混合动力汽车的研制.docx
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混合动力汽车的研制
摘要
混合动力是一个新名词，意指将热动力和电动力两种动力来源，按照实际运转负荷大小进行灵活调控，以达到提高能量转换效率的一项技术。
从环保的角度来说，混合动力比不上只排放水的氢动力和完全依靠电力的燃料电池技术。
但是从现实的角度出发，混合动力是近十年内最容易实现的汽车新动力技术。
本文综述了日本、美国混合动力车的发展现状，介绍了它在日本、美国的发展情况，最后展望了混合动力车的商业化前景及其发展趋势等相关内容。
我们将逐渐步入“低碳生活”的领域，开启全新的汽车世界，为明天的“绿色生活”时刻准备着，随时随地保护我们赖以生存的家园——地球。
关键词：
混合动力电动汽车内燃机低碳
目录
前言......................................3
第一章混合动力汽车的发展...............................4
1.1混合动力汽车的历史发展................................4
1.1.1历史中曾出现的混合动力汽车...........................4
1.1.2其他国家混合动力汽车的发展...........................8
1.2混合动力汽车的发展前景...............................10
1.3我国混合动力汽车的发展...............................11
第二章混合动力车概论..................................12
2.1混合动力车的概念......................................12
2.2混合动力车的特点......................................12
第三章混合动力车的系统................................13
3.1混合动力系统的分类....................................13
3.1.1混合动力驱动的联接方式分类..........................13
3.1.2混合动力系统混合度不同的分类.....................14
3.2混合动力系统的工作原理................................15
第四章凯美瑞混合动力..................................17
4.1凯美瑞混合动力技术....................................17
4.1.1凯美瑞每代的特性....................................17
4.1.2凯美瑞混合动力的特性...........................18
4.1.3凯美瑞汽车的工作原理............................18
4.2凯美瑞开启低碳生活....................................20
4.2.1凯美瑞的外观...............................20
4.2.2凯美瑞的动力系统..............................24
4.2.3凯美瑞的性价比..............................30
结论.....................................................32
致谢.....................................................33
参考文献.................................................34
前言
随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加剧，电动车这种以电能为动力的交通工具凭借其节能、环保的优点日渐成为业界关注的焦点。
20世纪80年代以来,许多发达国家纷纷投入巨资研发电动汽车，我国的“863计划”也已明确将电动汽车作为重点攻关项目。
目前，我国电动汽车的研发水平与发达国家基本上处在同一起跑线上，在某些方面甚至超过国外。
2005年，我国第一代混合动力商品车通过论证和验收。
混合动力车辆，是使用多种能源动力的道路车辆，使用内燃机、电动机、电池、氢气、燃料电池等的技术。
现时的混合动力车多数以电动机推动，能源则来自电池及内燃机。
混合动力车多数无需从电网上充电，消耗汽油较少，而速表却较佳。
被视为比普通内燃发动机发动车辆较为环保的选择。
