目 录
1 绪论 . ........................................................................................................ 1
1.1历史背景与意义 . .............................................................................................. 1
1.2研究的基本内容 . .............................................................................................. 2
1.3 研究方法 . ......................................................................................................... 2
2 混合动力汽车的概念、分类及节能原理 ............................................ 3
2.1混合动力汽车的概念. . ..................................................................................... 3
2.2混合动力汽车的分类 . ...................................................................................... 3
2.3 混合动力汽车的节能原理 . ............................................................................. 5
3 国内外混合动力汽车的发展状况 ...................................................... 7
3.1 国外发展状况 . ................................................................................................. 7
3.2 国内发展状况 . ................................................................................................. 8
4 混合动力汽车的优缺点分析 .............................................................. 11
4.1混合动力汽车的优点. . ................................................................................... 11
4.1.1极佳的燃油经济性能 . .......................................................................................... 11
4.1.2低排放 . .................................................................................................................. 11
4.2混合动力汽车的缺点 . .................................................................................... 11
4.2.1仍需汽油 . .............................................................................................................. 11
4.2.2成本高 . .................................................................................................................. 11
4.2.3在高速公路上表现不佳 . ...................................................................................... 12
5 混合动力汽车发展过程中需解决的问题和相应措施 ...................... 13
5.1关键技术问题 . ............................................................................................... 13
5.1.1 能量储存装置 . ..................................................................................................... 13
5.1.2系统结构技术 . ...................................................................................................... 13
5.1.3 研究方法方面 . ..................................................................................................... 13
5.1.4两种动力的最优分配控制 . .................................................................................. 14
5.2 发展措施 . ...................................................................................................... 14
5.2.1降低成本 . .............................................................................................................. 14
5.2.2提供优惠售后服务政策 . ...................................................................................... 14
5.2.3政府政策支持 . ...................................................................................................... 14
5.2.4国内汽车企业自主创新 . ...................................................................................... 15
