上汽变速器陆季波：高转速深度集成电桥的解决方案

2020年12月3-4日，由盖世汽车主办，上海市嘉定区经济委员会特别支持的“2020中国汽车动力总成电气化国际峰会”在上海汽车城瑞立酒店隆重召开。峰会期间，上海汽车变速器有限公司前瞻技术总监 陆季波博士发表了精彩演讲。

上海汽车变速器有限公司前瞻技术总监 陆季波博士

以下为演讲实录：

各位上午好！很荣幸今天有机会向大家介绍一下我们公司的高转速深度集成电桥的解决方案。今天的汇报大概分为三个部分，首先简单介绍一下我们上海汽车变速器有限公司，然后介绍一下我们公司是动力总成电气化全方位解决方案的提供商，切合今天的主题，最后比较详细的介绍一下我们高转速深度集成电桥，我们公司内部叫S-EDS。

上海汽车变速器有限公司（以下简称为“上汽变速器”）是上汽集团的全资子公司，我们拥有混合动力变速器、纯电动电桥以及自动变速器、手动变速器等完整的型谱。我们公司的特点就是产品型谱非常齐全，种类也非常齐全。我们拥有各种各样的资质和认证，例如ISO16949，特别是我们的实验室是国家注册的CNAS实验室，也就是说，我们实验报告公章是国家认证实验室的公章，可以对外做鉴定实验。同时，我们也是上海市专利工作示范企业，这是比较高的一个荣誉。

去年，我们公司销售收入达1百多亿，产量3百多万台，市占率15%左右，资产总额138亿，占地面积90余平方米，员工总共有7千余人。

自1925年在上海市区的一个作坊开始，到2025年我们公司就已满一百周年。目前我们公司的客户在中国基本涵盖了很多主流OEM，这其中有合资企业，也有自主品牌。

刚刚说了，我们公司产品型谱非常广，包括手动变速器和AMT、自动变速器、混合动力驱动系统和纯电动驱动系统等等。

关于自动变速箱，我们有DCT和CVT两种产品，其中，我们在国内是最早自主开发并且批量生产DCT的自主品牌变速器企业。

混合动力方面，也是最早的，应用在了荣威上面。刚刚盖世汽车研究院卢宴老师说混合动力发展趋势可能就是以双电机DHT为主，但其实我们早在2014年便已开始批量生产双电机的DHT，截止现在第一款产品也已累计生产超过15万台。当然，我们的混动技术不只是DHT，还有add-on，有单电机、双电机等多种形式，并涵盖水冷、油冷。

纯电动方面，我们有二合一，现在有大量的三合一，今后还会开发多合一，其中所涉及的电桥有双电机、单电机，双电机有两档、单电机有一档、有平行轴、也有同轴，等等。上汽变速器的特点就是产量大、产品类型广、品种多。

具体来看，这是PHEV和HEV，也就是插电和不插电各种各样变速器的型号。上面这些是正在开发和马上批产的混合动力的型号，下面则是我们纯电动的产品，包括双电机两档电桥、单电机一档高度集成电桥等等。目前我们正跟深圳一家公司合作开发多合一产品。这是具体的产品型谱，刚刚是混合动力，现在这是纯电动的型谱。

接下来，向大家汇报一下上汽变速器高转速深度集成电桥。这是我们公司开发的三合一驱动电桥，实现了高转速、高速永磁同步电机以及高性能控制器MCU一体化的深度集成。这个驱动电机最高转速可达16000rpm，减速器是借鉴德国大众MEB要求来进行设计开发的，峰值功率可以达到165KW，峰值扭矩是300Nm，车轮端的扭矩达到3900Nm。同时，我们还分高、低功率不同版本，减速器可以使用不一样的速比，可以用于SUV、轿车等等各种各样的车型。

下面就是它具体的外形图，非常紧凑的。这张图是具体产品里面的结构，这里有什么特殊的呢？大家可以看到最右下角的主壳体，这里面有很多的高技术我们处于国内领先地位。这个电机是水冷，它的内水套和主壳体之间通过搅拌摩擦焊的方式结合，不是常规的热胀套加两个橡胶密封圈的方式，这样的话它的密封可靠方面非常好，这套技术目前在国内仍处于领先地位。

当然我们还有电机和电力电子单元MCU。左下角的这个就是永磁同步电机，这是我们公司进行设计开发的，虽然我们传统上是一个变速器公司，但我们却是最早进入新能源领域的变速器公司，电机我们是委托在业内知名的华域电动进行生产的，但设计和开发是我们公司自主完成的，知识产权属于上汽变速器。我们公司在三合一离不开电桥和电力电子单元MCU，从驱动电机来说，我们公司生产电机总成也是最早的。刚刚说我们最早的双电机的DHT就是荣威上面第一代双电机DHT，2014年开始我们采购定子、转子、旋转变压器等零件，组装成电机总成，在我们公司做电机的初始化和测试等等。

左上角的电力电子单元这个也是由我们公司自主设计和开发，最后也是由我们自己总装的。最后就是形成了这么一个高功率密度的电桥，从三个主要零部件，减速器、电机和电力电子箱来说都是高功率密度，才能最后形成总成的一个高功率密度。