虽然电动汽车具有很多优点，但是它不能取代传统的燃气动力模式，而混合动力汽车是目前新型清洁动力汽车中最具有产业化和市场化前景的车型，其发展方向是真正零排放、无污染，不消耗燃油的燃料电池车辆。
现在混合动力汽车在欧美国家及日本已形成产业化，而国内还处于起步阶段，没有形成产业化。
第一章混合动力汽车的发展
1.1混合动力汽车的历史发展
1.1.1历史中曾出现的混合动力汽车[1]
目前世界上已经有70余种车型的燃料电池汽车问世，在国外最热门、销量最大的新能源车就是混合动力汽车。
1665年至1825年
1665年和1680年之间，佛兰芒耶稣会教士和天文学家南怀仁为中国皇帝康熙计划建造了一个微型四轮无人驾驶汽“车”。
1769年，法国人尼古拉制造了一台每小时运行6英里的蒸汽汽车。
1825年，英国发明家戈兹沃西格尔尼制造了一台蒸汽汽车，成功地在10小时内完成了85英里的往返行程。
1839年
苏格兰阿伯丁大学的罗伯特安德森完成了第一台电动汽车。
1870年
戴维.所罗门爵士发明了一台有轻型电动马达和非常沉重蓄电池的汽车。
但行车速度和里程都十分差劲。
1888年
Immisch公司为土尔其帝国的皇帝建造了可乘4名乘客的马车，由一个马力的电动机和24个单体的蓄电池。
同年，马格纳斯沃尔克在英国布赖顿，制造了一台三轮电动车。
1897年
康涅狄格州哈特福德的波普制造公司的，在两年内大约制造了500辆电动车。
1898年
德国费迪南德.保时捷博士，制造了他的第一辆电动马车，它是世界上第一个前轮驱动车。
保时捷的第二辆汽车是混合动力车，采用内燃机提供电力给位于轮毂的电动机。
仅使用电池时，电动车可旅行约40公里。
1898年
纽约市的电力运输和货车公司，已拥有12辆坚固、时尚的电动出租车。
1899年
波普制造公司合并了两个较小的电动汽车公司，组成电动汽车公司，这是美国汽车工业上第一次大规模合并行动，该公司拥有资产2亿美元。
1900年
美国汽车公司制造了1681辆蒸汽车，1575辆电动车和936辆汽油车。
在纽约市第一次全国汽车展上的一次民意调查中，顾客把电动车作为他们的首选，紧随其后的是蒸汽车。
在二十世纪的最初几年，生产了数以千计的电动车和混合动力汽车。
由克里格公司制造了第一辆混合动力车，采用了汽油发动机，作为电池组的补充。
直到1920年，亨利福特的装配生产线和自动吸入喷射燃气发动机的出现，标志着混合动力汽车的迅速终止。
1900年
比利时汽车制造商，皮珀，介绍了3-1/2马力的小型汽车“voiturette”中，小型汽油机和一个电动马达装配在座椅下。
当汽车在“巡航”，它的电动马达实际上是一台发电机，给电池充电。
但是，当车登山时，同轴安装了燃气发动机的电动机，提供了一种动力支援。
1905年
一位名叫派珀的美国工程师提出一项专利申请，有关汽油-电动混合动力车，他的想法是借助一个电动马达辅助内燃机，使其能达到二十五英里每小时时速。
1916年
两个突出的电动汽车制造商-克利夫兰市的贝克和芝加哥市的伍兹-提供了一辆混合动力汽车。
mpg伍兹声称，他们的混合动力车达到了每小时35英里的最高速度，每加仑48英里的燃油效率。
但是伍兹的双动力车与汽油车相比，更昂贵，竞争不过汽油车，因此销售不佳。
1966年
美国国会提出第一个法案，建议使用电动车作为减少空气污染的一种手段。
1968至1971年
三位在TRW公司，一家大型汽车供应商，工作的科学家，创建了一个实用的混合传动系统。
巴鲁克贝曼博士，盖尔布博士和奥尼尔.理查森博士声明、申请了一个作为机电传动（EMT）用的设计系统，能为车辆提供强劲的动力性能，而发动机小于传统的内燃机，组成该系统的许多工程概念被用于今天的混合动力汽车。
1969年
通用汽车512，非常轻便的实验混合动力汽车，运行完全依靠电力可达10英里每小时，在10至13英里时速时，它靠电池和两缸汽油发动机，高于13英里时速时，GM512靠汽油发动机运行，它只能达到每小时40英里时速。
20世纪70年代
With随着1973年阿拉伯石油禁运，汽油价格飙升，人们重新引发了对电动车的兴趣。
美国能源部测试了许多汽车制造商生产的电动和混合动力车，包括称为“大众出租车”的混合动力车，此车由位于西德沃尔夫斯堡有大众汽车公司生产,该辆的士，其中采用了并联式混合动力的配置，能灵活的在汽油发动机和电动马达间切换，超过8000英里的道路记录，在欧洲和美国的汽车车展上做了展示。
1974年
作为联邦清洁车奖励计划，维克多和查理罗森工程师，使用别克云雀车身结构，创建了一个原型混合油电动力汽车。
美国环境保护署检测这辆车，证明它满足严格的EPA清洁空气汽车的计划。
1975年
美国能源研究和发展管理局开始了一项政府计划，推动电动和混合动力技术。
1976年