6 展望混合动力汽车的发展前景 .......................................................... 16
结束语 . ...................................................................................................... 17
致 谢 . ........................................................................................................ 18
参考文献 . .................................................................................................. 19
摘 要
目前，全球汽车产业正在面临石油能源贫乏和环境污染的巨大挑战。混合动 力汽车融合了燃油汽车和电动汽车的优点，是最具有市场价值的低排放和低油耗汽车，其发展有着必然性。本文简要阐述了混合动力汽车的概念、分类以及节能原理，介绍了目前国内外发展现状，分析了混合动力汽车的优缺点，提出相应的改进措施，展望了混合动力汽车的发展前景。
关键词：混合动力汽车, 必然性, 发展现状, 改进措施, 发展前景
ABSTRACT
At present,the global automotive industry is facing enormous challenges of the oil energy poverty and environmental pollution The Hybrid Electric Vehicle enjoys the integrated advantages of oil-powered automobile and electric automobile. It enjoys the top position of maket value, which is low emmision and fuel-efficient. It is inevitable that Hybrid Electric Vehicle will have a prosperous future.This paper describes a hybrid vehicle concepts,classifications and energy conservation principles ,The current development status of the advantages and disadvantages of hybrid cars,proposed improvements and looking forward to the prospects for the development of hybrid vehicles.
Key Words ：hybrid vehicle,inevitable, current development status, proposed improvements, development prospects
1 绪论
1.1历史背景与意义
国际油价大幅上涨，对世界经济造成较大影响。世界银行行长指出，国际市场原油价格每桶上涨10美元并持续一年，世界经济增长率就会减少0.5个百分点，其中发展中国家减少0.75个百分点，特别是国务院会议指出我国能源消耗增长速度高于同期的经济增长速度。对油的需求量大，但是油井油田等生产能力不足，使原油储量大大减少，以至于油价大幅攀升。汽油和柴油价格也受其影响，一路飚升，导致消费驾驶车辆费用上涨。除此之外，资源因素同时凸显出来，给广大消费者的出行带来许多不便之处。
汽油通常燃烧，在化学作用下，生成水蒸气、二氧化碳和剩余的氧等物质。可是因为燃料中含有其他成分以及添加剂，而这些物质往往不会被充分燃烧，会生成许多有害物质，比如一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合，以上物质通过汽车尾气进入空气中，人类的健康随之受到伤害。现阶段，汽车尾气排放已变成城市大气污染的重要来源之一[1]。中国城市大气污染现象尤其严重，全世界十大污染城市中中国占了8个。
综上所述，考虑到石油等不可再生资源的大量消耗、传统汽车尾气排放对环境的污染，环保节能的呼声日益高涨，研究绿色环保汽车刻不容缓。在太阳能，
电能等替代能源真正进入实用阶段之前，作为融合了内燃机汽车和纯电动汽车两者特点的混合动力汽车，即可充分利用传统汽车的技术成果和工业基础，又可有效、降低油耗、减少排放，是最具产业化和市场化的车型。因此本文对混合动力汽车的研究很具意义。
1.2研究的基本内容
本文通过查询相关资料及文献，全面了解国内外混合动力汽车的发展现状以及优缺点分析。主要各个方面的比较，结合实际，认定了混合动力汽车发展的可行性，阐述了混合动力汽车发展过程中出现的问题，并提出了相应的改进措施，展望了混合动力汽车美好的发展前景。
1.3 研究方法
(l)文献法：通过对相关文献的搜集、鉴别、整理和分析形成对事实科学认识的方法。(2)图表法：通过运用图示或表格进行说明的方法对各种类型混合动力汽车原理以及国内外混合动力发展现状进行比较分析。(3)统计法：运用这一方法对混合动力燃油经济性和排放性进行分析，并揭示其中的原理、规律和重要性以了解混合动力汽车优缺点，找出需改进方面。(4)对比分析法：通过对国内外混合动力汽车发展状况的分析，找出混合动力汽车发展的不足以及改进措施。
2 混合动力汽车的概念、分类及节能原理
2.1混合动力汽车的概念
混合动力汽车目前广泛认可的定义是：驱动能源由不止一种的储能装器，能源或转换器构成，但是必须至少有一种能源提供能量的汽车就称之为混合动力汽车。当前人们日常涉及的混合动力汽车HEV(Hybrid-Electric Vehicle) 是把辅助动力单元与电动机组合在汽车上，从而使之成为驱动力。辅助动力单元事实上相当于一台小功率发动机或者动力发电机组。这种混合动力装置不仅使得发动机能更长时间工作，保障了其出色的动力性能，而且电动机可以低噪声、无污染的运转, 在两者的共同作用下，可提高10%左右的热效率，于此同时可降低约30%的废气排放。
2.2混合动力汽车的分类
根据混合动力电动汽车驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式、混联式三种。
串联式驱动系统图如图2-1所示。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。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。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。
图2-1 串联式混合动力系统示意图
机械连接 电气连接