接下来我就给大家简单介绍4个部分，按照产品的结构，也就是减速箱、电机、电力电子单元以及MCU的软件这4个部分。

这个是总成上面的，刚刚说有高功率和中功率版，外形是一样的，电机功率、电机性能可调，减速器里面的速比也可以进行改变，从而匹配不同的客户需求。整个电桥总成我们经历了290多项总成试验，近300项零部件及子系统级试验，有些是客户要求的试验，有些则是我们自己要求的试验。目前这款总成已经批量生产，客户包括上汽大通及一些新造车势力都已批量生产了。我们做试验的规范除了传统的规范之外，减速器还借鉴德国大众的规范来做。除了常规的子系统试验、总成级试验、整车试验，经历了全部的试验，最后这个产品得到了一个非常可靠的结果。

下面具体介绍4个部分，首先是减速器的部分。我们公司作为一个变速器企业，生产齿轮是我们公司传统的强项。对于高速减速器来说，首先需要解决的是噪音问题，我们和市面上一些主流的外资等企业的产品的高速齿进行了对比，我们在高速齿1米场噪音是小于70分贝，而对比的市场上主流的两个产品的高速齿1米场噪音分别是80分贝和75分贝，所以我们产品的高速齿NVH水平分别达到和超过了国际同类产品的水平。

第二个部分就是电机。电机效率大于85%的区域占总面积的85%以上，这个我们早就突破了，我们效率大于87%的区域占的面积大于87%，这个我们通过优化设计将磁芯整体磁密控制在合理水平，保证扭矩输出的同时控制铁耗，效率最高可以达到97%。我们电机的比功率是在2.83kw/kg，这个处于行业领先水平，跟市面上的主流产品A、B、C进行对比测试，我们的比功率虽然不是最高，是第二位，但是跟最高的产品差的不多，这是非常良好的表现。

电机的定子，虽然不是我们公司自己生产，是委外生产的，但我们公司对定子进行了长达2500小时的超长高温耐久实验，转子也需要通过150度环境高温超速试验，高于国标常温超速试验要求，转子采用整体注塑工艺，与传统的涂胶工艺相比提高了磁钢固定的可靠性，消除磁钢振动，提升了转子的散热性能规避磁钢退磁风险，提升转子的可靠性。

电机壳体由主壳体和内水套过盈装配后再用搅拌摩擦焊接成一个整体，泄露风险大大降低，同时也提高了电机壳体整体刚度，因为它一旦焊接了以后就变成了一个结构。同时在降低电机的噪声上面也采取了很多的措施，采用转子6段V形斜极方案，把齿槽扭矩控制在0.1Nm以下，在铁芯外圆设计了沿轴向分布的辅助槽，提升NVH性能。在轻量化方面我们采用的是空心轴，就像右下角图所示，这是一个空心轴的设计，在保证强度的同时，它的重量要比实心轴减轻50%以上，这其实是作为一家传统变速器企业在齿轮、轴和壳体加工上的技术优势，让我们可以做出空心轴来进行电机的减重。

第三部分是我们电力电子单元的硬件。我们的开发流程通过了ASIL D的认证，产品功能通过了ASIL C的认证，也就是说我们流程上面已经通过了认证，不是说我们自己按照这个流程开发而是通过了ASIL D的认证，产品是通过了ASIL C的认证，如果说以后客户有需要的话我们也可以按照ASIL D的要求来进行开发产品，我们在技术上的前提条件完全具备，可以通过扭矩监控、高压监控、EPP监控，防止非预期加速扭矩、防止非预期减速扭矩、防止非预期方向行驶等等这些安全目标已经实现了。EMC是满足Class3的要求，产品匹配了磁环、滤波电容、屏蔽板等器件保证EMC性能，旋转变压器线束走腔体内部，减少对外部的干扰，也避免外界对它的干扰。产品结构布局合理，使用母排组件，在我们的总成内部从MCU到电机之间是没有高压线的，而是采用母排，这样我们装配难度提高，但体积小，对于整车客户来说安装也会更加方便。

我们的MCU功率密度比较高，超过每升23kw；效率最高可以达到98%以上，这个是满足85%以上的高效区占比超过85%；还有集成度高，功能上面集成了EPP功能，就是说EPP的硬件当然在减速器上面了，但是EPP控制功能集成在MCU里面，可以供客户进行选配。

MCU里的核心零部件，产品拥有主动短路和Freewheel的保护功能，主动放电时间小于3秒，使用绕组放电方式，节省成本且放电速度迅速。被动放电是采用焊接的方式连接高压正负极，避免接插电失效带来的高压安全问题，驱动电路使用互锁功能，同一个时刻上下桥只能开通一个，保证产品安全，上盖板采用防拆螺栓固定，因为里面是高压可能有危险，非专业人员一般是没有办法拆解的，保证高压安全。可靠性也很高，IGBT采用英飞凌的模块，DSP芯片采用英飞凌的TC277，这些都是行业里面通用主流的零部件，满足功能等级ASIL C，板级器件使用车规级产品，电流传感器选择LEM的三合一传感器，我们的总体配置都比较高。

最后给大家介绍一下MCU的软件，我们是采用AUTOSAR架构，这并不是我们公司第一次采用。如果是传统变速器，其实并不是特别需要AUTOSAR，但我们较早就进入新能源领域，所以采用这种架构非常早。此次在MCU软件上再次采用，并在原来的架构上面扩充了一些软件模块，提升标准化平台，减少软件设计复杂度，增加灵活性，提升开发效率，具有IGBT结温估算等先进技术，提高产品的性能和可靠性。

谢谢各位！