洛阳理工学院毕业论文-混合动力汽车原理前景分析【范本模板】

洛阳理工学院

混合动力汽车结构、原理及发展前景研究

学生姓名 系(部) 专 业 指导教师

2011年 11月 11 日

摘要

当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战.发展新能源汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成广泛共识。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。

虽然混合动力汽车并不是完全意义上的新能源汽车，但在近期或相当长一段时间内，最符合现实条件的还是混合动力汽车。混合动力汽车是世界汽车市场唯一能够实现大批量商品化的节能产品.在能源紧缺和环境污染严重的情况下，又由于传统的燃油发动机汽车存在种种弊病，混合动力汽车应声而出。本文首先综述了混合动力汽车，然后重点阐述了按动力传输路线分类,混合动力的三大类型：串联式、并联式和混联式的工作原理.最后展望了混合动力电动车的商业化前景及其发展趋势。

关键词： 能源环境 混合动力 动力传输路线分类 前景

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Abstract

The global auto industry is facing a financial crisis and energy and environmental issues of great challenge. Development of new energy vehicles， vehicle power system to achieve the new energy， and promote the strategic transformation of the traditional automotive industry， has a broad international consensus. In solar energy, electricity and other alternative energy sources before actually entering the practical stage, hybrid vehicles because of their low fuel consumption, low emissions benefits more and more attention。

Although hybrid cars are not the full sense of new energy vehicles, but in the short or long period of time, the most realistic conditions, or hybrid vehicles. Hybrid cars are the world auto market, the only way to achieve mass commercialization of energy-saving products. Energy shortage and environmental pollution in serious cases， and because there is the traditional fuel engine cars ills, hybrid cars crashed out. This paper reviews the hybrid car, and then focuses on the power transmission line according to the classification of three types of hybrid： in series, parallel and hybrid—type works。 Finally， prospects of hybrid electric vehicle commercial prospects and trends.

Keywords: Energy and Environment category of hybrid power transmission line, the prospects

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绪论

全球能源及环境问题日益突出：一方面石油资源作为不可再生能源日益紧缺;另一方面传统的燃油发动机车辆废气排放对空气造成严重污染。为此替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等，但目前最有实用性价值并已有商业化运转模式的只有混合动力汽车。混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle）是指同时装备热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机)的汽车,纯电动力源汽车虽然可以真正做到零排放，但其最大的问题是电池寿命短及每次充电后行驶里程少，每次停车充电时间长，需增加路边充电站,基础设备投资很大，电池的损耗费用占很大比例。基于这些原因,纯电动车仅适用于一些特殊场合，目前市场份额较小,而混合动力汽车实质上是一个折中方案，它的出现是为了解决纯电动车存在的技术性问题,在目前燃料电池技术尚未成熟之际，可以说是一个比较好的方案。在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放.

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目 录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 Abstract........................................................................................................................................... 2 绪论 .................................................................................................................................................. 3 1.混合动力汽车的概述 ................................................................................................................... 5

1。1混合动力汽车的概述 ...................................................................................................... 5 1.2混合动力汽车的优点 ......................................................................................................... 5 1。3混合动力汽车的缺点 ...................................................................................................... 5 2.混合动力汽车的结构及工作原理 ............................................................................................... 6

2.1串联式混合动力汽车（SHEV） ...................................................................................... 6 2.2并联式混合动力电动汽车（PHEV） .............................................................................. 7 2。3混联式混合动力电动汽车（PSHEV） ......................................................................... 8 3.混合动力汽车的主要部件 ........................................................................................................... 9

3。1 控制方式 ......................................................................................................................... 9 3.2 电动机 ................................................................................................................................ 9 3.3 混合动力汽车车用镍氢动力电池 .................................................................................. 10 4。混合动力汽车的发展前景研究 ............................................................................................... 10

4.1混合动力汽车的市场推广情况 ....................................................................................... 10 4.2混合动力汽车面临的问题 ............................................................................................... 11 4。3混合动力汽车的前景与展望 ........................................................................................ 11

4.3.1混合动力汽车的市场 .......................................................................................... 12 4.3.2成熟的混合动力汽车技术 .................................................................................. 13 4.3。3混合动力汽车市场推广 ............................................................................ 13 4。3。4我国混合动力汽车发展概况 .......................................................................... 14