并联式驱动系统图如图2-2所示。并联式结构发动机与电动机并联，可以同时给车轮提供驱动力。电动机还可以用作发电机，在最佳工况点周围通过平衡发动机所受的载荷运转。发动机机械能一般中间没有能量转换地输送到汽车驱动桥，因此系统有着很高的效率以及比较少的燃油消耗量。可是在发动机与车辆驱动轮之间有着许多直接的机械接触，导致发动机不能以最佳工况运行，汽车具体行驶工况一定程度上发挥很大的作用。在城市间公路和高速公路上等稳定行驶的工况上，并联式驱动系统比较适合。在崎岖不平的山路等较之复杂的工况下运用并联式混合动力系统，拥有更广的使用范围，但需要更加优化的内燃机工作状态和更佳的能量系统管理[2]。
机械连接 电气连接
图2-2 并联式混合动力系统示意图 混联式驱动系统图如图2-3所示。串联式与并联式综合起来就相当于混联式
混合动力驱动系统。混联式的驱动系统通过发动机生成的机械能与电动机生成的机械能共同作用的方法驱动汽车，但驱动电动机的发电机与发动机串联。当前的混联式结构的基本构架通常是行星齿轮作为动力复合器。发动机做功不仅驱动发电机，而且以机械传送的方式输送给驱动桥。发电机产生的电能输供给电动机或储能装置，电动机获得的驱动力矩经过动力复合装器传致驱动桥。混联式驱动系统其有着灵活的控制策略：以低速行驶的车其驱动系统基本上用串联方式运作；以高速行驶的车其驱动系统基本上用并联方式运作。混联式混合动力驱动系统完全拥有了串联式和并联式的优点，使其达到高热效率和低污染排放[3]。同并联式比较，混联式有更复杂的动力复合形式, 随之对动力复合装置的有更高的要求。
图2-3 混连式混合动力系统示意图 2.3 混合动力汽车的节能原理
1973年全世界出现石油危机，石油严重短缺。当时欧美生产的功率大，油耗的豪华轿车占绝大多数 ，同时为了满足安全，排放法规等要求，有些安全、净化措施也加大了汽车的油耗，石油危机的到来对汽车是一次严峻的考验。因此混合动力节能优点很有必要进行推广和研究。
纷纷采用1015工况对车辆进行试验，试验结果表明：该混联弱混合动力车制动能回收可节约10%的油耗，通过怠速关发动机可节约约19%的油耗，总节约约30%的油耗。
以下是对1015工况的解释：日本使用10工况法测量轿车的燃油经济性，同时采用百公里油耗来评价汽车燃油经济性。从1992年开始，日本对本国轿车执行了10-15工况法。从1993年开始，对进口轿车也执行10-15工况法。10-15工况法是在原有10工况法改进而来。
具体而言，是在原有的10工况上，再添加了新的15工况，日本之所以采用10-15工况法，主要原因是10工况法不能反映高速行驶状态，和10工况法相比，在10-15工况上，增加怠速工况的运转时间，又追加了高速行驶工况。
错误！未找到引用源。
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图2-4 1015工况油耗仿真结果
除了采用体积小, 效率高的发动机外，混合动力汽车还采用了很多其他方法
来帮助提高燃油效率。这些方法主要有:
(1)向电池储存能量。无论什么时候踩刹车, 都会从汽车的减速当中获得能量。车速越快，汽车拥有的动能越大。混合动力汽车能够获取其中的一部分能量并将其存储到电池当中以备将来使用。这种能量的获取主要通过“再生性刹车”来实现。这一过程当中，电动机扮演的是发电机的角色，为电池充电[4]。
(2)适时关闭发动机。因为拥有电动机和电池组，所以混合动力汽车并不时时刻刻都依赖发动机工作。这样一来汽车就在不需要发动机工作的时候将发动机停下来，比如说遇到红灯时，汽车可以暂时将发动机关闭，从而实现省油的目的。
3 国内外混合动力汽车的发展状况
3.1 国外发展状况
20世纪90年代以来，世界许多著名汽车生产商已将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力汽车，目前世界上生产、研发HEV 的国家主要有日本、美国和欧洲汽车强国。表3-1为国外混合动力汽车发展状况。
日本作为世界上的三大汽车强国之一，其混合动力汽车实力最为强劲。日本丰田公司早在1997年8月就研发出其首款混合动力汽车Toyota Coaster Hybrid EVminibus, 紧接着同年12月, 研发出混动动力汽车史上第一款大量生产的混合动力汽车：Toyota Prius 。从第一代Prius 开始销售以来, 截止到2012年初，累计销售总量已超过300万辆。当前混合动力汽车市场上销售量最高的两款车分别为丰田Prius 和本田Insight [5]。在2012年3月份举办的北京国际车展上，许多日系混合动力汽车吸引了众多目光, 其中丰田FT-EV3电动概念车田性能最优越, 本田Insight 具有极高的燃油经济性, 本田CR-Z 运动时尚的风格也广受追捧。为应对金融危机冲击，扶持汽车产业，推动环保型汽车发展，拉动内需，09年日本推出购买环保车免除汽车购置税和重量税，同时减免汽车税等优惠政策。
美国三大汽车公司起初只是小批量生产、销售过电动汽车, 而混合动力和燃
料电池电动汽车还未能实现产业化。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, 并于1998年在北美国际汽车展上出了样车。自从本世纪以来, 美国加大了对混合汽车的投入，特别是大型越野车和货车，改善了这些车辆的燃料经济性, 将对降低总体燃料消耗和二氧化碳的排放更有意义[6]。已知的一些车型有:戴·克公司PowerBox;hybrid SUVCombatt C2 Hy-brid; 福特Escapehybrid SUV, 通用Paradi GM。2012年美国混合动力汽车销量达到53.50万辆虽然占美国汽车市场份额只有3%,但从2005年起呈逐年上升趋势预计, 美国的混合动力汽车2013年将达到87.2万辆，市场占有率将达到5%。2010年2月奥巴马在国情咨文中坚持09年提出的目标：“到2015年美国有100万辆电动汽车在道路行驶，成为全球第一个电动车数量超过百万的国家。”
3.2 国内发展状况
我国混合动力电动汽车的研究与开发的工作开始于上个世纪90年代。经过国家“863计划”的支持与发展，我国的混合动力汽车正在迅速迈向产业化。目前上汽、东风、长安和比亚迪汽车公司走在了HEV 开发和研制的最前列。表3-2为国内主要厂商生产的混合动力汽车。
我国今年已有一批电动汽车投入市场示范性运行，从“十城千辆”扩到25城市。2012年投入示范运营的有55099辆新能源汽车。其中混合动力汽车39116辆，占71%，纯电动15579辆，占28%，燃料电池404辆，占1%。按“能源车10年发展规划”，2015年投入使用中、重度混合动力汽车保有量将达100万辆。而在2009初发布的汽车3年振兴规划中，50万辆电动车的发展目标在今年底望
完成。
当前, 我国混合动力汽车的研发技术取得了很大的突破。东风混合动力大型
公交车及轿车已试车成功, 并通过各方面的努力搭建了工业化量产的平台，完善
了销售和售后服务网络体系。东风公司获得了国家权威认证, 通过保护知识产权，
产业化程度大大加大。除了和一汽合作研发量产普锐斯外，和第一汽车集团在其
它方面也促成了混合动力汽车的合作。2008年4月第十届上海国际车展上一汽
展出了他们精心研制的红旗SUV 概念车、奔腾混合动力轿车, 从一汽展出的整车、
零部件、汽车电子的新品中，我们可见一汽混合动力汽车自主研发水平和实力已
进入一个新的层面[6]。
在奇瑞现有技术上，中国成立国家节能环保汽车工程技术研究中心，主要从
事混合动力方面的研究。此外, 奇瑞与许多国外著名大学展开混合动力科研方面
合作，奇瑞研制的瑞麒G3四驱强混混合动力汽车在前不久的2012年北京车展
上亮相，广受好评。同时，上海汽车公司、比亚迪集团、吉利汽车集团等国内汽
车产业巨头也加大了对混合动力汽车研制的投入。
