第四章混合动⼒汽车
[学习⽬标]
1.掌握混合动⼒汽车的定义与分类。
2.学习混合动⼒汽车的⼯作原理，⾸先应该掌握混合动⼒汽车的主要结构。
3.熟悉不同类型混合动⼒汽车在不同⼯况下的能量流通⽅式和其⼯作原理。
4.通过对混合动⼒汽车的学习，请读者了解我国混合动⼒汽车的现状和发展前景。 第⼀节混合动⼒汽车的结构
⼀、混合动⼒汽车的定义
混合动⼒汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动⼒来源——热动⼒源（由传统的汽油机或者柴油机产⽣）与电动⼒源（电池与电动机）的汽车。
⼆、混合动⼒汽车的主要动⼒总成元件
2．驱动电机
3．电池
4.动⼒分配装置:
三、混合动⼒汽车的智能控制系统
混合动⼒汽车的控制系统有以下的功能：
1）使混合动⼒汽车的动⼒性能能够达到或接近现在内燃机汽车的⽔平。
2）最⼤限度的发挥电动机驱动的辅助作⽤，使混合动⼒汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。
3）实现多能源控制，混合动⼒汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制。
4）在环保⽅⾯，达到“超低污染”的环保标准。
5）操作装置和操纵⽅法上继承或沿⽤内燃机汽车主要操作装置和操纵⽅法。
四、混合动⼒汽车的发动机:
混合动⼒汽车的燃油经济性能⾼，⽽且⾏驶性能优越，混合动⼒汽车的发动机要使⽤燃油，⽽且在起步、加速时，由于有电动马达的辅助，所以可以降低油耗。
1. 阿特⾦森循环发动机的定义
阿特⾦森循环是⼀种1882年由James Atkinson发明的内燃机形式。阿特⾦森循环发动机提⾼了效率，现阶段⽤在某些混合动⼒车辆上。
2. 阿特⾦森循环发动机的⼯作原理
阿特⾦森循环发动机其实并不需要在普通发动机上做太⼤修改，只是改变⽓门开闭的时机。在阿特⾦森循环中，在活塞到达下⽌点后上升时，吸⽓⽓门仍然开放，这样有⼀部分混合⽓体被推回到进⽓歧管，进⽽提⾼了爆炸的膨胀⽐，利于提⾼燃油效率。
3. 阿特⾦森循环发动机的缺点
1）独特的进⽓⽅式让低速扭矩很差
2）长活塞⾏程不利于⾼转速运转
第⼆节混合动⼒汽车分类和⼯作原理
⼀、按结构布置形式分类
1）串联式混合动⼒电动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）； 2）并联式混合动⼒电动汽车（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）；
3）混联式混合动⼒电动汽车（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）。
⼆、按照对电能的依赖程度分类
1）弱混混合动⼒系统
2）轻混合动⼒系统
a.在减速和制动⼯况下，对部分能量进⾏吸收；
b.在⾏驶过程中，发动机等速运转，发动机产⽣的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进⾏调节。轻混合动⼒系统的混合度⼀般在20％以下。
3）中混合动⼒系统
4）完全混合动⼒系统
5）外插电式混合动⼒系统
三、其它划分型式
1.按照⾏驶模式的选择⽅式划分
（1）有⼿动选择功能的混合动⼒电动汽车hybrid electric vehicle with selectiveswitch具备⾏驶模式⼿动选择功能的混合动⼒电动汽车。车辆可选择的⾏驶模式包括热机模式、纯电动模式和混合动⼒模式三种。