美国国会颁布了公共法94-413，关于电动和混合动力汽车研究，该法目的是与工业界改善电池，电机，控制器，及其他混合动力电动部件。
通用电气公司被选定为建造一个混合轿车，丰田建立了自己的第一款混合动力-一款装备燃气涡轮发电机以提供电流给一个电动马达的小款跑车。
1977年至1979年
通用汽车公司花了2000万美元的电动汽车的开发与研究，报告说，电动汽车到上世纪80年代中期可进入生产。
1979年
阿肯色州，斯普林代尔的戴夫阿瑟斯，花1500元把一辆标准欧宝燃气机车改装成一辆混合动力汽车，每加仑可跑75英里，采用了一个6马力的割草机引擎，400安培的电动马达，以及大量的6伏电池。
1980年
以生产割草机发动机闻名的布里格斯和斯特拉公司，开发出一种混合动力汽车，采用双缸四冲程汽油发动机和一台16马力的的电动马达，共有26匹马力。
1989年
奥迪在奥迪100型前卫四驱基础上，推出了第一代Duo试验奥迪车，此车有一台12.6马力电动发动机，一组镍镉电池提供能源，前轮采用一台2.3升5缸发动机驱动，最大输出功率为136马力。
两年后，奥迪推出了第二代Duo，也基于奥迪100quattro。
1991年
美国先进电池联合体（美国先进电池），一个能源部计划，发起了一项重大项目研发“超级”电池，使电动汽车尽可能快的实现可能，美国先进电池将继续将9000多万美元投向镍氢（NiMH）电池。
镍氢电池与铅酸电池相比，循环周期高3倍，并能在寒冷的天气下工作。
1992年
丰田汽车公司宣布“地球宪章”文件，描述了开发和销售尽可能尽可能低排放量车辆的目标。
1993年
克林顿政府宣布了一项称为新一代车辆（PNGV）的政府倡议，在此计划中，美国政府与美国汽车业发展一种每加仑跑80英里的清洁汽车，几年之后，花了十几亿美元，三种PNGV型号车型出现，每一种原型都是混合动力。
1997年
丰田普锐斯进入日本市场，在此前两年，其初版推出之日，正值讨论全球气候变暖的京都会议12月召开，那一年销售近1.8万辆。
1997年
奥迪成为第一个把混合动力汽车投入量产的欧洲制造商，该车Audiduo装备了一个90马力的1.9升TDI马达和一个29马力的电动马达。
这两种动力源都是前轮驱动，一个胶体电池装在车尾用于储存电能。
Audiduo并不是一个成功的商业样本，后来停止，此促使欧洲的汽车制造商把他们的研发力量集中在柴油内燃机领域。
1999年
本田发布了双门Insight的，这是第一辆混合动力汽车进入美国的市场，Insight赢得多个奖项。
2000年
丰田公布了丰田Prius，在美国上市的第一款混合动力四门轿车。
2002年
HondaintroducedtheHondaCivicHybrid,本田推出了本田思域混合动力车，它是第二款商业汽油混合动力电动汽车。
本田思域混合动力车的外观和驾驶性能与（现在仍然是）常规的本田思域完全一样。
2004年
是丰田Prius2型赢得汽车趋势杂志的2004年年度车型奖和北美国际汽车展。
丰田对需求感到惊讶，把美国市场销量从生产三万六提升到四万七。
感兴趣的买家要等待长达6个月订购2004年款的普锐斯。
丰田汽车美国销售总裁Jim称它为“我们曾经有过的最热门的车”。
9月，福特推出了Escape混合动力车，美国的第一台混合动力车和第一台SUV混合动力车。
1.1.2其他国家混合动力汽车的发展［3］
（1）日本混合电动汽车发展概况
政府的发展规划
日本汽车保有量占全球第二位，由于人口密集，国土狭小，石油100％依赖进口。
因此，日本对EV\HEV的研发十分重视。
早在1992年，日本政府宣布将允许投放市场20万辆电动车的计划，但是没有实现；2001年7月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将EV\HEV列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进EV\HEV的普及应用；2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放，制定了《新长期排放限制》的标准，准备用于2005年以后销售新车的一项排放法规；2002年2月26日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。
这项提案的内容包括将颗粒状物质（PM）含量比现行标准的要求最大削减85%，将氮氧化物（NOx）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动EV\HEV的发展。
按照目前的发展速度，预计在2010年将达到210万辆。
在欧美把重点放在比较远的氢动力、或者很现实地提高传统发动机技术之时，日本车企在混合动力上的成就让它们目前成为新能源的领跑者，如今，丰田的混合动力车在全球的销量已经超过了120万辆。