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4 混合动力汽车的优缺点分析
4.1混合动力汽车的优点.
4.1.1极佳的燃油经济性能
确立混合动力汽车控制策略的基本原则之一为确保在各种运行情况下，燃料
转换装置、储能装置和电动机尽量能够高效地工作，从而使混合动力汽车的燃油
经济性能上佳。把德国大众GOLF 混合驱动系统和传统内燃机驱动系统的燃油经
济性相互对比，记录数据，得出结果：后者的燃油消耗比前者高出约57%。理论
分析以及现阶段混合动力汽车实验验证，混合动力汽车比传统内燃机汽车燃油消
耗量少约35%。
4.1.2低排放
确定混合动力汽车控制策略的主要原则之二为确保在各种运行情况下, 燃料
转换装置尽量在低排放区域运行，使得混合动力汽车污染排放少。比如NOx 排
放, 美国通用Precept 、日本本田Insight 和丰田Prius 混合动力汽车都已经达到了
美国环保署(EPA)Tier2、加利佛尼亚州ULEV 、加利福尼亚州SULEV 制定的NOx
排放标准。而上述公司生产的传统内燃机汽车，即便排放行极佳也只能达到欧美
一般标准，远不及混合动力汽车。理论数据和及丰田Prius 、本田Insight 等混合
动力轿车的实验验证, 传统内燃机汽车比混合动力汽车能尾气排量55%左右。除
了降低尾气排放之外，混合动力汽车发动机负荷运行较低时，其噪声也大大降低。
4.1.3动力性能
混合动力汽车可以任意组合发动机、发电机和蓄电池之间的连接，以达到满
足其各种工况下的的动力需求。混合动力以一定高速行驶时，发动机、电动机联
合运作，1. 5排量的混合动力车的动力也比2. 0排量的普通轿车强劲，此外其在
转弯、爬坡、刹车时拥有更佳的动力性能。
4.2混合动力汽车的缺点
4.2.1仍需汽油
由于混合动力汽车仍需要燃烧汽油，因此无法从根本上摆脱对石油的依赖和
彻底解决环保问题，也因此混合动力汽车没有太大的市场号召力。
4.2.2成本高
新技术研发成本往往都很高，混合动力汽车由于结构复杂，研发成本昂贵，
其生产成本也高于普通汽车。混合动力车需配有复杂的蓄电池组、电力发动机和
高精度的电子控制模板等高价配件，而这些普通汽车却不需要。所以混合动力系
统的价格汽车约高于同级别汽车约25% (凯美瑞混合动力的3款车型价格区间为
31.98万～36.48万元，分别比配置相近的普通版车型贵6万～8万元) 。因此在价格方面对广大消费者来说有很大的顾忌。通用汽车董事长瓦格纳曾在媒体上表示，除非油价提高3倍，达到每加仑8美元，否则很难说服顾客掏钱来弥补混合动力车的额外成本。他十分肯定的说，没有一家汽车制造商在混合动力车赚到钱，通用推动混合动车车型的研发，无非是为了改善公司的环保形象。
4.2.3在高速公路上表现不佳
据美国2011年进行的一项研究表明，普通汽车和混合动力在同一复杂路况高速中行驶五千米，燃油经济性并没有逊色。混合动力汽车在城市中行驶用有良好的燃油经济性，然而行驶于高速公路，不仅仍靠汽油发动机驱使，而且因为其蓄电池组重量很大，更易消耗燃油。
5 混合动力汽车发展过程中需解决的问题和相应措施
5.1关键技术问题
5.1.1 能量储存装置
动力蓄电池安装在混合动力汽车上，在起动，加速时驱动汽车，在减速、下坡时回将汽车动能收回。能量回收对提高混合动力汽车的总效率是非常有意义，可以大大减少车辆驱动能量的需求量[7]。 另外，蓄电池等储能器的输出功率范围要求比较大，以支持混合动力汽车加速，爬坡时驱动需求。同时混合动力汽车的储能元件需频繁地放电，因此还要求他的放电特性较好，放点率较低，输出效率较高，其使用寿命循环放电的次数应较长。
5.1.2系统结构技术
混合动力系统结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高，维修比较困难，所以必须在减轻质量，减少尺寸，开发高性能方面努力提高与改进。以下是2种典型技术改进方向。
一是高科技的电机系统技术。电机技术对电动汽车的发展有着决定性作用，电动机一般需要高效，高负荷地工作；质量较大和高功率输出；完善的控制技术以及符合噪声低，排放少，成本低的要求。拥有成熟的控制系统，对汽车各组成部分通过控制器实现网络化、集成化和一体化，尽可能地简化结构、避免重复、降低体积和重量是一项关键性的高新技术。
二是内燃机技术。由于混合动力车用发动机工作时会频繁启动，为满足严格的排放标准，热力发动机的设计目标从传统发动机的高功率变为追求高功率，并将功率的调峰任务交由电动机承担。要实现目标，可将当前内燃机种普遍采用的Otto 循环，用大膨胀的高效率Atkinson 循环取代，或采用其他高效机，如Strling 发动机、燃气轮机等，再利用它们各有的优势来设计混合动力系统[8]。
5.1.3 研究方法方面
混合动力汽车研究内容繁多，工序复杂，当前的研究方法应当从实体研究到虚拟模拟过度和发展 ，以解决研究效率低下，成本昂贵的问题。以下介绍几种先进的研究技术。
计算机仿真法是一种比较先进的技术，因为运用计算机模仿复杂车况使得研究费用低，时间短，然而其数学模型特别是动力数据模型极为复杂，从来导致准确性，真实性不是很有权威性。
试验法是一种比较常见的方法，在试验台上进行试验研究，并记录相关数据，通过数据分析，这种实际工况下的研究方法试验结果准确，真实，然而操作复杂，
研究费用高，周期长[9]。
硬件在环仿真法是一种混合动力汽车研究的关键技术。硬件在环仿真系统（HILS ）是用高速计算机上实际运作的仿真模型模仿一部分实际控制物，然后连接控制单元实物，形成一个系统，最后用仿真试验预测控制系统的效果。硬件在环仿真法解决了上述两种研究方法的不足和现实问题，缩短了研究周期，减少了试验成本，具有很强的可行性[10]。同时，在复杂路面实体试验要求很高的操作性，安全性不能很好的保障。因此，目前该技术已被国内外广泛应用于混合动力汽车的开发和研制。
5.1.4两种动力的最优分配控制
HEV 两种动力如何分配，使发动机始终在最佳工作范围内，使油耗和排污最低，使电动机发挥其最大优点，最大限度地吸收制动能量和减少电池的能量分配。
5.2 发展措施
5.2.1降低成本
我国汽车产业飞速发展，价格还是广大汽车消费者考虑的首要要素。混合动力车过高的价格会使消费者有很大的顾忌。我国追求时尚，追求与众不同的消费心理普遍存在，混合动力能满足追求个性，提倡环保的人生的追求。然而实现要像欧美以及日本那样实现产业化的深远目标，必须在开发，制造，销售等环节节约成本，使混合动力汽车真正满足大众普遍消费的车型。
5.2.2提供优惠售后服务政策
混合动力车作为刚进入消费者视线的车型，没有完善的售后服务体系，其大部件功能性零件需要从日本，欧美等地进口，导致其保养和维修费用昂贵。比方说混合动力车需要高技术的储能元件，而其进口价格很高。因此迅速形成混合动力汽车产业化，形成相应产业链，降低混合动力车售后服务费用。当前，许多公司为扩大混合动力市场份额，提供了更加完善和优惠的售后服务策略，比如：购买雷克萨斯混合动力车型，6年15万公里里程内享有保修和免费保养的优惠服务，刺激了消费者的购车欲望。
5.2.3政府政策支持
日本，欧美等地区对混合动力汽车加大了很大的投入和政策支持，从而保护环境，推动能源安全策略，尤其在加大混合动力汽车生产及供应能力和扩大混合动力汽车市场份额方面投入。我国为推动汽车产业低碳环保的方向，计划到2014年底完成生产50万辆电动汽车的目标，扩大其市场份额。此外购买混合动力汽车享有部分政府补贴和优惠的税收策略。我国制定了相关的退税政策，如表5-1。
