【文章內(nèi)容簡介】 月開發(fā)出的世界第一臺排氣量 2021CC 級、混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 14 搭載皮帶式無級變速機(jī)的混合動力型汽車可使燃料效率進(jìn)一步提高 20 %。由于變速裝置完全是電子式控制 ,因此可根據(jù)不同的行駛狀態(tài) ,理想平穩(wěn)地控制發(fā)動機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩 , 提高傳動效率。另外 , 電池是使用了日產(chǎn)電子研究所和索尼公司共同研制的鋰離子電池。關(guān)于鋰離子電池的實用化問題 , 盡管在技術(shù)方面還有提出疑問的可能性 , 但通過電動汽車搭載考核已經(jīng)證明并不存在實際應(yīng)用問題 , 目前已經(jīng)進(jìn)入了可使用自如的實用階段。雖然鋰離子電池的成本要比鎳氫電池高 , 但由于把鈷電極置換成錳電極的研究正在取得進(jìn)展 , 如果能夠?qū)嵱没瘎t可使成本降低。開發(fā)的串聯(lián)式混合動力型汽車的電池重量僅是電動汽車電池重量的 1/ 3 , 并聯(lián)式還可比串聯(lián)式輕 1/ 3 , 這樣為混合動力型汽車的小型化和輕型化奠定了基礎(chǔ)。日產(chǎn)公司計劃在今年下半年或年底之前將混合動力型汽車投放市場 , 并且把開發(fā)所有車種的混合動力型汽車作為今后的研究方向。 2. 富士重工 目前日本大多數(shù)汽車制造公司開發(fā)的混合動力型汽車的排氣量均在 1500CC 以上 ,而富士重工則將研制微型 (660CC) 混合動力型汽車作為自己的主攻目標(biāo)。其原因主要是 : 微型汽車在日本國內(nèi)占有一定的市場 , 微型混合動力型汽車無論在重量還是開發(fā)成本等方面都具有一定優(yōu)勢 , 制造技術(shù)也相對簡單 。目前該公司已經(jīng)制造出了試驗用車體 , 實際走行實驗?zāi)Ｐ偷臏y試工作也正在進(jìn)行 , 但批量生產(chǎn)尚沒有具體的時間表。在能量存儲方面 , 富士重工采用了兩種不同形式的電池 ,一種是雙層電容器 ,另一種是錳鋰離子電池。前者在起動和加速時可瞬間提供較大的功率 , 但存儲能量不多。而后者則與電動汽車的電池相似 ,存儲容量大 ,行駛距離長。根據(jù)不同的行駛狀態(tài)切換使用兩種不同種類的電池是該公司開發(fā)微型混合動力型汽車的重要設(shè)計思想和特色。另外 , 在微型車的頂棚裝有太陽能吸收板 , 利用停車時間可對其進(jìn)行充電。如果每天平均充電 4 — 5 小時 ,大約可得到行駛 7 — 8 公里的距離能量。 豐田汽車日前就與其擁有資本合作關(guān)系的富士重工業(yè)之間的業(yè)務(wù)合作，發(fā)表了生產(chǎn)及開發(fā)方面的具體內(nèi)容。生產(chǎn)方面，將在富士重工業(yè)位于美國的工廠開始生產(chǎn)豐田車。開發(fā)方面，目前已就委托富士重工業(yè)開發(fā)豐田車，以及在富士重工業(yè)的混合動力車上使用豐田汽車的系統(tǒng)達(dá)成了意向。生產(chǎn)委托方面，將從 2021 年春季開始沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 在富士重工業(yè)位于美國印第安納州的工廠 “S U B A R U o f I N D I A N AAUTOMOTIVE, INC.（ SIA 公司） ” 受托生產(chǎn)豐田汽車 “ 佳美（ CAMRY） ” 。計劃每年生產(chǎn) 10 萬輛。目前 SIA 公司利用兩條生產(chǎn)線生產(chǎn) “ 力獅（ L E G A C Y ） ” 、“O U T B A C K ” 、 “B A J A ” 及 “B 9 T R I B E C A ” 。其中，將把用于生產(chǎn) B9 TRIBECA 的生產(chǎn)線與另一條生產(chǎn)線整合，空下來的生產(chǎn)線將作為佳美專用生產(chǎn)線進(jìn)行改造。具體來說，將新導(dǎo)入焊接設(shè)備，而涂裝設(shè)備由兩條生線共用。通過生產(chǎn)豐田車， SIA 公司的年產(chǎn)量將達(dá)到 24 萬輛，因此將新雇用 1000 名員工。據(jù)說富士重工業(yè)從 2021 年 2月 1日開始已向豐田汽車派遣了 10 名生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)技術(shù)員。