G-MC（GAC mechatronic coupling）是廣汽機電耦合系統(tǒng)的簡稱，主要應(yīng)用于插電式或混合動力車型。

2014年初，廣汽研究院擬開發(fā)新一代的插電式新能源汽車，如何選擇機電耦合系統(tǒng)的構(gòu)型成為一個重點課題。當時市場上的主要構(gòu)型有∶豐田的 THS（Toyota hybrid system）系統(tǒng)、通用的 Voltec 系統(tǒng)、本田的 i-MMD（Intelligent multi mode drive）系統(tǒng)、科力遠的 CHS（Corun hybrid sys- tem）系統(tǒng)、上汽的 EDU（Electric drive unit）系統(tǒng)等，此外不少汽車企業(yè)也在使用 P0～P4 的方案。考慮到國內(nèi)對行星齒輪加工還不成熟，PO、P1、P4方案的節(jié)油效果不佳，P2、P3 方案對自動變速箱的依賴度較高，從性能仿真、成本比較及專利分析等進行多輪論證，最終選定了目前的 G-MC構(gòu)型。

1. Ｇ-ＭＣ的系統(tǒng)方案

如圖1所示，一般混合動力汽車系統(tǒng)包括發(fā) 動機、耦合機構(gòu)、高壓電池、整車控制器、電機控器、耦合控制器等。


圖１ 混合動力系統(tǒng)方案圖

G-MC 的系統(tǒng)原理如圖 2 所示，G-MC 將發(fā)電機、驅(qū)動電機、離合器、傳動系統(tǒng)、差減速器及液壓系統(tǒng)等集成在高壓鑄造的鋁合金殼體內(nèi)，采用油冷（雙油泵）。


圖2 Ｇ-ＭＣ 系統(tǒng)原理

從構(gòu)型上來說，該耦合系統(tǒng)可以實現(xiàn)4種驅(qū)動模式，分別是純電動模式、串聯(lián)增程模式、并聯(lián) 混動模式和發(fā)動機直驅(qū)模式。

當離合器分離，發(fā)動機和發(fā)電機不提供功率時，G-MC 工作在純電動模式。此時功率流經(jīng)由中間軸、主減速齒輪傳遞至車輪，如圖3所示。


圖3 純電動模式功率流

當G-MC 工作在串聯(lián)發(fā)電模式時，離合器處于分離狀態(tài)，發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)出電能，一部分用于電池充電，一部分用于給驅(qū)動電機供電，而驅(qū)動電機單獨驅(qū)動整車。該模式主要工作在電池電量低或急加速需求扭矩較大的行駛工況，其功率流如圖4 所示。


圖4 串聯(lián)增程模式功率流

在高速大扭矩需求時，離合器接合，發(fā)動機和驅(qū)動電機共同驅(qū)動汽車，模式的功率流如圖 5所示。


圖5 并聯(lián)混動模式功率流

在高速巡航時，離合器接合，發(fā)電機和驅(qū)動電機空轉(zhuǎn)，由發(fā)動機單獨驅(qū)動汽車，該模式的功率流如圖6所示。G-MC 外形如圖7所示。


圖6 發(fā)動機直驅(qū)模式功率流


圖7 Ｇ-ＭＣ系統(tǒng)外形

系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表1所示。



G-MC 匹配廣汽專門研發(fā)的1.5ATK（Atkinson cycle）發(fā)動機，采用阿特金森循環(huán)。發(fā)動機的參數(shù)如表2所示，其中1.5TM（Turbo Millercyele）是廣汽正在開發(fā)的米靳循環(huán)發(fā)動機。



