混合动力汽车技术

纵观混合动力汽车技术发展史，油电混合动力脱颖而出，成为欧、美、日各大汽车制造商的重点研发项目之一。混合动力汽车技术的发展离不开立法支持，本书介绍了美国、欧洲的现行排放标准以及法规的进化过程，进而探讨如何降低能耗、控制尾气排放和噪声污染，以及扩展车辆的功能性和电力供应的可能性。本书的核心部分由点到面全面呈现了混合动力汽车技术。第4章集合了混合动力车辆机械驱动、电力驱动的各个组成部分和工作原理，以及辅助设备的应用。第5章介绍了混合动力车辆的动力管理、运行策略及模拟行驶。第6章和第7章着重介绍欧、美、日多款混合动力轿车、摩托车、公交车、货车和工程车的混合驱动实例，并配以丰富的图片和主要技术参数。本书针对的读者群为研究和开发混合动力汽车技术的工程师和学生，也可供汽车制造业及管理机构、学术界等相关人员参考使用。

第1章概述1
1.1汽车发展及其对环境的影响1
1.2混合动力汽车发展史4
1.3混合动力汽车的发展前景9

第2章混合动力方案的定义和分类13
2.1串联式混合动力14
2.2并联式混合动力16
2.3功率分流式混合动力18
2.4微混合动力31
2.5中度混合动力33
2.6全混合动力34
2.7插电式混合动力35
2.8小结：混合动力系统39

第3章发展混合动力系统的出发点42
3.1政策法规42
3.1.1美国排放法规44
3.1.2欧洲排放法规49
3.1.3小结53
3.2油耗54
3.2.1负荷点提升54
3.2.2起/停系统56
3.2.3电力驱动58
3.2.4能量回收62
3.2.5小结：节能潜力65
3.3排放和噪声控制67
3.3.1零排放电动行驶67
3.3.2负荷点提升67
3.3.3起/停技术71
3.4功能性71
3.4.1E4WD——电动四驱71
3.4.2转矩矢量分配系统71
3.4.3供电—充电站75

第4章混合驱动系统77
4.1发动机77
4.1.1汽油机77
4.1.2柴油机77
4.1.3二冲程发动机78
4.1.4旋转活塞发动机79
4.1.5斯特林发动机80
4.1.6燃气轮机83
4.1.7燃料电池83
4.2电机85
4.2.1工作界限和特性曲线86
4.2.2直流电机89
4.2.3交流电机90
4.2.4异步电机91
4.2.5同步电机92
4.2.6永磁同步电机92
4.2.7开关磁阻电机94
4.2.8横向磁通永磁电机94
4.2.9电机比较96
4.2.10实施方案98
4.2.11集成式变速器99
4.3功率电子装置（整流器）105
4.3.1半导体器件106
4.3.2电路106
4.4蓄能器110
4.4.1概述110
4.4.2二次电池113
4.4.3铅酸电池118
4.4.4镍镉电池120
4.4.5镍氢电池121
4.4.6锂离子电池123
4.4.7Zebra电池126
4.4.8钠硫电池127
4.4.9超级电容127
4410飞轮蓄能器130
4411液压气动蓄能器132
4412各种蓄能系统的比较143
45辅助装置146
451液压脉冲储存器（HIS）147
452电动助力转向器149
453车载暖风和空调151

第5章动力管理系统154
51混合动力汽车的工况155
52运行策略156
521运行策略分类156
53混合动力汽车模拟行驶158
531混合动力汽车建模159
532运行策略举例165
533电器元件参数选择172
534热管理对运行策略的影响176
54前瞻性运行策略180

第6章轿车和摩托车混合动力方案详解185
61丰田普锐斯185
62雷克萨斯RX400h和RX450h195
63雷克萨斯GS450h199
64雷克萨斯LS600h202
65本田整体式电机辅助(IMA)混合动力系统206
66奔驰S400混合动力214
67奔驰ML450混合动力220
68宝马X6 ActiveHybrid223
69麦格纳HYSUV228
610大众途锐混合动力230
611AVL ECO Target混合动力237
612AVL Turbohybrid240
613欧宝Flextreme和Ampera246
614大众插电式高尔夫twinDrive248
615丰田Supra HV-R混合动力252
616比亚乔MP3混合动力254