业内，普遍认为采用氢动力是汽车发展的理想目标，而混合动力被认为是目前最好的过渡产品，丰田、本田在这个领域大有所获，不仅得到了商业利益，也收获了环保节能的美誉。
各大汽车公司所做的工作
1）丰田
丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997年开始，Prius就开始在日本销售，2000年起便在北美、欧洲及世界各地公开发售。
目前，Prius已经在中国上市。
到了2001年，丰田又在日本推出了Estima混合动力小货车、使用弱混合动力的皇冠豪华小轿车和Dyna混合动力轻型货车。
丰田商业化的车型已经达到5款，表1是丰田主要销售的混合动力车型。
2005年11月30日，丰田汽车正式宣布，丰田混合动力汽车累计已经超过了50万台，到今年十月末，全球已经接近销售了51.3万台。
为了在实现低排放的前提下，提高车辆的动力性，在2003年，丰田汽车把新一代的混合动力系统HybridSynergyDrive引入到了第二代的Prius上面。
在2005年，他把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能要求更高的SUV车型上——雷克萨斯的RX400h（日本名为HarrierHybrid）和HighlanderHybrid（日本名为KlugerHybrid）。
2）本田
在混合动力车方面，目前本田公司主要销售的两个品牌，一个是1999年推出的“INSIGHT”，一个是2001年推出的“CIVIC”。
本田还在混合动力车的开发上，通过研究新型发动机、镍氢蓄电池等追求动力高效化；通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车辆的轻型化，使汽车达到每公升汽油可行驶35公里的世界最高水平，并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。
（2）美国混合电动汽车发展概况
政府的发展规划
1973年OPEC组织对西方国家石油禁运给美国政府敲响了警钟。
1976年卡特总统签署EV/HEV研究开发和示范法案，授权美国能源部执行和管理EV/HEV研究计划，但是直到九十年代初电动车的研究在美国才真正开始。
1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。
1991年1月美国先进电池联合会成立，成员包括美国三大汽车制造商（福特、通用和克莱斯勒）以及美国电力研究院、美国能源部，正式开始了政府与企业联合开发电动汽车的新时期。
1992年麻省州和纽约州正式采用了加州零排放车规定,同年布什总统正式签署能源政策法案，有关EV/HEV研发成为此法案的重要组成部分。
根据此法案，联邦政府将第一笔经费拨给国防部从事EV/HEV的研发和示范。
1993年，美国克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即PNGV，要求联邦政府部门从1993到1995年度大量购买包括EV/HEV的替代燃油车。
PNGV制订了10年开发计划，目标是80mpg（约3L/100km）的低油耗汽车。
2002年1月9日，10年计划尚未结束，美国能源部部长斯潘塞·阿伯拉罕在各大汽车公司首脑参加的会议上宣布，根据总统布什的国家能源计划，降低美国对进口石油依赖性，决定成立一个新的汽车研究项目，叫做自由车（FreedomCAR），该项目的长期目标是高效、价廉、无污染。
研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。
改项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动车。
1.2混合动力汽车的发展前景［4］
随着环保成为社会热点，中国车市对于新能源和节能的关注也在空前提高。
可是混合动力车型要从高端走向大众似乎并不容易。
人人想要“低碳”，但对于汽车行业来说，以混合动力为代表的环保新能源目前仍是大众消费者难以企及的高端。
混合动力车无疑是消费者未来最有可能购买的新能源汽车，这与其量产车数量相对较多有关。
因纯电动和燃料电池短期内难以摆脱成本、技术的影响，混合动力车对现有汽车技术的改进相对较少，成本也较低。
在高油价时期，具有更好的燃油经济性，且满足高排放标准的混合动力，应该是厂家现阶段的最佳过渡选择。
价格太高是混合动力难以被消费者接受的首要原因。
在日本最低配置的新普锐斯售价仅205万日元，约合14.5万人民币，而在国内售价为25.9万元至30.28万元。
国内售价26.98万元的思域混合动力，在日本市场价格仅相当于十余万元人民币。