目 录
1 绪论 . ........................................................................................................ 1
1.1历史背景与意义 . .............................................................................................. 1
1.2研究的基本内容 . .............................................................................................. 2
1.3 研究方法 . ......................................................................................................... 2
2 混合动力汽车的概念、分类及节能原理 ............................................ 3
2.1混合动力汽车的概念. . ..................................................................................... 3
2.2混合动力汽车的分类 . ...................................................................................... 3
2.3 混合动力汽车的节能原理 . ............................................................................. 5
3 国内外混合动力汽车的发展状况 ...................................................... 7
3.1 国外发展状况 . ................................................................................................. 7
3.2 国内发展状况 . ................................................................................................. 8
4 混合动力汽车的优缺点分析 .............................................................. 11
4.1混合动力汽车的优点. . ................................................................................... 11
4.1.1极佳的燃油经济性能 . .......................................................................................... 11
4.1.2低排放 . .................................................................................................................. 11
4.2混合动力汽车的缺点 . .................................................................................... 11
4.2.1仍需汽油 . .............................................................................................................. 11
4.2.2成本高 . .................................................................................................................. 11
4.2.3在高速公路上表现不佳 . ...................................................................................... 12
5 混合动力汽车发展过程中需解决的问题和相应措施 ...................... 13
5.1关键技术问题 . ............................................................................................... 13
5.1.1 能量储存装置 . ..................................................................................................... 13
5.1.2系统结构技术 . ...................................................................................................... 13
5.1.3 研究方法方面 . ..................................................................................................... 13
5.1.4两种动力的最优分配控制 . .................................................................................. 14
5.2 发展措施 . ...................................................................................................... 14
5.2.1降低成本 . .............................................................................................................. 14
5.2.2提供优惠售后服务政策 . ...................................................................................... 14
5.2.3政府政策支持 . ...................................................................................................... 14