结束语 ............................................................................................................................................ 15 致谢 ................................................................................................................................................ 16 参考文献......................................................................................................................................... 17

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1。混合动力汽车的概述

1.1混合动力汽车的概述

混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源，包括有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。 1.2混合动力汽车的优点

混合动力汽车的优点是：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充;负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电,故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池, 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动,实现\"零\"排放.4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。混合动力汽车有三种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联)式。 1.3混合动力汽车的缺点

混合动力技术的先进性和实现的现实性,节能、环保效果明显，采用混合动力汽车是现阶段解决环保和能源问题最为切实可行的方案.但是,由于混合动力汽车是在牺牲了部分环保利益的基础上，可以满足目前人们对汽车环保的基本要求，在结构上两套系统电池/电机和内燃机同时安装于本来只装一套系统的汽车上，不仅加大了汽车本身的重量，也提高了对整体工艺及控制等方面的要求。除了和纯电动汽车（BEV）一样受目前蓄电池技术的之外，混合动力的能量来源仍然是石油，这决定了混合动力不是电动汽车发展的最终形式.

总之，混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车之间，是一种承前启后的,在经济和技术方面都趋于成熟的电动汽车产品。

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2。混合动力汽车的结构及工作原理

目前世界各国研究开发的混合动力电动汽车有不同的结构型式，根据其驱动系统的配置和组合方式不同可分为3种：串联式（SeriesHybrid）、并联式(Parallel Hybrid）、混联式(Series-parallel Hybrid） 2.1串联式混合动力汽车（SHEV）

串联式混合动力（SHEV）模式由发动机、发电机和驱动电动机三大动力组成,发动机、发电机和驱动电动机采用“串联”的方式组成SHEV的驱动系统 。

SHEV的结构

蓄电池 逆变器 电动机 发电机 发动机 驱动轴

图1 串联式简图

图2 串联式混合动力汽车传动系统

SHEV的结构如上图所示.它由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，它们采用“串联”的方式组成驱动系统。

SHEV的工作原理：在车辆行驶之初，蓄电池组处于电量饱和状态,其能量输出可以满足车辆要求,辅助动力系统不需要工作，蓄电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机、驱动电动机输出的转矩经变速器、传动轴及驱动桥驱

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动车轮.蓄电池组电量低于60％时，辅助动力系统起动，为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。当车辆能量需求较大时,辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量,发动机—发电机组产生的交流电经整流器变为直流电和电池输出的直流电经控制器变为交流电后供入驱动电动机。由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。 2。2并联式混合动力电动汽车(PHEV)

并联式混合动力(PHEV)由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成。发动机、电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成PHEV的驱动系统。 PSHEV的结构

蓄电池 逆变器 电动机 发动机 耦合器 驱动轴

图3 并联式简图

图4 并联式混合动力汽车传动系统

PHEV是由发动机与电动机、发动机或驱动电机两大动力总成组成。如上图所示，它们采用“并联\"的方式组成驱动系统.

PSHEV的工作原理：以发动机驱动为基本驱动模式，驱动后驱动轮；驱动电动机为辅助驱动模式，能驱动前驱动轮；在混合驱动时,发动机驱动的后轮动力与驱动电机驱动的前轮动力进行组合，成为混合四驱动模式。

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2.3混联式混合动力电动汽车（PSHEV)

混联式混合动力电动汽车综合SHEV和PHEV结构特点，由发动机、电动、发电机和驱动电动机三大动力总成组成。

PSHEV的结构

发动机 行星齿轮机构 电动机 驱动轴 发电机 逆变器 蓄电池

图5 混联式简图

图6 混联式混合动力汽车传动系统

PSHEV是综合SHEV和PHEV结构特点组成的，由发动机、电动机或发动机和驱动电机三大动力总成组成。电动机的动力要与车辆驱动系统相适合,可以在变速器（包括驱动桥）处进行组合,也可以在驱动轮处进行组合。

PSHEV的工作原理：以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动机/发动机，并驱动后驱动轮;以驱动电动机为辅助驱动模式，能驱动前驱动轮；在混合驱动时，发动机驱动的后轮动力与驱动电动机驱动的前轮动力进行组合,成为混合四轮驱动模式.