2. G-MC 控制策略

在車輛實際行駛中，增程模式和混動模式占了絕大部分，因此針對這 2 種工況做效率最優(yōu)控制。

2.1 增程模式效率最優(yōu)控制

增程模式下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速解耦，可以實現(xiàn)發(fā)動機最優(yōu)控制。根據(jù)系統(tǒng)效率最優(yōu)計算增程器不同發(fā)電量的系統(tǒng)效率。選定以10 kW 為限，當驅(qū)動電機需求功率小于 10 kW 時，為避免發(fā)電機、發(fā)動機工作點效率過低，發(fā)電機以10 kW 的功率進行發(fā)電;而當驅(qū)動電機需求功率大于 10 kW時進行瞬時功率跟隨控制，既可以保證增程器的高效性，又可以避免電池充放電造成的能量損失。

2.2 混動模式效率最優(yōu)控制

在混動模式下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車輪轉(zhuǎn)速耦合，盡可能通過發(fā)電機調(diào)整發(fā)動機的負荷在高效區(qū)域。主要考慮以下原則∶

1）整車功率需求在發(fā)動機最經(jīng)濟曲線之下， SOC 適中時，通過控制發(fā)電機的扭矩使發(fā)動機工作在最優(yōu)曲線上。

2）整車功率需求低于發(fā)動機最經(jīng)濟工作曲線，但 SOC 較高時，此時通過調(diào)整發(fā)電機功率使發(fā)動機工作在克服整車阻力曲線與發(fā)動機最經(jīng)濟工作曲線之間。

3）整車功率需求超過發(fā)動機最經(jīng)濟工作曲線時，通過發(fā)電機電機助力彌補部分需求扭矩，使得發(fā)動機工作在最經(jīng)濟曲線與外特性之間。

4）當整車動力需求較大時，優(yōu)先滿足動力性，發(fā)動機工作在上限曲線。

3. 結(jié)構(gòu)布置方案

3.1 系統(tǒng)組成元件

G-MC 系統(tǒng)的組成元件如圖8所示。


圖8 Ｇ-ＭＣ 系統(tǒng)的組成元件

3.2 液壓系統(tǒng)原理

設(shè)計全新的液壓系統(tǒng)方案和液壓閥板，滿足離合控制和冷卻回路控制要求。開發(fā)控制單元，監(jiān)控系統(tǒng)流量、油壓和油溫，通過控制電磁閥實現(xiàn)離合器的開合控制。液壓系統(tǒng)采用電動油泵和機械油泵的雙油泵方案，滿足各種工況下的冷卻潤滑需求。

3.3 電機冷卻方案

耦合系統(tǒng)內(nèi)部的冷卻方式分為強制潤滑與飛濺潤滑。差速器齒圈的攪動，把油液甩到相關(guān)的齒軸位置，形成油膜，提供相應(yīng)的潤滑、冷卻。對無法飛濺潤滑的位置或?qū)鋮s需求較大的位置，如電機線圈繞組、中間軸軸承等位置，通過輸油管路和殼體內(nèi)部的管路，強制進行冷卻，以避免冷卻潤滑不良造成的零部件失效。電機的冷卻系統(tǒng)如圖9所示。


圖９ 電機冷卻潤滑系統(tǒng)

3.4 耦合控制原理

耦合控制器根據(jù)整車控制器的要求，控制離合器的接合與斷開，實現(xiàn)模式切換。耦合控制器根據(jù)電機狀態(tài)實時控制電動油泵的轉(zhuǎn)速，滿足耦合機構(gòu)內(nèi)部零件不同的冷卻需求。耦合控制原理如圖10所示。


圖10 耦合控制原理示意圖

4. 性能表現(xiàn)

與主流的機電耦合系統(tǒng)相比，G-MC具備結(jié)構(gòu)簡單、控制難度小、無換擋沖擊、發(fā)動機介入平順、加工容易、成本較低的特點。詳細對比情況如表3所示。



G-MC目前已搭載3個車型∶GA3SPHEV、 GS4PHEV、GA6PHEV，同時也提供給廣汽的合資企業(yè)。GA3SPHEV補貼前售價16.48萬元起，具有一定價格優(yōu)勢，整車參數(shù)如表4所示。其中當時在售的同類插電式轎車車型A和B的加速時間及油耗是對標試驗的實測值。