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新能源汽车
刘国鹏
摘要：节能环保的国际发展大趋势对汽车行业的影响，新能源汽车的国内外研究现状与发展趋势。
关键字：新能源汽车 混合动力汽车 电动汽车 氢动力汽车 太阳能汽车
近几年石油的消耗量不断增加，而地球上的原油总量却是固定的。专家预计到了2050年世界石油将会用尽，那是一切以石油为能源的工具都将无法使用，只里面就包含汽车。所以，新能源汽车就成了人类的不二选择。
一、分类
（一）、混合动力汽车
混合动力是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。混合动力汽车的优点在于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。而且其技术含量与其他种类的新能源汽车相比相对较低，所以混合动力汽车是目前较为常见的混合动力汽车类型。但他也有很明显的缺点:长距离高速行驶基本不能省油。这也注定它会逐渐被淘汰。
（二）、纯电动汽车
电动汽车顾名思义就是主要采用电力驱动的汽车，大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子。电动汽车的优点就是完全不消耗化石燃料，且现在电动机技术也日趋成熟，所以电动汽车现在也很成熟。但电动汽车的弊端在于电力储存技术和电池使用寿命，而且电动车无法快速加速也是一个不可忽略的问题。
（三）、燃料电池汽车
燃料电池汽车是指以氢气、甲醇等为燃料，通过化学反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。尤其是氢气燃料电池汽车，反应产物只有水，堪称最清洁能源。但是气体的储存技术现在还不够成熟，尤其是极易爆炸的氢气，更是需要小心储存。所以现在这类汽车还很少见。但燃料电池汽车无疑是前景最客观的新能源汽车种类之一。
（四）、生物乙醇汽车
顾名思义，生物乙醇汽车就是以乙醇为燃料的汽车。生物乙醇燃料的显著优点就是反应产物无污染，且易于获取。但其弊端就在于成本——乙醇的成本较汽油高了很多，这也就导致生物乙醇汽车无法普及。
（五）、太阳能汽车
太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车。相比传统热机驱动的汽车，太阳能汽车是真正的零排放。正因为其环保的特点，太阳能汽车被诸多国家所提倡，太阳能汽车产业的发展也日益蓬勃，太阳能汽车也必将在未来大放光彩。目前太阳能汽车普及的最大障碍就是太阳能电池板的效率问题，如何在光照面积有限的情况下收集到足够汽车行驶的光能决定着太阳能汽车的未来。由于太阳能汽车技术难度过大，只有少数世界大汽车集团对此有兴趣，目前研发太阳能汽车的组织主要还是世界著名大学以及一些科学爱好者。
二、各国政策与发展速度
（一）、中国
中国在新能源汽车方面起步较晚，所以采取了很多优惠政策来鼓励新能源汽车发展。除了向研发单位给予大量资金技术和人员支持外，中国政府对新能源汽车的普及也下了大力气，从大量建设新能源汽车能量补给站之外，还对新能源汽车的交易实行免购车税的政策，这些政策都大大的促进了中国新能源汽车产业的发展。
在政府的支持下，中国的新能源汽车产业蓬勃发展，以一汽，东风，上汽为首的中国汽车公司或独立开发，或与国外企业合作，纷纷在新能源汽车领域取得成就。中国在新能源汽车方面虽起步晚，但这几年也不断缩小了与国外汽车企业
之间的差距，迈入世界先进行列。
（二）、美国