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3。混合动力汽车的主要部件

3。1 控制方式

目前市面上混合动力汽车最常见的两种动力源是内燃机和电动机。一般情况下，内燃机是前轮的驱动源，而电动机是两个后轮的驱动源.车内的电脑会根据不断变化着的交通条件所需的动力情况，随时作出反应，不需驾车人预先指令,即自动地选择最为理想的驱动模式;或是由两台电动机进行后轮驱动；或是由一台内燃机进行前轮驱动;或是内燃机和电动机同时驱动。

当从静止状态起步时，车上的电脑会首先选择电动驱动模式，这是因为内燃机在汽车起步后的第一公里期间内，所用燃料的80%都被作为废气排掉了,既浪费燃料又污染环境。当车速到每小时40公里时,电脑会自动选择内燃机驱动模式，同时内燃机在工作时也对蓄电池组进行充电。如果驾驶员突然实施紧急加速，电脑则会启动电动机来协助内燃机进行联合驱动。而当低速行驶时，或者电脑判定蓄电池组的能量不足时,也会启动内燃机工作.当汽车减速时，电脑会对内燃机起到制动作用,判定利用其制动能量对蓄电池组充电。此外电脑还操纵着例如制动装置、防车轮抱死和方向控制等其他功能。在前后轮之间，内燃机和电动机或是交替的、或是相继的、或是同时的，不断变化着的驱动方式，使得汽车始终保持其动力潜能的最大发挥,大大减少了燃料消耗和废气排放。 3。2 电动机

在HEV上是以电动机驱动作为发动机驱动的辅助动力，但又必须对电池组的质量和整车的整备质量进行,以减轻HEV的总质量。因此，一般电动－发电机只是在HEV发动机启动，车辆启动、加速或爬坡时起作用。电动－发电机又是发动机的飞轮，起调节发动机输出功率的作用。电动－发电机还起发电机的作用，将发动机的动能转换为电能，储存到电池组中去.在HEV下坡或制动时，将汽车惯性动能转换为电能,储存到电池组中去。因此,HEV有了电动机的辅助作用,就可以使HEV达到节能和“超低污染”的要求。电动机的种类很多，用途广泛,功率的覆盖面非常大。但HEV所采用的电动机种类少,功率覆盖面也较小。目前主要采用的交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机，不管是电机本身还是它们的控制装置，成本都比较高，但随着电动机的电子计算机控制和机电一体化的加

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速发展，很多新技术正逐步运用到混合动力汽车（HEV）的电动机上,一旦形成大规模批量生产，所用电机乃至整车的成本都会得到大大降低. 3.3 混合动力汽车车用镍氢动力电池

随着人类环保意识的不断增强，石油资源逐年减少，油价逐步攀升，降低汽车污染和节约能源已成为世界各国面临的严峻问题。蓄电池技术和氢气的制取、运输、储存、成本等严重制约了电动汽车和燃料电池汽车的发展，因而混合动力汽车应运而生。在混合动力汽车中，由于采用了高功率的能源储存装置（蓄电池、超级电容等）能向汽车提供瞬时的能量而可减小发动机尺寸，提高效率,降低排放和燃油消耗，且可在进行制动和减速时回收能量.铅酸电池质量重,不能快充深放,循环寿命短；锂离子电池具有大电流性能差,价格高和安全性问题,目前还不适于混合动力汽车的发展.镍氢电池具有高比功率、电流充放电大、无污染、安全性能好等特点，广泛应用在混合动力汽车上。

4。混合动力汽车的发展前景研究

4。1混合动力汽车的市场推广情况

目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车.但要真正实现自主混合动力车型的普及,还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展，相互竞争，并引发了汽车动力的电控化和电气化两大技术变革,促进了汽车能源及动力的快速转型.

混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源(石油燃料）体系以及用户对车辆使用习惯的前提下,最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点,达到节能和环保的目的.因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。

混合动力汽车融合了纯电动汽车和燃油汽车优点，较好地满足了汽车低排

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放、低油耗、高性价比的综合要求，并较好地解决了汽车节能与环保问题，因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点，其市场前景也越来越被看好。目前，丰田公司是混合动力汽车领域的佼佼者。 4.2混合动力汽车面临的问题

环境污染问题全世界都很关注,如何保持良好的生态环境，维护人类自身和子孙后代的健康，是全人类共同的责任。推出更加节能减排的汽车产品是所有汽车生产厂商的愿望。目前世界范围内，丰田、本田、别克等公司均有成熟的混合动力车型,目前的市场销售状况一般，消费者评论褒贬不一。

(1)混合动力车辆价格偏高制约消费者的购买力.

