混合动力汽车结构、原理与维修(第三版)
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1.1 国内外混合动力汽车

作为一项崭新的技术,20世纪90年代初以来,混合动力汽车的开发得到了美国、日本及欧洲许多发达国家的高度重视,并已取得了一些重大的成果和进展。下面介绍当前世界各国混合动力汽车的技术发展状况。

(1)国外混合动力汽车的技术发展状况

①美国 20世纪90年代,美国斥巨资组织各大汽车公司和有关部门积极开展混合动力汽车的研究工作。1993年提出了旨在开发新一代高效节能汽车的PNGV(the partnership for a new generation of vehicles,新一代汽车合作伙伴计划)计划。美国先进项目局(ARPA)于1993年订立电动汽车和混合动力汽车项目,出资2500万美元研究EV和HEV技术。1994年ARPA项目投资已增加到4600万美元。1993年和1996年,美国能源部分别与通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司签订了总额达3.61亿美元的混合动力汽车系统开发子合同。随着PNGV计划的实施,美国三大汽车公司进行了一系列的整车技术开发和研制工作。

1990年,美国通用汽车公司在洛杉矶展出“冲击”(Impact)牌电动轿车,即人们常说的EV1电动轿车。其时速达到128km/h(采用了电子限速,曾创下292.8km/h的电动汽车车速纪录),0~96km/h加速时间小于9s,高速公路行驶一次充电续驶里程达到144km,电池剩余容量即荷电状态(SOC)为15%,采用车载充电机充电时间为15h,而采用固定充电机充电时间仅为3h。EV1成为现代电动汽车的典范。通用汽车公司在推出电动汽车EV1的同时,也在致力于串联式混合动力汽车和并联式混合动力汽车的研制,他们以原来的产品EV1为基础,于1998年开发出了EV1型四座混合动力汽车,并于2000年11月开发出混合动力皮卡车,并在美国多个城市进行了商业试运行。到2008年年底,通用汽车公司在北美地区拥有8款混合动力汽车,其中,通用君越混合动力ECO-Hybrid已于2008年9月在我国开始销售。

福特汽车公司已开发出福特P2000型五座并联式混合动力汽车,福特汽车公司新开发出的“优异2010”概念车试验平台的性能已达到了PNGV计划的部分目标,同时福特汽车公司又于2003年推出了汽油机与电动机共同驱动的混合动力小型运动车Escape,截至2005年7月已经售出了40多万辆。

1998年1月,克莱斯勒汽车公司宣布开发出道奇“无畏”ESX2串联式混合动力汽车。1997年由美国国家航空航天局(NASA)Lewis中心、俄亥俄州政府和工业界、大学等9个单位合作,开发出串联式电动喷气涡轮混合动力大客车。

②日本 丰田汽车公司是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者,自1997年开始,普锐斯(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。到了2001年,丰田汽车公司又在日本推出了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。2005年11月30日,丰田汽车公司正式宣布,丰田混合动力汽车累计已经销售超过了50万辆。普锐斯自1997年在日本上市之后,进入美国、英国、中国等70多个国家,截至2010年9月全球销量突破200万辆。2006年丰田汽车公司在美国推出凯美瑞混合动力汽车,目前的累计销量已超过10万辆,成为丰田汽车销量第二高的混合动力产品。目前,丰田汽车公司在全世界50多个国家销售混合动力产品。其中,北美和日本是主要的消费市场。2004年9月15日,中国一汽集团与日本丰田汽车公司在北京举行了混合动力汽车合作项目签字仪式,共同生产丰田普锐斯混合动力轿车。

在实现低排放的前提下,为了提高车辆的动力性,在2003年,丰田汽车公司把新一代的混合动力系统(hybrid synergy drive)引入第二代的普锐斯。在2005年丰田汽车公司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Harrier Hybrid)和Highlander Hybrid(日本名为Kluger Hybrid)。丰田第三代普锐斯于2009年年初在底特律车展上亮相,并于5月18日开始在日本各地发售。第三代普锐斯搭载阿特金森循环1.8L 4缸发动机,取代旧款的1.5L发动机,最大功率为98马力 [注] ,比旧款提高22马力,转矩则达到142N·m,比旧款增加31N·m,加上电动机动力整车最大功率为134马力,低速转矩进一步提升,这也意味着低速时能够获得更好的燃油经济性。百公里加速时间比旧款提高1s,仅需9.8s。丰田第三代普锐斯提供四种驾驶模式:Normal为正常模式;EV-Drive模式允许驾驶者在低速状态下单纯依靠电力行驶约1.6km;Power(动力)模式提高油门灵敏度,使驾驶感向跑车趋近;Eco模式则可以帮助驾驶员获得最佳的燃油经济性。第三代普锐斯百公里油耗仅为4.7L。

继丰田普锐斯混合动力汽车成功推向市场之后,本田汽车公司也开发了自己的混合动力汽车产品,目前本田汽车公司主要销售两个品牌,一个是1999年推出的Insight,另一个是2001年推出的Civic。并实现了在北美和日本市场上的销售。截至2008年年底,本田汽车公司混合动力车型的累计销量达到约30万辆。2009年2月6日,全新款Insight登陆日本市场。短短10天订单就突破10000辆,远远超出当初制订的销售计划。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,使汽车达到每升汽油可行驶35km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。

1995年5月日产汽车公司开发出了可以使续驶里程增加1倍的串联式混合动力微型轿车。同年9月日产汽车公司又开发出使燃料费降低一半,并且可以批量生产的并联方式混合动力汽车系统。日野汽车公司也于1997年12月开发出了柴油机/电动并联式混合型系统的客车。日本富士重工则将研制微型混合动力汽车作为自己的主攻目标。三菱电机公司也开发出轻型串联式混合动力卡车。

③欧洲 欧洲也在积极进行混合动力汽车的开发、研制及推广工作。法国雷诺公司研制的VERT和HYMME两款混合动力汽车已在法国接受10000km的运行试验。并于1998年研制出电动汽油两用车。这种电动汽油两用车前部装有一台汽油发动机,两台7kW电动机装在两个后轮上。瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6卡车改装的混合动力汽车,最高时速可达90km。德国已有几十辆混合动力大客车在斯图加特和威塞尔市运行。德国开发的并联式混合动力车DUO已小批量生产。

因此,在各大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车的同时,以日本为主导的混合动力汽车产业格局将被打破,可以预见,混合动力汽车将逐步成为各大汽车公司在国际市场上竞争的主流产品。

(2)我国在混合动力汽车领域的开发动态

我国在“八五”和“九五”期间都有计划地开展了电动汽车的关键技术攻关和整车研制,在此基础上也进行了混合动力汽车的若干技术领域的开发。清华大学1995年就开始研究混合动力汽车关键技术和系统及理论。截至2005年,国内已有几个单位试制出了混合动力汽车的样车,如广州市电车公司开发了混合动力公共汽车;华南理工大学与广东云山汽车厂也合作开发了一种中巴混合动力汽车;2002年奇瑞汽车公司试装成功我国首辆CAN网络系统混合动力轿车,并进行了初步试运行;东风汽车公司新一代环保节能混合动力轿车和公交车于2005年在武汉投入批量生产;长安汽车公司的混合动力汽车“羚羊”也于2005年投入批量生产。2007年11月底,10辆奇瑞BSG(belt driven starter generator皮带驱动启动发电机)混合动力轿车率先销售到奇瑞出租车公司,小批量投放出租车市场;2007年12月13日,长安汽车集团自主研发了首款量产杰勋牌混合动力汽车。