早在1993年，美国总统克林顿批准了一个《总体技术措施计划》，计划在2003年把美国的汽车油耗降低1/3，从那时起，美国就开始研究新能源汽车。在那之后，美国向新能源汽车领域投入了大量资金，以支持新能源汽车发展。同时，美国也通过规定汽车和卡车平均燃油效率（从目前的每加仑25英里提高到2015年的每加仑31.6英里），购车税收回扣以及抓紧建设充电站的基础设施来鼓励民众购买新能源汽车。美国三大汽车厂商福特、通用和克莱斯勒都推出了新能源汽车，其中通用旗下品牌雪佛兰更是推出了一款纯电动车。起步早，人才多，再加上政府资金支持，美国成为了现在世界上新能源汽车领域的领头羊。
（三）、日本
早在1965年，日本就开始研究电动车了。1971年，日本多次向新能源领域投入总共数百亿日元。开发时间早决定了日本在新能源汽车领域的领先地位，日本也被认为是在新能源汽车领域唯一能和美国媲美的国家。日本在新能源汽车的普及方面做的也毫不逊色。2009年4月1日，日本开始实施“绿色税制”，其适用对象包括纯电动汽车、混合动力车、清洁柴油车、天然气车以及获得认定的低排放且燃油消耗量低的车辆。前三类车被日本政府定义为“下一代汽车”，购买这类车可享受免除多种税负优惠。
（四）、欧盟
欧盟地区新能源汽车技术当以德法英意四国为最。这四国政府在发展新能源汽车技术方面，无非也是大量的投入金钱并培养相关方面的人才。但在新能源汽车的普及上，欧盟远非世界上其他国家和地区能比。欧盟堪称是世界上最注重环保和清洁的地区，欧盟各国政府在普及新能源汽车上也花了大力气，从和各国环保组织建立友好合作关系到从小教育新能源汽车好处，再到各项法律法规（包括汽车尾气排放规定以及政府公车全部换成新能源汽车的规定），这些措施促使欧洲成为新能源汽车最普及的地区。
（五）、其他国家和地区
世界上其他国家和地区不像上述四个有极大地人力、物力和财力，所以这些国家在新能源汽车的技术研发上要落后于这四个国家和地区。但他们在新能源汽
车的普及上做的很令人刮目相看，其中最值得一提的就是韩国与巴西。韩国向新能源汽车销售行业投入大量资金为购买者提供优惠，以此换来了新能源汽车的普及。而巴西依靠其地理位置与环境特殊。大量制造生物乙醇，所以在生物乙醇汽车或是汽油乙醇混合动力汽车随处可见。
三、各大汽车厂商研发与投放市场情况
（一）、长春一汽
长春一汽在新能源汽车发面现已掌握国内领先的技术，并以设计出两种车型——奔腾插电式混合动力轿车和奔腾纯电动轿车。2011年8月22日，一汽首批新能源汽车下线。目前，一汽生产线生产能力为年产新能源汽车10000辆。中国一汽将新能源汽车的商品化分为两个阶段：第一阶段，到“十二五”中期，结合国家新能源汽车私人购车试点、十城千辆等鼓励政策，加快纯电动、插电式、深度混合动力技术的用户使用试验，推进商品化进程。建立一汽新能源汽车技术平台和核心零部件供应商体系，建立关键技术标准体系，掌握关键总成、部件的制造技术。第二阶段，到“十二五”末期，按照商品化模式，建立起适应新能源汽车生产、销售及售后服务的运营体系，使新能源汽车在性能价格上，具备与跨国公司同类产品竞争的实力，形成覆盖从A 00级到C级的新能源汽车商品体系。而太阳能汽车一汽还没有大规模研发。
（二）、东风汽车集团
东非汽车目前掌握的新能源汽车技术水平也是国内领先。早在2010年11月5日，第二十五届世界电动车大会暨展览会上，东风集团就有十款新能源车亮相展览会，其中的东风裕隆纳智捷更是号称“世界第一部智慧电动概念车”，起技术水平可想而知。为了追赶国际汽车企业，未来5年东风汽车公司将陆续投入30亿元专项资金，用于节能与新能源汽车的产品技术开发和产业化建设。东风汽车宣布，至2015年，东风汽车中重混合动力汽车保有量达到10万辆，并形成5万辆纯电动汽车的产销规模，节能与新能源汽车的产销量占东风品牌乘用车的20%。到2020年，东风新能源汽车市场保有量达到80万辆。东风也没有插足太阳能汽车产业。
