一种并联式混合动力汽车传动系设计
1.2.1 治理与改善我国环境状况的目标
汽车尾气排放有害物质对城市区域大气具有严重的危害, 许多国家相应制定了严格的法律法规、规范和国家标准, 违背法律法规和不符合相关标准的汽车在市场竞争中被淘汰出局。当前我国汽车工业面临着必须达到的两个目标是: ①达到如表1-1所示的法规和标准要求
表1-1 美国、欧洲及中国对汽车尾气排放有害气体的限制法规与标准
实施年代 美国联邦法规 欧洲标准 1992 1994 1996 2000 2002 2005 2008 2010 1990 US EPA法规 1994 US EPA法规 2004 US EPA法规 欧Ⅰ GB1471欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅳ 欧Ⅴ 与国中国 6(1-70-93 相当于相当于欧Ⅰ 欧Ⅱ 相当于欧Ⅲ 际同步 ②限制CO2 的排放越来越多的证据表明, 汽车的CO2 排放是破坏环境最重要的元凶之一。为此, 联合国“政府间气候变化专业委员会” ( IPCC) 对其进行了评估,表明: 1996 年世界共排放CO2 等温室气体200 亿吨, 美国占25 % , 其中汽车排放占10 % , 中国排放CO2 占1315 %。1997 年12 月, 全球气候变化条约国第三次缔约国会议(COP3) 在日本京都召开, 会议通过的《京都议定书》限定了CO2 、NO2 、甲烷等6 种造成温室的气体的排放量如表1-2 所示。
表1-2 世界主要国家需要降低的排放量
欧盟 8% 美国 7% 日本 6% 加拿大 6% 议定书还规定以1990 年为基准到2012 年止,工业发达国家CO2 排放量要降低总量的512 %。这些数字看起来不大, 但考虑到汽车数量的增加, 需要减少的绝对量则相当可观, 如日本实际要降低20 %左右。目前已有110 多个国家批准了《京都议定书》, 但排放CO2 最多的美国却拒绝执行, 并提出排放CO2 要
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实行市场化。《京都议定书》虽对发展中国家没有提出具体要求, 但考虑到每燃烧1kg汽油产生约3kg 的CO2 , 而我国是石油消耗大国,有不可忽视的CO2 排放量的治理任务。
1.2.2 石油短缺的压力
我国石油资源短缺, 已发现可开采的储量仅占世界总储量的4 %左右, 从1993 年开始进口石油,并以每年两位数字的百分比增长, 2000 年进口石油7000 万吨,成品油3000 万吨。到2005 年以后,每年进口石油将超过一亿吨, 相当于科威特一年的石油总产量, 未来我国石油缺口更大。我国石油需求与产量如表1-3 所示
表1-3 我国石油需求与亿吨
年份 2000年 2005年 2010年 需求 2.4 2.8 3.6 产量 1.6 1.78 1.89 缺口 0.7+0.3 1.02 1.71 面对如此严重的环境问题和严峻的能源现状,世界各国都在寻找解决的途径, 经过多年的探索,在科技界比较一致的对策是:①提高和完善内燃机的性能, 进一步提高内燃机的热效率, 降低能耗, 广泛采用电喷、智能正时可变气阀(VVT2i), 稀薄燃烧、压缩直喷点火、改进燃油品质等先进技术;②采用替代燃料, 如水煤气、氢、乙醇、甲醇、合成燃油LN G和L PG等;③鼓励和推广采用电动汽车( EV) 、混合动力电动汽车(HEV) 、燃料电池电动汽车(FCEV)。目前动力电池技术未取得突破性进展 , EV只能在城近郊区、旅游名胜区、步行街等有限地区使用。 FCEV 是利用氢、氧在常温下产生电化学反应发电作为车辆运动的动能, 排出的是水, 为零排放, 这是第一优势; 第二优势是氢在地球上储存量很多, 可以从水和生物中提取, 不依赖石油资源。虽然现在的一些技术难题使近期批量使用还有困难, 但这两大优势注定了FCEV 是发展的趋势。早在1909 年, 就有人提出了利用内燃机与电动机结合来克服纯电动汽车续驶里程短和充电时间长的缺点, 并出现了早期的混合动力电动汽车HEV , 成为了从内燃机汽车到电动汽车的一种过渡车型。随着技术的进步, 电动汽车的发展呼唤新的车型。这种车型是将技
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术上最先进(即油耗最低, 排放污染最优, 体积重量最小) 的内燃机与一种一定容量的高性能储能装置(动力电池) 相结合,通过最先进的电子控制系统组成电机驱动系统, 这三者的最佳匹配必将大幅度地降低油耗, 实现更低的排污量 , 满足更严格的排放要求, 使其成本比较接近于同类汽车的水平。这种HEV 将会受到汽车工业界欢迎, 并成为为市场接受的主流车型。据最新的资料显示, 日本已在美国出售1318 万台混合动力电动轿车。总之, EV、HEV、HCEV的发展是当今汽车技术发展的一个新方向, 是寻求解决上述难题的一个有效途径。
1.2.3日本混合动力/电动汽车发展概况
日本汽车保有量占全球第二位，由于人口密集，国土狭小，石油100％依赖进口。因此，日本对EV\\HEV的研发十分重视。日本从1965年开始电动车的研制、通产省正式把电动车列入国家项目，1967年成立了日本电动车协会，促进了电动车事业的发展，1971年日本通产省就制定了电动汽车的开发计划，1991年日本通产省又制定了“第三届电动汽车普及计划”，提出到2000年日本电动汽车的年产量达到10万辆，保有量达到20万辆。2001年7月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将EV\\HEV列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进EV\\HEV的普及应用；2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放，制定了《新长期排放限制》的标准，准备用于2005年以后销售新车的一项排放法规；2002年2月26日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。这项提案的内容包括将颗粒状物质（PM）含量比现行标准的要求最大削减85%，将氮氧化物（NO??）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动EV\\HEV的发展。按照目前的发展速度，预计在2010年将达到210万辆。
丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997年开始，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。目前，Prius已经在中国上市。到了2001年，丰田又在日本推出了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。丰田商业化的车型已经达到5款。为了在实现低排放的前提下，提高车辆的动力性，
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在2003年，丰田汽车把新一代的混合动力系统Hybrid Synergy Drive引入到了第二代的Prius上面。在2005年，他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）。
本田公司在混合动力车方面也颇有建树， 1999年推出“INSIGHT”，2001年推出“CIVIC”。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，使汽车达到每公升汽油可行驶35公里的世界最高水平，并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。
1.2.4美国混合动力/电动汽车发展概况
汽车工业是美国的支柱产业，给美国带来了繁荣昌盛，但同时也带来了能源危机、环节污染以及资源的浪费。美国近年来几乎要从国外进口全国消耗量一半以上的石油。为了避免受到石油危机的冲击，美国十分重视对混合动力汽车的研究和开发。1976年卡特总统签署EV/HEV研究开发和示范法案，授权美国能源部执行和管理EV/HEV研究计划，但是直到九十年代初电动车的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。
1991年美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了先进电池联合体(USABC)，共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池。1991年10月USABC与美国能源部签订协议，在1991-1995年的四年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。1993年，美国克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即PNGV，要求联邦政府部门从1993到1995年度大量购买包括EV/HEV的替代燃油车。PNGV制订了10年开发计划，目标是80mpg(约3L/100km)的低油耗汽车。
2002年1月9日，10年计划尚未结束，美国能源部部长斯潘塞?阿伯拉罕在各大汽车公司首脑参加的会议上宣布，根据总统布什的国家能源计划，降低美国对进口石油依赖性，决定成立一个新的汽车研究项目，叫做自由车(Freedom CAR)，
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该项目的长期目标是高效、价廉、无污染。研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。改项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动车。
按照PNGV的时间表，在1999年以前为浓缩并集中技术目标阶段，1999～2001为生产概念车阶段，2001～2005年为生产性样车阶段。在2000年底特律国际汽车展上福特和通用汽车公司展示了其柴油复合动力概念车，同年2月22日，戴姆勒克莱斯勒在华盛顿国家博物馆公布了其PNGV复合动力概念车。PNGV计划在2002年被终止，原因是80MPG的目标很高，而研制的新车在成本上并未取得很好的成果，不能满足用户在价格上的要求，也就是说，在短时期内不具有市场价值。更重要的是，PNGV仍然局限于用石油作为基本能源。因此要求新项目在这方面有新的突破，将着眼于新一代汽车能源，而不囿于现有技术和当前燃料资源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技术开发领头人的作用，从其建立和执行情况来看，新一代汽车已经成为跨国汽车公司和工业国家战略发展的重要内容。
1.2.5欧洲混合动力/电动汽车发展概况 (1)法国
法国是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且多用核能发电和水力发电，发电源干净且电价便宜，汽车工业发达。法国政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发电动汽车提供资助。法国政府、法国电力公司、标致－雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司，和萨夫特(SAFT)公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。
1990年法国标致－雪铁龙汽车公司所开发的J-5和C-25电动货车投入生产。1995年法国能源部、标致－雪铁龙汽车公司开发了标致－106和SAXO型四座电动轿车，用雪铁龙－AX型轿车改装的电动轿车，雷诺汽车公司的Clio型四座电动轿车及其变型车等，并投放在罗切里市进行试验。1997年法国的电动汽车产量达到2000辆左右。
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