開發(fā)方面，由于豐田將委托富士工業(yè)進(jìn)行車輛開發(fā)，因此富士重工業(yè)從 2021 年2月 1日開始已向豐田汽車派遣了 20 名技術(shù)員。車型等細(xì)節(jié)將在今后討論，據(jù)說首先將有大約 100 名技術(shù)員參與開發(fā)。富士重工目前已與豐田汽車達(dá)成了使用豐田混合動力系統(tǒng)的意向。這樣，富士重工業(yè)將改變原來自主開發(fā)混合動力系統(tǒng)的方式，與豐田汽車展開聯(lián)合開發(fā)。富士重工業(yè)表示今后將繼續(xù)與東京電力開發(fā)電動汽車，此外該公司還認(rèn)為與其出資的鋰離子充電電池廠商 —— NECLamilion Energy 之間的關(guān)系也 “ 不會受到影響 ” 。通過此次的業(yè)務(wù)合作，豐田將獲得北美生產(chǎn)能力到2021 年可增至 200 萬輛的好處。不過豐田表示目前尚未打算提高目前占 5％的資本合作出資比例。豐田汽車與富士重工今后還將在業(yè)務(wù)合作方面繼續(xù)進(jìn)行磋商。其關(guān)聯(lián)公司中包括大發(fā)工業(yè)的豐田汽車表示， “ 目前尚未打算在輕型汽車方面進(jìn)行業(yè)務(wù)合作，不過將來也許有可能考慮 ” 。 3. 日野汽車制造公司 日野汽車制造公司于 1997 年 12 月 18 日開發(fā)出的柴油機(jī) / 電氣混合型系統(tǒng)(HIMR) 的大功率低污染城市型客車在日本受到好評。所謂 HIMR 是通過安裝在發(fā)動機(jī)內(nèi)的一個三相交流感應(yīng)式 電機(jī) ,將制動能量變換為電能 ,對裝載在輪距間的鉛電池(12V25 個 , 總重量 600 — 650 公斤 ) 進(jìn)行充電的并聯(lián)混合動力型系統(tǒng)。由于柴油發(fā)動機(jī)在加速時應(yīng)答遲緩 , 因此在起動和加速時將三相交流電機(jī)作為馬達(dá)所發(fā)揮的輔助驅(qū)動能力約占總輸出功率的 20 %— 30 % ,高速行駛時約占 15 %。到目前為止 ,日本全國總計有 160 臺混合動力型大型客車投入運行 , 這個數(shù)字作為一個公司或作混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 16 為一個新開發(fā)的動力驅(qū)動系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)都是最多的。大功率混合動力型客車今后的主要課題是進(jìn)一步減輕重量和改進(jìn)蓄電池。即如何將鉛電池更換成 鎳氫電池 , 進(jìn)而采用鋰離子電池。另外為了回收更多的能量 , 日野公司考慮將采用電容器或飛輪蓄電池等方面的技術(shù) , 進(jìn)一步提高節(jié)能效率。 4. 本田汽車公司 本田公司的混合動力汽車采用內(nèi)燃機(jī)帶電動機(jī)助力（ I M A ）系統(tǒng)。由 1 . 0 L V E T C 汽油機(jī)、 6 0 m m 厚的環(huán)狀 D C 無刷汝鐵硼永磁電機(jī)、鎳氫電池、動力控制單元集成，裝于本田 Insight 兩座轎車上，采用手動或自動變速器，每升汽油行駛里程分別為 35km 或 32km。已經(jīng)在美國、日本銷售， 2021 年銷量 4726 輛。在美國售價 2 － 萬美元 ,由于成本很高 ,不能盈利，實際銷量小于預(yù)計。最近本田宣布將在美國銷售中等尺寸的 Accord 混合動力轎車 ,采用的是 V 6 汽油機(jī)電動混合動力技術(shù)。變氣缸管理 (VCM, variable cylinder management)技術(shù)是在某些條件下，例如公路行駛以提高燃料經(jīng)濟(jì)性，將使 6個氣缸中的 3 個氣缸休眠，混合動力Accord 將比只用汽油機(jī)提高性能。本田 Insight 混合動力汽車采用了轉(zhuǎn)矩復(fù)合的方式，其手動變速車創(chuàng)造了 3L 汽油行駛 105km 的好成績（日本法規(guī) 10－ 15 工況），而裝 備了 CVT 的車型也創(chuàng)下了 3L 汽油行駛了 96km 的好成績。在這種混合動力系統(tǒng)中，以汽油發(fā)動機(jī)為主要動力，電動機(jī)為輔助動力，動力分配比為 9： 1。