（2）⽆⼿动选择功能的混合动⼒电动汽车hybrid electric vehicle withoutselective switch不具备⾏驶模式⼿动选择功能的混合动⼒电动汽车。车辆的⾏驶模式根据不同⼯况⾃动切换。
2.按照车辆⽤途划分
（1）混合动⼒电动乘⽤车hybrid electric passenger car
（2）混合动⼒电动客车hybrid electric bus
（3）混合动⼒电动货车hybrid electric goods vehicle
3.按照与发动机混合的可再充电能量储存系统不同可以划分为：
（1）动⼒蓄电池式混合动⼒电动汽车；
（2）超级电容器式混合动⼒电动汽车；
（3）机电飞轮式混合动⼒电动汽车；
（4）动⼒蓄电池与超级电容器组合式混合动⼒电动汽车。
第三节混合动⼒汽车的发展历程及现状
⼀、世界上最早的混合动⼒汽车
。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。其中，⼤名⿍⿍的费迪南德·保时捷在上世纪末就为⼀家名为JacobLohner的公司开发出⼀款油电混合动⼒汽车，甚⾄造出了四驱版本。
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。
据美国专利局的资料记载，1909年，⾝在⽐利时的德国⼈HenriPieper取得了⼀项名为“MixedDrivefor Autovehicles”的专利。
如图。2013年的3⽉2⽇距美国的第⼀个混合动⼒汽车专利已经过去了整整⼀个多世纪。
⼆、国内HEV技术发展现状
我国也⾮常重视混合动⼒电动汽车的研究与开发，有关⼯作开始于上个世纪90年代。
在“⼗五”期间，科技部组织北京理⼯⼤学、清华⼤学、东风汽车公司等国内多家企业、⾼校和科研机构进⾏联合攻关，确定了以燃料电池汽车（FCEV）、混合动⼒电动汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV）车型为“三纵”，多能源动⼒总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动⼒蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局。
我国混合动⼒汽车发展状况⼀览：
三、国外HEV发展现状
21世纪后，各国加快了HEV的概念产品化的进程，相继推出了不同形式的HEV产品。丰⽥的Prius，本⽥的Insight，通⽤的Precept，福特的Prodigy，戴姆勒克莱斯勒的ESx3，⽇产的Tino等都是具有代表性的车型，其中Prius和Insight⼰是成熟的产品。
欧盟：
欧盟多年来⼤⼒提倡节能减排，民众的环保意识较⾼。在⽬前新能源汽车尚未成为市场主流的情况下，各成员国政府⽐较注重控制现有汽车的数量并改善传统汽车的减排⽔平。注重公共交通。以欧盟总部所在地布鲁塞尔为例，地铁、轨道、电车等公共交通四通⼋达，⽽且每逢重⼤节⽇，公共交通⼀律免费。布鲁塞尔每年还举办⼀次“⽆车⽇”活动，普通社会车辆禁⽌通⾏，公共交通对所有市民免费开放。
政府⿎励⾃⾏车出⾏。⽐利时多年来坚持实⾏⾃⾏车出租半⼩时内免费的制度，城市街头和路边都有固定的⾃⾏车停放点供⾃由租借和归还，⾃⾏车租赁的⽉卡或年卡费⽤相较于其他交通⽅式也便宜很多。在哥本哈根欧洲环境署的办公⼤楼，约有170个⾃⾏车停车位，但汽车停车位只有⼀个且专供⼀名残疾⼈员⼯使⽤。
政府限制汽车使⽤。⽬前，欧洲⼀些国家和城市正逐步采取⼀些“消极”⼿段变相“劝退”私家车。部分城市限制新建购物中⼼与商务⼤楼的停车⾯积，街道两边的停车位越来越少，