5.2.4国内汽车企业自主创新 . ...................................................................................... 15
6 展望混合动力汽车的发展前景 .......................................................... 16
结束语 . ...................................................................................................... 17
致 谢 . ........................................................................................................ 18
参考文献 . .................................................................................................. 19
摘 要
目前，全球汽车产业正在面临石油能源贫乏和环境污染的巨大挑战。混合动 力汽车融合了燃油汽车和电动汽车的优点，是最具有市场价值的低排放和低油耗汽车，其发展有着必然性。本文简要阐述了混合动力汽车的概念、分类以及节能原理，介绍了目前国内外发展现状，分析了混合动力汽车的优缺点，提出相应的改进措施，展望了混合动力汽车的发展前景。
关键词：混合动力汽车, 必然性, 发展现状, 改进措施, 发展前景
ABSTRACT
At present,the global automotive industry is facing enormous challenges of the oil energy poverty and environmental pollution The Hybrid Electric Vehicle enjoys the integrated advantages of oil-powered automobile and electric automobile. It enjoys the top position of maket value, which is low emmision and fuel-efficient. It is inevitable that Hybrid Electric Vehicle will have a prosperous future.This paper describes a hybrid vehicle concepts,classifications and energy conservation principles ,The current development status of the advantages and disadvantages of hybrid cars,proposed improvements and looking forward to the prospects for the development of hybrid vehicles.
Key Words ：hybrid vehicle,inevitable, current development status, proposed improvements, development prospects
1 绪论
1.1历史背景与意义
国际油价大幅上涨，对世界经济造成较大影响。世界银行行长指出，国际市场原油价格每桶上涨10美元并持续一年，世界经济增长率就会减少0.5个百分点，其中发展中国家减少0.75个百分点，特别是国务院会议指出我国能源消耗增长速度高于同期的经济增长速度。对油的需求量大，但是油井油田等生产能力不足，使原油储量大大减少，以至于油价大幅攀升。汽油和柴油价格也受其影响，一路飚升，导致消费驾驶车辆费用上涨。除此之外，资源因素同时凸显出来，给广大消费者的出行带来许多不便之处。
汽油通常燃烧，在化学作用下，生成水蒸气、二氧化碳和剩余的氧等物质。可是因为燃料中含有其他成分以及添加剂，而这些物质往往不会被充分燃烧，会生成许多有害物质，比如一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合，以上物质通过汽车尾气进入空气中，人类的健康随之受到伤害。现阶段，汽车尾气排放已变成城市大气污染的重要来源之一[1]。中国城市大气污染现象尤其严重，全世界十大污染城市中中国占了8个。
综上所述，考虑到石油等不可再生资源的大量消耗、传统汽车尾气排放对环境的污染，环保节能的呼声日益高涨，研究绿色环保汽车刻不容缓。在太阳能，
电能等替代能源真正进入实用阶段之前，作为融合了内燃机汽车和纯电动汽车两者特点的混合动力汽车，即可充分利用传统汽车的技术成果和工业基础，又可有效、降低油耗、减少排放，是最具产业化和市场化的车型。因此本文对混合动力汽车的研究很具意义。
1.2研究的基本内容
本文通过查询相关资料及文献，全面了解国内外混合动力汽车的发展现状以及优缺点分析。主要各个方面的比较，结合实际，认定了混合动力汽车发展的可行性，阐述了混合动力汽车发展过程中出现的问题，并提出了相应的改进措施，展望了混合动力汽车美好的发展前景。
1.3 研究方法
(l)文献法：通过对相关文献的搜集、鉴别、整理和分析形成对事实科学认识的方法。(2)图表法：通过运用图示或表格进行说明的方法对各种类型混合动力汽车原理以及国内外混合动力发展现状进行比较分析。(3)统计法：运用这一方法对混合动力燃油经济性和排放性进行分析，并揭示其中的原理、规律和重要性以了解混合动力汽车优缺点，找出需改进方面。(4)对比分析法：通过对国内外混合动力汽车发展状况的分析，找出混合动力汽车发展的不足以及改进措施。
2 混合动力汽车的概念、分类及节能原理
2.1混合动力汽车的概念
混合动力汽车目前广泛认可的定义是：驱动能源由不止一种的储能装器，能源或转换器构成，但是必须至少有一种能源提供能量的汽车就称之为混合动力汽车。当前人们日常涉及的混合动力汽车HEV(Hybrid-Electric Vehicle) 是把辅助动力单元与电动机组合在汽车上，从而使之成为驱动力。辅助动力单元事实上相当于一台小功率发动机或者动力发电机组。这种混合动力装置不仅使得发动机能更长时间工作，保障了其出色的动力性能，而且电动机可以低噪声、无污染的运转, 在两者的共同作用下，可提高10%左右的热效率，于此同时可降低约30%的废气排放。
2.2混合动力汽车的分类
根据混合动力电动汽车驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式、混联式三种。
串联式驱动系统图如图2-1所示。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。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。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。
图2-1 串联式混合动力系统示意图
机械连接 电气连接