以普锐斯为例。目前由于技术，普锐斯售价一直偏高，在国外和国内的售价上相差也较大。一辆普瑞斯在日本的售价相当于人民币16万元，比同级别汽油车仅贵3万元人民币,在获得部分补贴后,价格相当；但在我国售价要30万元左右。虽然能降低油耗，但节省下的钱并不能抵消消费者的购车款.故有“普锐斯PRIUS所节省的汽油的价值远低于普锐斯PRIUS比同级别全汽油车高出的价值”之说。据调查，中国的汽车消费主要还是倾向于经济型车辆，偏高的售价让普通消费者对混合动力车望而却步。

(2）新能源汽车的开发研究对混合动力汽车的发展有一定影响。石油资源的日渐短缺，人们越来越多地将目光投入到新兴能源的开发上.目前已经获得认可的石油替代能源有：电能、氢气、醇类、天然气、液化石油气、生物质能和二甲醚等，其中有些已经获得了一定的应用。尤其电动汽车作为一种零排放、高效率、结构简单及维修、使用方便的汽车，无疑是交通运输工具的最佳选择.汽车厂商将更多的人力资源和资金投入新能源汽车的开发和研究,一旦新能源技术有了较大的突破，对混合动力汽车的发展将有着一定的制约。 4。3混合动力汽车的前景与展望

汽车动力系统是一个完整的体系，包括燃料、发动机、动力传动系统三个主要层次.根据生命周期循环分析，从油井到车轮的效率来看，源于石油的最佳组合是:汽油/柴油—内燃机-混合动力;源于天然气、煤的氢燃料电池及其混合动力

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可与合成燃料内燃机及其混合动力竞争。近年来，汽车动力系统最大的突破是混合动力技术，它为汽车动力系统的转型奠定了基础平台. 4.3。1混合动力汽车的市场

混合动力电动汽车比较纯电动汽车和原动机具有以下优点：

(1）电池的数量减少，因此混合动力电动汽车自身质量可减轻。辅助动力单元(APU）的选用使汽车的续驶里程与动力性能可以达到内燃机汽车的水平。

(2)混合动力汽车废气排放量低，符合“低碳经济”的发展规律。面对全球气候变化，急需世界各国协同减低或控制二氧化碳排放,“低碳经济\"在这种形势下应运而生。所谓“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。据资料显示，混合动力汽车的混合动力装置发挥发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以充分利用电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，使汽车的热效率提高10％以上，废气排放改善30％以上，大大降低污染，符合“低碳经济”低污染发展规律。

(3）虽然原动机会有排放产生,但是由于原动机主要工作在最佳工况点附近，因而大大减少了汽车上内燃机变工况(特别是低速、怠速）时的排放，由于可回收制动能量，使得混合动力电动汽车成为较低排放的节能汽车.

(4)借助原动机输出的动力直接带动车内空调、暖风、真空助力器、动力转向等汽车电器附件，无需再消耗电池组内有限的电能。在某些对汽车排放严格的地区（如商业区、旅游区、居民小区等)，混合动力电动汽车可以关闭APU，由纯电力方式驱动，成为零排放的电动汽车。

（5）在能源短缺的大环境下,混合动力汽车的发展符合社会发展的趋势.能源危机问题已经是世界范围内的共性问题.尽管混合动力并不是汽车替代能源措施的最终解决方案，但在最终解决方案未定论前，它的出现让人们为之欣喜.并且已经确确实实在节能技术上有所作为。混合动力技术的问世，是现阶段解决能

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源问题的有效措施,符合社会节能环保的发展趋势。

电能的取得比石油更为简单,成本更低，利用各种方式获得电源来供给电力汽车的使用,让汽车的使用成本更低,同时由于电动汽车的环保性,将令它成为新时代的交通工具的代表，广受世界各国人民的喜欢,这也就注定它拥有庞大的市场。

4.3。2成熟的混合动力汽车技术

混合动力汽车的动力系统的全面改进，各种高新技术开始在混合动力汽车上应用，主要技术包括:燃油动力与电动动力系统集成优化技术不断取得进展,节能效果不断提高；高性能锂离子电池、镍氢电池取代传统的铅酸电池；高效的一体化电力驱动系统取代传统的直流电机；电动辅助系统的广泛应用提高了整车能量利用效率和性能；网络系统的应用促进了混合动力汽车的模块化和智能化；轻量化技术和电器结构安全性技术得到了系统应用.

