主殼體之間通過攪拌摩擦焊的方式結(jié)合，不是常規(guī)的熱脹套加兩個橡膠密封圈的方式，這樣的話它的密封可靠方面非常好，這套技術(shù)目前在國內(nèi)仍處于領(lǐng)先地位。
當(dāng)然我們還有電機(jī)和電力電子單元MCU。左下角的這個就是永磁同步電機(jī)，這是我們公司進(jìn)行設(shè)計開發(fā)的，雖然我們傳統(tǒng)上是一個變速器公司，但我們卻是最早進(jìn)入新能源領(lǐng)域的變速器公司，電機(jī)我們是委托在業(yè)內(nèi)知名的華域電動進(jìn)行生產(chǎn)的，但設(shè)計和開發(fā)是我們公司自主完成的，知識產(chǎn)權(quán)屬于上汽變速器。我們公司在三合一離不開電橋和電力電子單元MCU，從驅(qū)動電機(jī)來說，我們公司生產(chǎn)電機(jī)總成也是最早的。剛剛說我們最早的雙電機(jī)的DHT就是榮威上面第一代雙電機(jī)DHT，2014年開始我們采購定子、轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器等零件，組裝成電機(jī)總成，在我們公司做電機(jī)的初始化和測試等等。
左上角的電力電子單元這個也是由我們公司自主設(shè)計和開發(fā)，最后也是由我們自己總裝的。最后就是形成了這么一個高功率密度的電橋，從三個主要零部件，減速器、電機(jī)和電力電子箱來說都是高功率密度，才能最后形成總成的一個高功率密度。
接下來我就給大家簡單介紹4個部分，按照產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，也就是減速箱、電機(jī)、電力電子單元以及MCU的軟件這4個部分。
這個是總成上面的，剛剛說有高功率和中功率版，外形是一樣的，電機(jī)功率、電機(jī)性能可調(diào)，減速器里面的速比也可以進(jìn)行改變，從而匹配不同的客戶需求。整個電橋總成我們經(jīng)歷了290多項總成試驗，近300項零部件及子系統(tǒng)級試驗，有些是客戶要求的試驗，有些則是我們自己要求的試驗。目前這款總成已經(jīng)批量生產(chǎn)，客戶包括上汽大通及一些新造車勢力都已批量生產(chǎn)了。我們做試驗的規(guī)范除了傳統(tǒng)的規(guī)范之外，減速器還借鑒德國大眾的規(guī)范來做。除了常規(guī)的子系統(tǒng)試驗、總成級試驗、整車試驗，經(jīng)歷了全部的試驗，最后這個產(chǎn)品得到了一個非常可靠的結(jié)果。
下面具體介紹4個部分，首先是減速器的部分。我們公司作為一個變速器企業(yè)，生產(chǎn)齒輪是我們公司傳統(tǒng)的強(qiáng)項。對于高速減速器來說，首先需要解決的是噪音問題，我們和市面上一些主流的外資等企業(yè)的產(chǎn)品的高速齒進(jìn)行了對比，我們在高速齒1米場噪音是小于70分貝，而對比的市場上主流的兩個產(chǎn)品的高速齒1米場噪音分別是80分貝和75分貝，所以我們產(chǎn)品的高速齒NVH水平分別達(dá)到和超過了國際同類產(chǎn)品的水平。
第二個部分就是電機(jī)。電機(jī)效率大于85%的區(qū)域占總面積的85%以上，這個我們早就突破了，我們效率大于87%的區(qū)域占的面積大于87%，這個我們通過優(yōu)化設(shè)計將磁芯整體磁密控制在合理水平，保證扭矩輸出的同時控制鐵耗，效率最高可以達(dá)到97%。我們電機(jī)的比功率是在2.83kw/kg，這個處于行業(yè)領(lǐng)先水平，跟市面上的主流產(chǎn)品A、B、C進(jìn)行對比測試，我們的比功率雖然不是最高，是第二位，但是跟最高的產(chǎn)品差的不多，這是非常良好的表現(xiàn)。
電機(jī)的定子，雖然不是我們公司自己生產(chǎn)，是委外生產(chǎn)的，但我們公司對定子進(jìn)行了長達(dá)2500小時的超長高溫耐久實驗，轉(zhuǎn)子也需要通過150度環(huán)境高溫超速試驗，高于國標(biāo)常溫超速試驗要求，轉(zhuǎn)子采用整體注塑工藝，與傳統(tǒng)的涂膠工藝相比提高了磁鋼固定的可靠性，消除磁鋼振動，提升了轉(zhuǎn)子的散熱性能規(guī)避磁鋼退磁風(fēng)險，提升轉(zhuǎn)子的可靠性。