并联式驱动系统图如图2-2所示。并联式结构发动机与电动机并联，可以同时给车轮提供驱动力。电动机还可以用作发电机，在最佳工况点周围通过平衡发动机所受的载荷运转。发动机机械能一般中间没有能量转换地输送到汽车驱动桥，因此系统有着很高的效率以及比较少的燃油消耗量。可是在发动机与车辆驱动轮之间有着许多直接的机械接触，导致发动机不能以最佳工况运行，汽车具体行驶工况一定程度上发挥很大的作用。在城市间公路和高速公路上等稳定行驶的工况上，并联式驱动系统比较适合。在崎岖不平的山路等较之复杂的工况下运用并联式混合动力系统，拥有更广的使用范围，但需要更加优化的内燃机工作状态和更佳的能量系统管理[2]。
机械连接 电气连接
图2-2 并联式混合动力系统示意图 混联式驱动系统图如图2-3所示。串联式与并联式综合起来就相当于混联式
混合动力驱动系统。混联式的驱动系统通过发动机生成的机械能与电动机生成的机械能共同作用的方法驱动汽车，但驱动电动机的发电机与发动机串联。当前的混联式结构的基本构架通常是行星齿轮作为动力复合器。发动机做功不仅驱动发电机，而且以机械传送的方式输送给驱动桥。发电机产生的电能输供给电动机或储能装置，电动机获得的驱动力矩经过动力复合装器传致驱动桥。混联式驱动系统其有着灵活的控制策略：以低速行驶的车其驱动系统基本上用串联方式运作；以高速行驶的车其驱动系统基本上用并联方式运作。混联式混合动力驱动系统完全拥有了串联式和并联式的优点，使其达到高热效率和低污染排放[3]。同并联式比较，混联式有更复杂的动力复合形式, 随之对动力复合装置的有更高的要求。
图2-3 混连式混合动力系统示意图 2.3 混合动力汽车的节能原理
1973年全世界出现石油危机，石油严重短缺。当时欧美生产的功率大，油耗的豪华轿车占绝大多数 ，同时为了满足安全，排放法规等要求，有些安全、净化措施也加大了汽车的油耗，石油危机的到来对汽车是一次严峻的考验。因此混合动力节能优点很有必要进行推广和研究。
纷纷采用1015工况对车辆进行试验，试验结果表明：该混联弱混合动力车制动能回收可节约10%的油耗，通过怠速关发动机可节约约19%的油耗，总节约约30%的油耗。
以下是对1015工况的解释：日本使用10工况法测量轿车的燃油经济性，同时采用百公里油耗来评价汽车燃油经济性。从1992年开始，日本对本国轿车执行了10-15工况法。从1993年开始，对进口轿车也执行10-15工况法。10-15工况法是在原有10工况法改进而来。
具体而言，是在原有的10工况上，再添加了新的15工况，日本之所以采用10-15工况法，主要原因是10工况法不能反映高速行驶状态，和10工况法相比，在10-15工况上，增加怠速工况的运转时间，又追加了高速行驶工况。
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图2-4 1015工况油耗仿真结果
除了采用体积小, 效率高的发动机外，混合动力汽车还采用了很多其他方法
来帮助提高燃油效率。这些方法主要有:
(1)向电池储存能量。无论什么时候踩刹车, 都会从汽车的减速当中获得能量。车速越快，汽车拥有的动能越大。混合动力汽车能够获取其中的一部分能量并将其存储到电池当中以备将来使用。这种能量的获取主要通过“再生性刹车”来实现。这一过程当中，电动机扮演的是发电机的角色，为电池充电[4]。
(2)适时关闭发动机。因为拥有电动机和电池组，所以混合动力汽车并不时时刻刻都依赖发动机工作。这样一来汽车就在不需要发动机工作的时候将发动机停下来，比如说遇到红灯时，汽车可以暂时将发动机关闭，从而实现省油的目的。
3 国内外混合动力汽车的发展状况
3.1 国外发展状况
20世纪90年代以来，世界许多著名汽车生产商已将研究的重点转向了可实施性较强的混合动力汽车，目前世界上生产、研发HEV 的国家主要有日本、美国和欧洲汽车强国。表3-1为国外混合动力汽车发展状况。
日本作为世界上的三大汽车强国之一，其混合动力汽车实力最为强劲。日本丰田公司早在1997年8月就研发出其首款混合动力汽车Toyota Coaster Hybrid EVminibus, 紧接着同年12月, 研发出混动动力汽车史上第一款大量生产的混合动力汽车：Toyota Prius 。从第一代Prius 开始销售以来, 截止到2012年初，累计销售总量已超过300万辆。当前混合动力汽车市场上销售量最高的两款车分别为丰田Prius 和本田Insight [5]。在2012年3月份举办的北京国际车展上，许多日系混合动力汽车吸引了众多目光, 其中丰田FT-EV3电动概念车田性能最优越, 本田Insight 具有极高的燃油经济性, 本田CR-Z 运动时尚的风格也广受追捧。为应对金融危机冲击，扶持汽车产业，推动环保型汽车发展，拉动内需，09年日本推出购买环保车免除汽车购置税和重量税，同时减免汽车税等优惠政策。
美国三大汽车公司起初只是小批量生产、销售过电动汽车, 而混合动力和燃
料电池电动汽车还未能实现产业化。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, 并于1998年在北美国际汽车展上出了样车。自从本世纪以来, 美国加大了对混合汽车的投入，特别是大型越野车和货车，改善了这些车辆的燃料经济性, 将对降低总体燃料消耗和二氧化碳的排放更有意义[6]。已知的一些车型有:戴·克公司PowerBox;hybrid SUVCombatt C2 Hy-brid; 福特Escapehybrid SUV, 通用Paradi GM。2012年美国混合动力汽车销量达到53.50万辆虽然占美国汽车市场份额只有3%,但从2005年起呈逐年上升趋势预计, 美国的混合动力汽车2013年将达到87.2万辆，市场占有率将达到5%。2010年2月奥巴马在国情咨文中坚持09年提出的目标：“到2015年美国有100万辆电动汽车在道路行驶，成为全球第一个电动车数量超过百万的国家。”
3.2 国内发展状况
我国混合动力电动汽车的研究与开发的工作开始于上个世纪90年代。经过国家“863计划”的支持与发展，我国的混合动力汽车正在迅速迈向产业化。目前上汽、东风、长安和比亚迪汽车公司走在了HEV 开发和研制的最前列。表3-2为国内主要厂商生产的混合动力汽车。
我国今年已有一批电动汽车投入市场示范性运行，从“十城千辆”扩到25城市。2012年投入示范运营的有55099辆新能源汽车。其中混合动力汽车39116辆，占71%，纯电动15579辆，占28%，燃料电池404辆，占1%。按“能源车10年发展规划”，2015年投入使用中、重度混合动力汽车保有量将达100万辆。而在2009初发布的汽车3年振兴规划中，50万辆电动车的发展目标在今年底望
完成。
当前, 我国混合动力汽车的研发技术取得了很大的突破。东风混合动力大型
公交车及轿车已试车成功, 并通过各方面的努力搭建了工业化量产的平台，完善
了销售和售后服务网络体系。东风公司获得了国家权威认证, 通过保护知识产权，
产业化程度大大加大。除了和一汽合作研发量产普锐斯外，和第一汽车集团在其
它方面也促成了混合动力汽车的合作。2008年4月第十届上海国际车展上一汽
展出了他们精心研制的红旗SUV 概念车、奔腾混合动力轿车, 从一汽展出的整车、
零部件、汽车电子的新品中，我们可见一汽混合动力汽车自主研发水平和实力已
进入一个新的层面[6]。
在奇瑞现有技术上，中国成立国家节能环保汽车工程技术研究中心，主要从
事混合动力方面的研究。此外, 奇瑞与许多国外著名大学展开混合动力科研方面
合作，奇瑞研制的瑞麒G3四驱强混混合动力汽车在前不久的2012年北京车展
上亮相，广受好评。同时，上海汽车公司、比亚迪集团、吉利汽车集团等国内汽
车产业巨头也加大了对混合动力汽车研制的投入。