根據(jù)阿貢國家實驗室的試驗結(jié)果，本田 Insight 的燃油消耗比相當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)轎車減少55％， CO 的排放量是傳統(tǒng)汽油機(jī)轎車的 0 － 20％， HC 的排放量是傳統(tǒng)汽油機(jī)轎車的 50％。 5. 豐田汽車公司 豐田公司的 Pruise1997 年開始投產(chǎn)， 1998 年成為世界第一個小規(guī)模成批生產(chǎn)的汽油電動混合動力車。例如豐田 汽油機(jī)采用 Atkinson 高效率、高膨脹比工作循環(huán)，行星齒輪功率分配器、電子控制變速器、鎳氫電池、逆變器、電動 /發(fā)電機(jī)集成為一體。 Pruise 混合動力電動轎車是單軸驅(qū)動并聯(lián)式混合電動車輛 ,以行星齒輪作為動力連接裝置。發(fā)動機(jī)通過單向離合器將動力輸出到行星架 ,行星架按固定比例將扭矩分配到中心輪連接的發(fā)電機(jī) ,電動機(jī)通過齒輪減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力輸出。沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 電動機(jī)采用小型永磁同步交流電動機(jī)，發(fā)電機(jī)采用永磁同步交流發(fā)電機(jī)，可以工作于電動機(jī)狀態(tài)。另外車輛功率分配裝置，借助于控制發(fā)電機(jī)的發(fā)電量來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,用來調(diào)節(jié)動力分配比例。傳動系統(tǒng)起到類似無級變速器 的作用。采用電動機(jī)助力驅(qū)動的運行狀態(tài)，利用永磁同步電動機(jī)低速恒轉(zhuǎn)矩的特性。在車輛啟動或加速運行時，使得電動機(jī)的優(yōu)異轉(zhuǎn)矩特性發(fā)揮得淋漓盡致。 Pruise 自 1997 年上市至 2021 年 9 月底已經(jīng)累計生產(chǎn)了 7 萬輛。 2021 年 8月根據(jù)美國市場需求，對 Pruise 做了重新設(shè)計。其改進(jìn)后的 2021 年型車，被美國《汽車工程》雜志評選為世界最佳設(shè)計車。 2 0 0 3 年重新設(shè)計了第二代 Pruise 并在 SAE2021 年年會上被選為 2021 年的最佳設(shè)計車。 2021 年 Pruise 已經(jīng)由緊湊型發(fā)展成為中等尺寸型。它比以前的車型具有更強(qiáng)的動力性、更好的燃料經(jīng)濟(jì)性以及更低的排放。新型車的加速性從 0 － 97km/h 達(dá)到 10s。它的燃料經(jīng)濟(jì)性，按美國環(huán)保署 EPA 公路 /城市里程為 (55mpg)，前一代為 (48mpg)。Pruise 被認(rèn)證為超低排放車（ S U L E V ），以及先進(jìn)技術(shù)部分零排放車（ A T P Z E V ）。該車的排放與傳統(tǒng)的汽油車輛相比 C O 2 下降 5 0 ％， H C 、 CO 和NOX 排放可以降低 90％左右，燃油節(jié)省一半。 美 國在混合動力車開發(fā)生產(chǎn)中的表現(xiàn) 早在 1997 年，美國 PNGV 就根據(jù)當(dāng)時的進(jìn)展情況，篩選出壓燃直噴 (CIDI)發(fā)動機(jī)，混合動力電驅(qū)動系統(tǒng) ,燃料電池 (含儲能電池 )和輕質(zhì)材料 4 項新技術(shù) ,組織和號召大家重點突破，混合動力技術(shù)是重點之一，鑒于直噴柴油機(jī)也是一項重點， 為了容易達(dá)到 PNGV80MPG()的目標(biāo)，美國三大汽車公司都發(fā)展了柴油機(jī)電動機(jī)混合動力，而且都按計劃于 1999 年制造出柴油機(jī)混合動力轎車。如戴 克公司Dodge ESX3,適度混合動力系統(tǒng)（ mild hybrid），福特公司 Prodigy，低儲能需求(LSR)混合電驅(qū)動系統(tǒng)，通用汽車公司 Precept，雙軸混合電驅(qū)動系統(tǒng)等。 雖然三家公司都完成了與政府的合作計劃 ,并獲得了 PNGV 的資金補(bǔ)助 .但是都沒有考慮商業(yè)化問題?，F(xiàn)在為了實現(xiàn)商業(yè)化不得不重新開發(fā)市場需要的產(chǎn)品，并安排制造計劃，這就比日本公司落后了大約 5 年。 