電機(jī)殼體由主殼體和內(nèi)水套過盈裝配后再用攪拌摩擦焊接成一個整體，泄露風(fēng)險大大降低，同時也提高了電機(jī)殼體整體剛度，因為它一旦焊接了以后就變成了一個結(jié)構(gòu)。同時在降低電機(jī)的噪聲上面也采取了很多的措施，采用轉(zhuǎn)子6段V形斜極方案，把齒槽扭矩控制在0.1Nm以下，在鐵芯外圓設(shè)計了沿軸向分布的輔助槽，提升NVH性能。在輕量化方面我們采用的是空心軸，就像右下角圖所示，這是一個空心軸的設(shè)計，在保證強(qiáng)度的同時，它的重量要比實心軸減輕50%以上，這其實是作為一家傳統(tǒng)變速器企業(yè)在齒輪、軸和殼體加工上的技術(shù)優(yōu)勢，讓我們可以做出空心軸來進(jìn)行電機(jī)的減重。
第三部分是我們電力電子單元的硬件。我們的開發(fā)流程通過了ASIL D的認(rèn)證，產(chǎn)品功能通過了ASIL C的認(rèn)證，也就是說我們流程上面已經(jīng)通過了認(rèn)證，不是說我們自己按照這個流程開發(fā)而是通過了ASIL D的認(rèn)證，產(chǎn)品是通過了ASIL C的認(rèn)證，如果說以后客戶有需要的話我們也可以按照ASIL D的要求來進(jìn)行開發(fā)產(chǎn)品，我們在技術(shù)上的前提條件完全具備，可以通過扭矩監(jiān)控、高壓監(jiān)控、EPP監(jiān)控，防止非預(yù)期加速扭矩、防止非預(yù)期減速扭矩、防止非預(yù)期方向行駛等等這些安全目標(biāo)已經(jīng)實現(xiàn)了。EMC是滿足Class3的要求，產(chǎn)品匹配了磁環(huán)、濾波電容、屏蔽板等器件保證EMC性能，旋轉(zhuǎn)變壓器線束走腔體內(nèi)部，減少對外部的干擾，也避免外界對它的干擾。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局合理，使用母排組件，在我們的總成內(nèi)部從MCU到電機(jī)之間是沒有高壓線的，而是采用母排，這樣我們裝配難度提高，但體積小，對于整車客戶來說安裝也會更加方便。
我們的MCU功率密度比較高，超過每升23kw；效率最高可以達(dá)到98%以上，這個是滿足85%以上的高效區(qū)占比超過85%；還有集成度高，功能上面集成了EPP功能，就是說EPP的硬件當(dāng)然在減速器上面了，但是EPP控制功能集成在MCU里面，可以供客戶進(jìn)行選配。
MCU里的核心零部件，產(chǎn)品擁有主動短路和Freewheel的保護(hù)功能，主動放電時間小于3秒，使用繞組放電方式，節(jié)省成本且放電速度迅速。被動放電是采用焊接的方式連接高壓正負(fù)極，避免接插電失效帶來的高壓安全問題，驅(qū)動電路使用互鎖功能，同一個時刻上下橋只能開通一個，保證產(chǎn)品安全，上蓋板采用防拆螺栓固定，因為里面是高壓可能有危險，非專業(yè)人員一般是沒有辦法拆解的，保證高壓安全。可靠性也很高，IGBT采用英飛凌的模塊，DSP芯片采用英飛凌的TC277，這些都是行業(yè)里面通用主流的零部件，滿足功能等級ASIL C，板級器件使用車規(guī)級產(chǎn)品，電流傳感器選擇LEM的三合一傳感器，我們的總體配置都比較高。
最后給大家介紹一下MCU的軟件，我們是采用AUTOSAR架構(gòu)，這并不是我們公司第一次采用。如果是傳統(tǒng)變速器，其實并不是特別需要AUTOSAR，但我們較早就進(jìn)入新能源領(lǐng)域，所以采用這種架構(gòu)非常早。此次在MCU軟件上再次采用，并在原來的架構(gòu)上面擴(kuò)充了一些軟件模塊，提升標(biāo)準(zhǔn)化平臺，減少軟件設(shè)計復(fù)雜度，增加靈活性，提升開發(fā)效率，具有IGBT結(jié)溫估算等先進(jìn)技術(shù)，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。
謝謝各位！