第7章公交车和货车混合动力技术详解257
71混合动力公交车261
711Orion 7代HybriDrive公交车261
712三菱扶桑Aero公交车263
713奔驰Citaro G BlueTec混合动力公交车264
714曼混合动力公交车265
715Hess双铰接混合动力公交车269
716沃尔沃7700并联式混合动力公交车269
717依维柯Irisbus Hynovis混合动力公交车272
718Solaris Urbino 18混合动力公交车273
719斯堪尼亚混合动力概念公交车273
72混合动力货车276
721奔驰斯宾特(Sprinter)插电式混合动力多用途货车276
722曼轻型货车278
723三菱扶桑Canter Eco混合动力轻型货车282
724奔驰福莱纳M2284
725奔驰Atego BlueTec混合动力货车285
726沃尔沃FE垃圾回收车286
727搭载液压再生制动系统的垃圾回收车287

第8章发展前景289

混合动力汽车目前正处于蓬勃发展的时期，几乎所有的汽车生产商都在开发混合动力技术，然而混合动力并不是一项全新的技术，这一技术几乎与汽车工业同时诞生。该技术发展初期的研究方向是在常规驱动装置与电力驱动装置相结合的基础上，研究如何调节发动机与动力传输（手动变速器和离合器）。如今，对混合动力系统发展起推动作用的首先是省油和减排，其次是实现混合动力的各种辅助功能，例如部分路段纯电动行驶、各种转矩矢量控制和移动供电技术。
混合动力技术通常被视为燃料电池驱动的过渡技术，因此可以预计的是，燃料电池驱动的汽车将适配蓄电装置，因此也属于混合动力汽车。混合动力技术为电动汽车进入市场和普及做出了巨大的贡献。由于蓄电池容量不足难以达到电动汽车技术所需的续航里程，所以电动汽车需要配备发动机作为增程器。
目前混合动力技术应用广泛，小到混合动力摩托车和轿车，大到货车以及公交车都可以应用此项技术。特别是当必要条件或行驶特点可以精确定义时，如对公交车、货车来说，可以相应地调整混合动力技术并优化运行策略，从而发掘出的省油潜力。
混合动力技术的应用越来越普遍，同时也提高了车辆的生产成本。从长远目标来看，所增加的生产成本要么通过省油节能摊还，要么通过车辆在驾驶乐趣或辅助功能方面相应增值达到平衡。政府将会通过税收和收费系统，以及在某些区域内实施限行措施，加大新技术的推广力度。
为了使混合动力汽车顺利地开发和生产，所有部件都必须达到相互的完全的协调，因此需要跨专业合作，取长补短，实现互补和协调。其中的挑战在研发方面，因为从发动机到变速器、电动机和储能装置各方面都需要比以往任何时候更多的来自不同的领域工程师的精诚合作，所以有必要更多地理解其他学科的基本知识，并强化沟通和知识共享。
为完成这本书的编写，本人得到了很多专业人士的帮助，比如技术讨论、文字校对和建议，在此表示诚挚的谢意。在此，尤其要提到Andreas Schmidhofer博士、Hochgatterer博士和Bemhard Schneeweiss博士分别在章节“电机”“蓄能器”和“动力管理系统”的积极参与以及Wolfgang Kriegler博士对本书框架结构提出的建议。
必须提到的还有Hans Peter Lenz教授、Ernst Fiala教授、Jurgen Stockmar教授、Fritz In-dra教授和Bernhard Geringer教授提出的建议和进行的校对工作。
除此之外，还要感谢Jaroslav Richter先生和我的妻子Tatjana以及同事和朋友们对本书的大力支持。
值得一提的还有各大代工厂、供应商、研究所等在本书写作过程中做出的贡献。正是因为混合动力技术涵盖的范围广泛，所以必须是很多专业知识的集合。混合动力技术涵盖面广，其精髓在于将专业人士的专业知识结合起来。
本书将介绍混合动力汽车的基础知识、各种部件及其技术，以及部件之间的联系，还将探讨对混合动力汽车的普及产生显著影响的其他条件。
混合动力汽车技术是一个极具创新的领域，在该领域中新发展和技术飞跃层出不穷。本书针对的读者群是研究和开发混合动力汽车技术的工程师和学生，以及对该领域感兴趣的从业人员。
彼得·霍夫曼