所以，对于混合动力，还要期待国家出台更具操作性的扶持、鼓励和优惠政策推动其发展和推广。
其次，由于目前国内新能源没有形成产业化，市场上的混合动力车多为整车进口，少数几款虽然已经国产，但大量的零件都是从国外进口，导致价格一直居高不下。
第三，消费者对混合动力的接受度也有待提高。
上海通用华兴别克市场部经理杨潇告诉记者，混合动力的君越与普通版本价格相差才一两万元，后期保养也并不像大家想象的昂贵，基本上与普通君越是持平的。
但由于理念的问题，混合动力还没有被主流消费者所接受和了解。
看来，混合动力要从高端走向普及，国家能否出台具体可操作的混合动力扶持和优惠政策、核心技术能否形成产业化以及消费理念，将是新能源时代到来前必经的“三重门”。
1.3我国混合动力汽车的发展［5］
根据规划，我国混合动力汽车的发展分三步走：
近期发展阶段（2008年～2012年）：
混合动力汽车大批量产业化，年产量达到百万辆级，占到汽车总产量的10%以上。
以技术相对成熟、成本增加较少的BSG、ISG混合动力汽车构成混合动力汽车的主流。
中期发展阶段（2012～2020年）：
随着电池技术的进步及其价格的降低，节能效果更加显著的重度混合动力汽车和plug-in混合动力汽车，将在混合动力汽车中占据主要地位，BSG、ISG混合动力汽车共同构成混合动力汽车的其余组成部分。
长期发展阶段（2020～2030年）：
混合动力汽车呈大幅度増长势态，占到汽车总产量的50%，传统的燃油汽车包括代用燃料汽车产量将会下降到汽车总产量的25%左右。
第二章混合动力车概论
2.1混合动力车的概念［2］
HEV（HybridElectricVehicle）——混合动力装置。
混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。
2.2混合动力车的特点
车载动力源有多种：
蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。
复合动力汽车的优点是：
1、采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。
需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。
2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现"零"排放。
4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。
5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。
6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。
第三章混合动力车的系统
3.1混合动力系统的分类［6］［9］
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。
经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展.
3.1.1混合动力以动力传输路线（驱动联接方式）分类，可分为以下三类
一是串联式混合动力
串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统，串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。
小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。
当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。
这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用
二是并联式混合动力
并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。
当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。
由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。
本田的Accord和Civic采用的是并联式。
三是混联式混合动力
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。
动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两
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