混合动⼒汽车发展趋势
⽬录
1前⾔ (1)
2汽车的发展历史及其关键技术 (1)
3混合动⼒汽车技术 (2)
3.1混合动⼒汽车技术研究的⽬的和意义 (2)
3.2混合动⼒汽车技术国内外发展现状与趋势 (3)
3.3混合动⼒技术研究内容 (5)
4混合动⼒汽车技术发展趋势 (5)
4.1混合动⼒汽车开发竞争加速 (5)
4.2混合动⼒汽车前景展望及发展趋势 (6)
5我国发展混合动⼒汽车的机遇和挑战 (7)
5.1机遇 (7)
5.2挑战 (7)
参考⽂献 (9)
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1.前⾔
1886 年，世界上第⼀辆汽车诞⽣在德国，⼀百多年来，汽车⼰极⼤地改变了⼈们的活，成为⾮常重要的代步和运输⼯具。⽬前，汽车⼯业是许多国家的⽀柱产业，也是当今世界最⼤、最重要的⼯业部门之⼀。汽车缩短了⼈们之间的距离，改变了⼈们的⽣活⽅式，提⾼了⽣活质量。今后50 年，世界⼈⼝将由60 亿增加到100亿，汽车数量将由7千万增加到2亿5千万。但我们在享受汽车⽂明的同时，也必须⾯对汽车带来的负⾯影响: 环境污染和过度能源消耗。2000年我国进⼝⽯油7000⼒吨，预计2005 年后将超过1亿吨，相当于科威特⼀年的总产量。⽬前世界上空⽓污染最严重的10个城市中7 个在中国，国家环保中⼼预测，2010 年汽车尾⽓排放将占空⽓污染源的64%。上个世纪末⼈们关注的是汽车节能、排放和安全技术，⽽本世纪初，⼈们⼰经更多的将⽬光转向汽车新能源和环保技术。如果仍然采
⽤传统的内燃机技术发展汽车⼯业，将会给燃油的需求和环境保护造成巨⼤压⼒。研制开发更节能、更环保、使⽤替代能源的新型汽车，成为各⼤汽车公司的当务之急。
2.汽车的发展历史及其关键技术
1834年，Thomas Davenport 制造了⼀辆电动三轮车，它由⼀组不可充电的⼲电池驱动，只能⾏驶⼀⼩段距离。19 世纪末，许多美国、英国和法国的公司都开始⽣产电动汽车，在以蒸汽、电和汽油为动⼒的汽车竞争初期，电动汽车以其在⾏驶性能、续驶⾥程和低噪声等⽅⾯的优势占据主导地位。到1912 年，美
国⼰有3400辆电动汽车注册，但是1911年Kettering发明了汽车发动机，使得燃油汽车相对于电动汽车来说更具有吸引⼒，从此打破了电动汽车在市场的主导地位，20世纪30年代，电动汽车⼏乎消失。20世纪70年代的能源危机和⽯油短缺使电动汽车重新获得⽣机。当时，世界上许多国家如美国、英国、法国、德国、意⼤利和⽇本都开始发展电动汽车。这⼀时期的电动汽车以改装车为主，也不乏重新设计底盘和车⾝的新型电动汽车，这样可降低汽车的空⽓阻⼒，⽅便能量储存系统的布置。这⼀阶段电动汽车技术获得复苏，为随后的商业化时代奠定了坚实的基础。但是⽯油价格在20 世纪70 年代末下跌，电动汽车的商业化失去了动⼒，其发展显著变慢，开始⾛⼊低⾕。20世纪90年代，燃油汽车排放所引起的空⽓污染和温室效应受到重视，电动汽车再次得到发展。在世界范围内，尤其在美国、⽇本和欧洲，许多汽车制造商、科研院所和⼤学不断研究电动
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汽车新技术，推动电动汽车技术向前发展，并开始将电动汽车商业化。通⽤、⽇产、福特、戴姆勒⼀奔驰、丰⽥、本⽥等国际知名汽车制造商先后推出了他们的电动汽车样车，其中丰⽥公司⽣产的Prius 混合动⼒汽车还取得了不错的销售业绩。
电动汽车的关键技术包括汽车技术、电⽓技术、电⼦技术、信息技术和化学技术等。尽管电源技术⾄关重要，是制约电动汽车发展最主要的技术障碍，但车⾝设计、电⼒驱动、能量管理和系统的优化也同样重要，事实上，将这些领域技术的整合才是电动汽车技术成功的关键。现代电动汽车⼯程的主要问题是要将汽车⼯程、电⽓、电⼦⼯程以及化学⼯程领域中最新的技术发展结合到电动汽车的设计中来，到适合⼗电动汽车的独特的设计⽅法和制造技术，实现电动汽车能量的最优化利⽤。
3.混合动⼒汽车技术小汽车维修技术
3.1混合动⼒汽车技术研究的⽬的和意义
电动汽车⼰有三种驱动类型：以⾼效能蓄电池驱动的电动汽车（EV）、以燃料电池为动⼒源电动汽车（FEV）和以燃油发动机与电动机混合驱动的混合动⼒电动汽车（HEV）。电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或零排放新燃料汽车⽆疑是我们的最终⽬标，但⽬前纯电动汽车初始成本⾼，⾏驶⾥程较短。由于⾼效能蓄电池、燃料电池及其系统的发展相对滞后，混合动⼒汽车正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化⽽产⽣的⼀种新的车型。它将现有内燃机