混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 18 2021 年以來，三大汽車公司總結(jié)了低批量生產(chǎn)電動汽車的經(jīng)驗教訓(xùn)，決定實施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，將其混合動力系統(tǒng)裝于高耗能和高價格的 S U V 和輕型載貨車上 .輕型載貨車和 SUV 這類汽車在美國銷售數(shù)量極大，所以改善這些車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性 , 將對降低總體燃料消耗和 CO2 的產(chǎn)生更有意義。已知的一些車型有 : 戴 克公司PowerBox hybrid SUV(用一臺 V6 發(fā)動機(jī) ),Combatt C2 Hybrid( 6 缸增壓柴油機(jī) )。福特 (Escapehybrid SUV),通用 Paradi GM SUV(采用 V6 或 I4 發(fā)動機(jī) )。 從 90 年代開始 , 美國加強(qiáng)了政府和企業(yè)之間的技術(shù)合作與聯(lián)合 , 并以混合動力電動汽車為重點對象 ,由能源部牽頭 , 包括運輸部和國 防部 , 斥巨資組織各大汽車公司和有關(guān)部門積極開展混合動力電動汽車的研究工作。 1993 年 9 月美國總統(tǒng)克林頓與美國通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司總裁共同提出了美國 “ 新一代汽車合作伙伴計劃 ” ( 簡稱 PN GV 計劃 ) , 旨在開發(fā)新一代高效節(jié)能汽車?；旌蟿恿﹄妱悠囉媱澥?1997 年底美國重新確定的 PN GV 計劃 4 個重點領(lǐng)域之一。此外美國先進(jìn)項目局 (ARPA) 于 1993 年訂立電動汽車 ( EV) 和混合動力電動汽車 ( HEV)項目 , 出資 2 500 萬美元 , 與各州、地方和私人投資以不低于 1 ∶ 1 的資金比例研究 EV 和 HEV 技術(shù)。 1994 年 ARPA 項目投資已增加到 4 600 萬美元。 1993 年和 1996 年 , 美國能源部分別與通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司簽定了總額達(dá)3161 億美元的混合動力電動汽車系統(tǒng)開發(fā)子合同 , 并許下諾言 : “ 至 2021 年 , 一定要使混合動力汽車成為美國公路上司空見慣的車輛 ” 。隨著 PN GV 計劃的實施 ,美國三大汽車公司進(jìn)行了一系列的整車技術(shù)開發(fā)和研制工作。 通用汽車公司同時致力于串聯(lián)式混合動力電動汽車和并聯(lián)式混合動力的研制。在 1998 年 1 月的底特律北 美國際汽車展上 , 通用汽車公司推出了 EV1 型 4 座混合動力電動汽車。福特汽車公司已開發(fā)出福特 P2021 型 5 座并聯(lián)式混合動力電動汽車 , 預(yù)計 2021 年可投放市場 。 福特新開發(fā)出的 “ 優(yōu)異 2021” 概念車實驗平臺的性能已達(dá)到了 PN GV 計劃的部分目標(biāo) :每加侖汽油行駛 80 英里。 1998 年 1 月 , 克萊斯勒汽車公司宣布開發(fā)出道奇無畏 ESX2 串聯(lián)式混合動力電動汽車 , 預(yù)計 2021 年可投放市場。 1997 年由美國宇航局 (NASA) Lewis 中心、俄亥俄州政府和工業(yè)界、大學(xué)等沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 9 個單位合作 , 開發(fā)出串聯(lián)式電動 噴氣渦輪混合動力大客車 , 預(yù)計 2021 年投放市場。 歐洲對于混合動力汽車的觀點 歐洲的汽車公司認(rèn)為 ,雖然汽油機(jī)混合動力技術(shù)節(jié)省汽油，也能降低排放 ,但相比之下柴油機(jī)轎車更好，因為柴油機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為清潔，平順，安靜的動力。增壓器 ,高壓燃料噴射系統(tǒng)已經(jīng)將柴油機(jī)改進(jìn)得和汽油機(jī)一樣好 ,加上清潔低硫的柴油燃料，柴油機(jī)