（三）、上海汽车集团
作为中国综合实力最强的汽车公司，上海汽车集团在新能源汽车上的成就堪称国内第一。在2011年上海国际车展，上海汽车一举展出了其自主研发的五款新能源汽车以及一系列新能源零部件；在第十一届必比登挑战赛（全球规模最大、水平最高的清洁、环保、节能汽车技术的比赛）上，上海汽车集团总分位列第三，仅次于丰田和奥迪。上海汽车的技术实力由此可见。在下一个五年发展期，上汽将推动新能源产业化，第一个阶段性的突破目标已经完成，经过国家公测荣威750中混新能源车型的节油效果达到20%以上，纳入了国家“25城千车”计划的范围，并可获得每辆车3.2万元的补贴，第二个阶段性的突破目标，是在明年10月份正式上市上海汽车纯电动汽车，与此同时，上海汽车研发近五年的首款强混插电式新能源车也将正式推出。目前，上汽联合通用开发动力总成，并在全球共享知识产权；与宝钢签署“汽车用钢轻量化战略合作框架协议”在汽车轻量化领域开展技术合作；与贵州航天合资组建电动系统公司，开拓新能源汽车电机及控制系统等。同样，在新能源汽车的核心技术上，上汽与美国A123公司合作，建立了捷新公司研发电池系统；电机方面，上汽与博世及林泉等知名企业已展开了积极合作。此外，上汽集团在上海世博会上展出了概念车“叶子”， “叶子”概念车以电能为主要动力来源，运用自然能源转换技术，包括光电转换、风电转换、二氧化碳吸附和转换。上汽在太阳能汽车上的成就由此可见。
（四）、吉利汽车
吉利汽车集团是中国十大汽车集团之一，在其收购了沃尔沃之后吉利更是如日中天，扬名海内外。在2011年上海新能源汽车展，吉利汽车展出了基于熊猫平台打造的纯电动车型和基于帝豪平台打造的插电式混合动力车型，并表示这两种车型2012年就会上市。至于太阳能汽车，吉利在2010年就推出了其首款太阳能汽车——IG。这辆太阳能汽车成本仅有一万元，长度也仅有三米，技术含量还不高，只是吉利的一次尝试，没有什么太高的技术水平。
（五）、奇瑞汽车
在国家的支持下，奇瑞汽车首款电动汽车S18已经下线，最快年底就能上市。S18已经属于国内较为成熟的电动车，据奇瑞公司提供的资料，S18电动汽车搭
载了336V 40Kw电驱动系统，采用40Ah磷酸铁锂电池。最高车速可以达到每小时120公里，一次充电续驶里程可以达到每小时120公里～150公里。S18采用插入式充电系统，可在220V民用电源上进行充电，充电时间一般为4～6小时。快速充电模式下半个小时可充满80%电池电量。此外，奇瑞首款高速纯电动汽车瑞麒M1-EV将于11月5日在深圳正式上市。在氢动力汽车方面，早在2009年7月，奇瑞副总裁袁涛就表示奇瑞将力争在3年内推出氢能源车，今年就是其约定的最后一年，相信奇瑞一定会给汽车行业一个惊喜。
（六）、比亚迪汽车
比亚迪目前已有包括E6在内的数款电动汽车上市，且销量很好，但这多半是由于价格低廉，其技术含量其实仅是国内先进。至于太阳能汽车方面，比亚迪确实推出了一款安有太阳能电池板的汽车，但这款车主要还是靠充电，仅在开车时少量吸收和利用太阳能，并不是真正意义上的“太阳能汽车”。比亚迪刚刚完成大裁员，进入“三年调整时期”，在此期间其科研能力也受到影响，几年内恐怕难以在新能源汽车领域有所作为。
（七）、美国通用