与⼀定容量的储能器件（主要是⾼性能电池或超级电容器）通过先进控制系统相组合，可以⼤幅度降低油耗，减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地⼤、易于满⾜未来排放标准和节能⽬标、市场接受度⾼的主流清洁车型，从⽽引起各⼤汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，这其中以丰⽥的Prius 和本⽥的Insight 为代表。
电⼒辅助型混合动⼒汽车采⽤并联式结构，电池组容量相对较⼩（2-6kW/h ），由发动机提供匀速⾏驶时的平均功率需求，当加速或爬坡需要较⼤功率时，由电池和电动机组成的电⼒辅助部分补充输出驱动功率. 混合动⼒汽车动⼒性能、燃料经济性以及废⽓排放效果的好坏，在很⼤程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆⾏驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使⽤情况多数是偏离其最佳⼯作区域，未能实现动⼒传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配混合动⼒汽车的驱动系统，制定适合于车辆⾏驶⼯况的控制策略，对于提⾼汽车⾏驶效率，降低燃油消耗和尾⽓排放具有较⼤的
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潜⼒，是⼀个值得研究的课题。
混合动力汽车对于汽车的动⼒性能和燃料经济性⽔平，通常是在进⾏实车道路试验之后给予最后评价。这样做不但周期长，成本⾼，⽽且在产品设计阶段对整车及各总成⽅案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有⼀定的盲⽬性，可能遗漏较优的⽅案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设
计参数和驱动系统控制策略，利⽤计算机仿真模拟对汽车动⼒性和燃料经济性进⾏预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动⼒性和燃油经济性，并对其进⾏优化设计。此外，按预定的程序模拟各种⾏驶⼯况，包括瞬变的⾮稳定⼯况，能全⾯地预测汽车齐多种⼯况下的动⼒性能和燃油经济性。
3.2混合动⼒汽车技术国内外发展现状与趋势
国内外普遍认为混合动⼒电动汽车结合了燃油汽车和纯电动汽车的优点，设计灵活，易于满⾜未来排放标准和节能⽬标。因此，⽇本、美国、欧洲各⼤汽车公司和相关的研究机构都开展了有关混合动⼒汽车的研究。混合动⼒汽车技术在汽车⼯业发达国家已经⽇益成熟，有些已经进⼊实⽤阶段。在⽬前美国市场上销售的混合动⼒汽车主要有三种: 本⽥公司的Insight ，丰⽥公司的Prius 以及本⽥公司的Civic 。⽇本丰⽥汽车公司是⽬前⾛在最前沿的汽车公司，也是世界上最早开始进⾏混合动⼒车研究的汽车公司之⼀。丰⽥公司1997年12⽉宣布将混合动⼒电动轿车Prius 投⼊⼩批量商业化⽣产。该车采⽤汽油发动机和电动机混合驱动，发动机是新型汽油发动机，电池组为250 个串联的镍－氢电池。其百公⾥油耗为3. 4L ，⽐原汽油车减少⼀半，排量也相应减少了⼀半，CO, HC, NO、仅为现⾏法规允许值的10%。⽬前，Prius 在海内外的销量⼰超过数万辆，成为全球⾸部实现量产、也是销量最⼤的混合动⼒汽车。本⽥汽车公司独⽴研制开发的Insight 混合动⼒汽车，也已经实现了量产。
由于“新⼀代汽车伙伴合作” (The Partnership for a New Generation of Vehicles, PNGV) 计划的推动，
美国三⼤汽车公司福特、通⽤和克莱斯勒对各种驱动单元技术及其不同的组织⽅式进⾏上百种⽅案的筛选、⽐较，认为采⽤混合动⼒驱动是实现中级轿车百公⾥3L 油耗的可⾏⽅案，因此混合动⼒汽车受到更⼤的关注。福特汽车公司在2000 年北美国际车展上推出了其开发的Prodigy 混合动⼒家庭概念车，该车采⽤1. 2L4 缸柴油发动机和镍⾦属复合电池，整车质量仅1083kg，百公⾥油耗仅3.