甚⾄德国慕尼⿊这样的传统汽车城市也逐渐转变为“步⾏者的天堂”。伦敦、斯德哥尔摩等地已规定私家车车主须⽀付交通拥堵费才能驶⼊市中⼼。近年来，德国部分城市实施“环保地带”计划，即“环保地带”仅允许低排放车辆驶⼊。
美国：
在美国，克林顿政府上台后不久，为了开发新⼀代汽车，由美国政府促进，于1993年9⽉29⽇发起了新⼀代汽车伙伴计划
即“PNGV（Partnership for New Generation Of Vehicles）计划”，⽬标是开发低油耗的混合动⼒汽车。然⽽该计划最终在2002年被废⽌，没有达到预订的2005年左右推出商品化的混合动⼒汽车的⽬标。
美国三⼤汽车公司只是⼩批量⽣产、销售过纯电动汽车，⽽混合动⼒和燃料电池电动汽车⽬前还未能实现产业化，⽇本的混合动⼒电动汽车在美国市场上占据了主导地位。美国能源部与三⼤汽车公司于1993年签订了混合动⼒电动汽车开发合同，进⾏为期5年的研发⼯作，并于1998年在北美国际汽车展上展出了样车。在此基础上，现已推出3款混合动⼒概念车：通⽤Precept、福特Prodigy、戴-克DodgeESX3。2004年，通⽤汽车公司与戴-克汽车公司对外宣布双⽅将在开发混合动⼒电动汽车的技术领域携⼿，共同推进此项技术的发展。通⽤、戴克、宝马三家公司在混合动⼒技术发展⽅⾯结成了技术联盟，携⼿发展双模混合动⼒技术，并在2005年的北美车展上引⼊了⼀款结合了V8柴油发动机和最新⼀代混合动⼒驱
动系统的S级轿车。通⽤汽车公司在2006年底特律北美国际汽车展上发布了两款全新混合动⼒SUV：2007年⼟星Vue Green Line混合动⼒车和2008雪佛兰Tahoe双模式混合动⼒车。
⽇本：
从⽬前世界范围内的整个形势来看，⽇本是电动汽车技术发展速度最快的少数⼏个国家之⼀，特别是在发展混合动⼒汽车⽅⾯，⽇本居世界领先地位。⽬前，世界上能够批量⽣产销售混合动⼒汽车的企业，只有⽇本的丰⽥和本⽥两家汽车公司。1997年12⽉，丰⽥汽车公司⾸先在⽇本市场上推出了世界上第⼀款批量⽣产的混合动⼒轿车PRIUS。该轿车于2000年7⽉开始出⼝北美，同年9⽉开始出⼝欧洲。普锐斯在达成⾼⽔平的燃油经济性和环保性能的前提下，实现了出⾊的动⼒性和舒适性。“PRIUS”的正式量产上市标志以混合动⼒汽车为代表的新⼀轮汽车研发竞争的开始。
为保持领先地位，丰⽥公司加⼤了对混合动⼒车的投⼊，丰⽥的⽬标是最终将推出旗下⼏乎所有车型的混合动⼒版，并在2013年把混合动⼒汽车的产量提⾼到100万辆。丰⽥公司预测，在未来的10年内，其在美国的全部轿车销量中，混合动⼒车型将占有25％的市场份额。本本⽥公司推出“Insight”、“CIVIC”等混合动⼒汽车。丰⽥汽车公司在实现混合动⼒系统的低能耗、低排放和改进⾏驶性能⽅⾯已经⾛在了世界的前列。
汽车业未来发展趋势时，混合动⼒汽车必是未来主要发展⽅向，因为能源价格⾼企已经影响了消费者的
购车需求和选择，⽽混合动⼒车的能效明显⾼于普通汽油车。
第四节混合动⼒汽车的发展前景
⼀、混合动⼒汽车的优势
具体体现在：
（1）排放性能良好。
（2）动⼒性能佳。
（3）耗油量低。
⼆、混合动⼒汽车发展⾯临的问题
⽬前阻碍混合动⼒汽车市场发展的最重要因素还是价格。⽬前我国混合动⼒汽车推⼴困难，还存在以下⼏⼤原因: 1）我国国民环保意识不⾼
2）国内推⼴政策不明显
3）混合动⼒汽车性价⽐不⾼
4）品牌推⼴⼒度不⾜
三、促进混合动⼒汽车发展应采取的措施
1.政策政府⽀持是关键
2.政策要能引导和⿎励消费
3.政策需要细化和有连续性
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