在混合动力技术的发展上，表现出明显的模块化和平台化趋势，轿车混合动力系统的模块化愈加明显，逐步推进汽车动力的电气化。从只具备自动启停、怠速关机功能的“微混合\"、以并联式混合动力发动机为主体的“轻混合”和以混联式为特征的“强混合”，随着电功率的比例逐步提高，混合程度不断提高,最终过渡到可充电式的串联式“全混合\"方式。

城市客车混合动力系统出现平台化趋势，发电机组+驱动电机+储能装置，构成了混合动力系统的基本技术平台。通过换用不同的发电机组即APU，从汽、柴油内燃机到气体燃料发动机各种不同的能源动力转化装置，形成油—电、气-电等各种不同混合动力系统，促进了动力系统的平稳过渡与转型. 4。3.3混合动力汽车市场推广

混合动力汽车节能和环保效果明显，得到快速发展，并在各国优惠的鼓励下，逐步进入商业化推广应用阶段。大型汽车公司纷纷推出具有各自特色的混合动力汽车。目前已批量销售的混合动力汽车包括丰田公司PRIUS、本田公司Insight、Civic、福特公司的Escape等轿车和Orion Bus Ⅵ、Nova Bus、HIMR客

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车等.

我国在“863”计划重大专项投入20亿元的研发经费，支持混合动力汽车关键技术、平台集成技术以及整车和关键零部件的开发。国家发展和改革委员会于2007年11月1日颁布实施的《新能源汽车生产准入管理规则》为各种电动汽车的推广应用扫清了障碍。规则根据混合动力汽车特点和技术成熟度，规划了推广应用的范围和条件.

4。3。4我国混合动力汽车发展概况

在混合动力汽车方面，首先在乘用车上推广使用具有怠速停车功能和启动电机，发电机一体化的轻度混合动力轿车技术，将其应用到使用率较高的领域，如城市出租车;其次是在城市公交车辆上推广应用具有制动能量回收功能的混合动力，逐步扩大其应用范围。混合动力汽车技术基本成熟，以BSG和ISG为代表的轻度混合动力汽车具备产业化条件。清华大学与清能华通共同研发的“Micro哈里”采用了自主研发的新型四轮智能驱动技术和高能锂离子动力蓄电池，最高车速65km/h，0km/h~30km/h加速时间4.5s，百公里能耗5kWh，续航里程大于120km。

总之,混合动力车辆已成为一股不可阻挡的力量,在改变汽车产品的结构和构成，并大量的走向实用化。据《Auto Mfg ＆ Production》(汽车制造与生产)期刊报道， 2015年将在世界汽车市场占15％,2020年占25％这是相当大的混合动力车辆数量的比例。我们粗略估计，2020年全球汽车如果产量在1亿辆，那么，混合动力车将是2500万辆了.总之，混合动力车辆在相当一段时间内前景广阔，并受市场欢迎，逐渐成为汽车行业的主导产品。

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结束语

文章主要介绍了Plug—in HEV的结构特点、工作模式、控制策略及其优点和技术难题,并对去发展前景进行深入研究.可以看出，混合动力汽车与传统的燃油汽车相比，在正常行驶时油耗低、排放少、对能量的利用率高，有着良好的使用性能;但目前与同类汽车产品相比售价偏高。随着人们环保意识的不断增强,混合动力技术的不断成熟和完善，生产成本的不断降低,混合动力汽车在市场的占有量会不断地增加，具备较大的市场潜力。

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致谢

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友,无论在学习上、生活上还是在工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意.

非常感谢老师在我们大学的最后学习阶段——毕业设计阶段，给予我们的指导.从最初的定题,到资料收集,到写作、修改，到论文定稿，他们都耐心的指导和无私的帮助。为了指导我们的毕业论文，他们放弃了自己的休息时间，他们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩,在此我向他们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学这三年来给予我的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习,教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步,在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才,桃李满天下！

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参考文献

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