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4 混合动力汽车的优缺点分析
4.1混合动力汽车的优点.
4.1.1极佳的燃油经济性能
确立混合动力汽车控制策略的基本原则之一为确保在各种运行情况下，燃料
转换装置、储能装置和电动机尽量能够高效地工作，从而使混合动力汽车的燃油
经济性能上佳。把德国大众GOLF 混合驱动系统和传统内燃机驱动系统的燃油经
济性相互对比，记录数据，得出结果：后者的燃油消耗比前者高出约57%。理论
分析以及现阶段混合动力汽车实验验证，混合动力汽车比传统内燃机汽车燃油消
耗量少约35%。
4.1.2低排放
确定混合动力汽车控制策略的主要原则之二为确保在各种运行情况下, 燃料
转换装置尽量在低排放区域运行，使得混合动力汽车污染排放少。比如NOx 排
放, 美国通用Precept 、日本本田Insight 和丰田Prius 混合动力汽车都已经达到了
美国环保署(EPA)Tier2、加利佛尼亚州ULEV 、加利福尼亚州SULEV 制定的NOx
排放标准。而上述公司生产的传统内燃机汽车，即便排放行极佳也只能达到欧美
一般标准，远不及混合动力汽车。理论数据和及丰田Prius 、本田Insight 等混合
动力轿车的实验验证, 传统内燃机汽车比混合动力汽车能尾气排量55%左右。除
了降低尾气排放之外，混合动力汽车发动机负荷运行较低时，其噪声也大大降低。
4.1.3动力性能
混合动力汽车可以任意组合发动机、发电机和蓄电池之间的连接，以达到满
足其各种工况下的的动力需求。混合动力以一定高速行驶时，发动机、电动机联
合运作，1. 5排量的混合动力车的动力也比2. 0排量的普通轿车强劲，此外其在
转弯、爬坡、刹车时拥有更佳的动力性能。
4.2混合动力汽车的缺点
4.2.1仍需汽油
由于混合动力汽车仍需要燃烧汽油，因此无法从根本上摆脱对石油的依赖和
彻底解决环保问题，也因此混合动力汽车没有太大的市场号召力。
4.2.2成本高
新技术研发成本往往都很高，混合动力汽车由于结构复杂，研发成本昂贵，
其生产成本也高于普通汽车。混合动力车需配有复杂的蓄电池组、电力发动机和
高精度的电子控制模板等高价配件，而这些普通汽车却不需要。所以混合动力系
统的价格汽车约高于同级别汽车约25% (凯美瑞混合动力的3款车型价格区间为
31.98万～36.48万元，分别比配置相近的普通版车型贵6万～8万元) 。因此在价格方面对广大消费者来说有很大的顾忌。通用汽车董事长瓦格纳曾在媒体上表示，除非油价提高3倍，达到每加仑8美元，否则很难说服顾客掏钱来弥补混合动力车的额外成本。他十分肯定的说，没有一家汽车制造商在混合动力车赚到钱，通用推动混合动车车型的研发，无非是为了改善公司的环保形象。
4.2.3在高速公路上表现不佳
据美国2011年进行的一项研究表明，普通汽车和混合动力在同一复杂路况高速中行驶五千米，燃油经济性并没有逊色。混合动力汽车在城市中行驶用有良好的燃油经济性，然而行驶于高速公路，不仅仍靠汽油发动机驱使，而且因为其蓄电池组重量很大，更易消耗燃油。
5 混合动力汽车发展过程中需解决的问题和相应措施
5.1关键技术问题
5.1.1 能量储存装置
动力蓄电池安装在混合动力汽车上，在起动，加速时驱动汽车，在减速、下坡时回将汽车动能收回。能量回收对提高混合动力汽车的总效率是非常有意义，可以大大减少车辆驱动能量的需求量[7]。 另外，蓄电池等储能器的输出功率范围要求比较大，以支持混合动力汽车加速，爬坡时驱动需求。同时混合动力汽车的储能元件需频繁地放电，因此还要求他的放电特性较好，放点率较低，输出效率较高，其使用寿命循环放电的次数应较长。
5.1.2系统结构技术
混合动力系统结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高，维修比较困难，所以必须在减轻质量，减少尺寸，开发高性能方面努力提高与改进。以下是2种典型技术改进方向。
一是高科技的电机系统技术。电机技术对电动汽车的发展有着决定性作用，电动机一般需要高效，高负荷地工作；质量较大和高功率输出；完善的控制技术以及符合噪声低，排放少，成本低的要求。拥有成熟的控制系统，对汽车各组成部分通过控制器实现网络化、集成化和一体化，尽可能地简化结构、避免重复、降低体积和重量是一项关键性的高新技术。
二是内燃机技术。由于混合动力车用发动机工作时会频繁启动，为满足严格的排放标准，热力发动机的设计目标从传统发动机的高功率变为追求高功率，并将功率的调峰任务交由电动机承担。要实现目标，可将当前内燃机种普遍采用的Otto 循环，用大膨胀的高效率Atkinson 循环取代，或采用其他高效机，如Strling 发动机、燃气轮机等，再利用它们各有的优势来设计混合动力系统[8]。
5.1.3 研究方法方面
混合动力汽车研究内容繁多，工序复杂，当前的研究方法应当从实体研究到虚拟模拟过度和发展 ，以解决研究效率低下，成本昂贵的问题。以下介绍几种先进的研究技术。
计算机仿真法是一种比较先进的技术，因为运用计算机模仿复杂车况使得研究费用低，时间短，然而其数学模型特别是动力数据模型极为复杂，从来导致准确性，真实性不是很有权威性。
试验法是一种比较常见的方法，在试验台上进行试验研究，并记录相关数据，通过数据分析，这种实际工况下的研究方法试验结果准确，真实，然而操作复杂，
研究费用高，周期长[9]。
硬件在环仿真法是一种混合动力汽车研究的关键技术。硬件在环仿真系统（HILS ）是用高速计算机上实际运作的仿真模型模仿一部分实际控制物，然后连接控制单元实物，形成一个系统，最后用仿真试验预测控制系统的效果。硬件在环仿真法解决了上述两种研究方法的不足和现实问题，缩短了研究周期，减少了试验成本，具有很强的可行性[10]。同时，在复杂路面实体试验要求很高的操作性，安全性不能很好的保障。因此，目前该技术已被国内外广泛应用于混合动力汽车的开发和研制。
5.1.4两种动力的最优分配控制
HEV 两种动力如何分配，使发动机始终在最佳工作范围内，使油耗和排污最低，使电动机发挥其最大优点，最大限度地吸收制动能量和减少电池的能量分配。
5.2 发展措施
5.2.1降低成本
我国汽车产业飞速发展，价格还是广大汽车消费者考虑的首要要素。混合动力车过高的价格会使消费者有很大的顾忌。我国追求时尚，追求与众不同的消费心理普遍存在，混合动力能满足追求个性，提倡环保的人生的追求。然而实现要像欧美以及日本那样实现产业化的深远目标，必须在开发，制造，销售等环节节约成本，使混合动力汽车真正满足大众普遍消费的车型。
5.2.2提供优惠售后服务政策
混合动力车作为刚进入消费者视线的车型，没有完善的售后服务体系，其大部件功能性零件需要从日本，欧美等地进口，导致其保养和维修费用昂贵。比方说混合动力车需要高技术的储能元件，而其进口价格很高。因此迅速形成混合动力汽车产业化，形成相应产业链，降低混合动力车售后服务费用。当前，许多公司为扩大混合动力市场份额，提供了更加完善和优惠的售后服务策略，比如：购买雷克萨斯混合动力车型，6年15万公里里程内享有保修和免费保养的优惠服务，刺激了消费者的购车欲望。
5.2.3政府政策支持
日本，欧美等地区对混合动力汽车加大了很大的投入和政策支持，从而保护环境，推动能源安全策略，尤其在加大混合动力汽车生产及供应能力和扩大混合动力汽车市场份额方面投入。我国为推动汽车产业低碳环保的方向，计划到2014年底完成生产50万辆电动汽车的目标，扩大其市场份额。此外购买混合动力汽车享有部分政府补贴和优惠的税收策略。我国制定了相关的退税政策，如表5-1。