3L。福特公司预计，未来10年内，混合动⼒汽车将占汽车市场的10%-20%。美国克莱斯勒汽车公司
1998 年2 ⽉在底特律展出了第⼆代道奇⽆畏ESX2型混合动⼒电动轿车，该车装⽤⼯500cc排量的直喷柴油机，装备铅酸电池，配有单独的发电机，采⽤交流感应电机驱动，百公⾥油耗降⾄3. 4L。2000年⽇内⽡车展上，雪铁龙公司推出并联式混合动⼒轿车Xsara ，表明了他们在这⼀领域的世界领先⽔平。其他⼏个⼤汽车公司，如通⽤、雷诺、⽇产等，也都推出了各⾃的混合动⼒汽车。
国内是在20世纪80年代后期开始电动汽车研究的。1999年4⽉6⽇由科技部、环保总局、国家计委、国家经贸委和国家机械局等⼗多个部委联合召开“空⽓挣化⼯程⼀清洁车辆⾏动” 会议，提出通过电动车辆、混合动⼒车辆技术的攻关和推⼴应⽤，从根本上治理机动车辆排放污染，依靠科技进步，建⽴新型清洁车辆产业。“电动汽车技术研究”是国家科委“⼋五”科技项⽬，在清华⼤学的组织下，研制出了16 座电动轻型客车，现于清华⼤学校园内运营。2001 年11 ⽉，国家科技部将电动汽车纳⼊国
家“⼗五”规划，列⼊“863”的重⼤专项。
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丰田是哪个国家的该专项分为纯电动汽车、混合动⼒电动汽车和燃料电池电动汽车三⼤类整车项⽬及电机、电池、多能源管理系统及其它辅助系统的开发研究。⼀汽集团在2001 年北京国际清洁车展上推出⼀款混合动⼒轿车⼀红旗CA7180AE最⾼车速可达
135km/h，参加该项⽬研究的有⼀汽汽车研究所、美国电动车(亚洲)公司、汕头国家电动汽车试验⽰范区。深圳明华环保汽车有限公司也于2001 年4 ⽉推出了并联式混合动⼒汽车MH6720该车装备87kW发动机，异步交流电机平均功率为36kW，满载最⾼车速135km/h。长丰汽车有限公司改装的CFA6470-HEV昆合动⼒汽车采⽤现有CFA647车的底盘，原有的四缸发动机和变速箱不变，加装⼀个电动机驱动系统，取消分动箱，由发动机驱动后轮，电机通过减速箱和传动轴独⽴驱动前桥。此外，湖北东风电动汽车开发公司也开展了电动汽车和混合动⼒汽车的研究。
混合动⼒汽车的缺点是结构复杂，不是零排放汽车，可靠性⽐纯电动汽车低，从长远来看是⼀种过渡车型。但其驱动系统同时使⽤燃油发动机和电动机作为汽车的动⼒源，可以⼤幅度降低油耗，减少污染物排放，同时具有令⼈满意的⾏驶⾥程。因此，近年内混合动⼒汽车将具有很好的发展前景。
3.3混合动⼒技术研究内容
以电⼒辅助型并联式混合动⼒汽车为研究对象，主要针对以下问题进⾏研究讨