作为世界最大的汽车公司，通用汽车公司在新能源汽车上的决心与投入都很大。目前，通用在电动车上的成就已是世界顶尖水平，而且已经在氢动力汽车上取得了一定成就。2011年1月的底特律车展上，美国通用汽车公司首席执行官丹·阿克尔森曾高调宣称，希望通用汽车能研制出纯电动汽车，以使该公司在雪佛兰沃蓝达混合动力车之外拥有更多节能概念车系。同年8月通用公司宣布将在2013年开售纯电动的雪佛兰斯帕可概念车系。通用汽车虽没有涉足太阳能汽车产业，但他们用另一种方式利用太阳能——通用公司建设了大量太阳能停车场，利用停车场顶棚吸收的太阳能来给电动汽车充电。
（八）、美国福特
作为不弱与通用的世界级汽车公司，福特在新能源汽车上的成果同样惊人。福特早在2005年就推出了混合动力型汽车“福特翼虎”，并迅速占领市场。2011年11月，另一款纯电动车“福克斯纯电动版”也开始发售。福特宣布：到2012年，福特北美的电动车产量将比目前产量提升两倍，超过十万台，而今年上市的C-MAX混合动力车和C-MAX Energi插电式混合动力车是完成这一计划的主要推
动车型。此外，福特自2007年就开始研发氢动力内燃机，目前已推出几个车型，其中福特插电式燃料电池混合动力概念车Edge采用氢燃料电池与锂离子电池驱动车辆，在短距离行驶中使用电力，远距离行驶时才使用氢气，用5分钟充入氢气可使车辆行驶320至480公里；另一种为纯氢动力汽车E—450，此车型目前只投放了30辆左右，在美国和加拿大作行驶，并时刻受到福特公司的关注。此外，美国福特汽车公司日前与Sunpower太阳能公司合作，研发利用太阳能驱动电动汽车。
（九）、美国克莱斯勒
作为世界第三大汽车公司，克莱斯勒在新能源汽车的技术研发上出手也很早。早在2000年，克莱斯勒就就成立了全球电动汽车公司，目前该公司已成长为全球低速电动汽车行业领跑者，这也为克莱斯勒全面进军电动车领域打下坚实的基础。克莱斯勒在与菲亚特结成联盟后发布的未来5年规划中提出，将在未来动力传动系统上进行毫不妥协的改进，其中包括一个渐进的车辆电气化策略。目前，克莱斯勒已有两款电动车产品列入批量上市计划。值得一提的是克莱斯勒公司的GEMe4电动车成为2009年意大利G8峰会首脑参会用车。在氢动力汽车上，克莱斯勒早在2008年就在北美车展上展出了其首款氢动力汽车——EcoVoyager概念车。
（十）、日本丰田
身为日本第一大汽车集团，丰田掌握日本最先进的新能源汽车技术。目前世界混合动力车市场，丰田集团所占份额最大，所以丰田在市场方面主打“混合动力”牌，但其在氢动力以及纯电动车上的技术实力也非同小可。当今世界氢燃料电池技术“三巨头”中丰田就占有一席（另外两家为通用和奔驰），可见丰田在氢动力汽车上的实力。2010年，丰田公司表示由于燃料电池成本下降了百分之九十，加上其技术突破，丰田将于2015年推出其首款氢动力汽车，售价仅五万美元。丰田还是世界上极少数对太阳能汽车感兴趣的大集团之一。丰田早在20世纪九十年代就研制出了太阳能赛车，最近还有媒体报道丰田汽车公司正在研制一种单靠太阳能作动力的汽车。
（十一）、日本本田
本田目前的新能源汽车技术水平要略差与世界顶尖汽车企业有所差距。本田
的电动车主要还是电动自行车和电动摩托车，在电动汽车方面还没有较为成型的产品。在氢动力汽车上，本田公司投入重金，成功推出世界上首辆商品化氢动力车——FCX。本田对太阳能的研究，近体现在其再太阳能电池板上的成就，并将其应用于建设电动汽车太阳能充电站（见于上文美国通用公司），并未研究太阳能汽车。
（十二）、德国大众
德国大众是德国乃至欧洲最大的汽车集团。大众汽车在对外发布该公司在新能源汽车方面的战略项计划，大众计划在2012年混合动力版捷达，并随后在2013年推出全电动版的高尔夫或者UP城市车。大众汽车首席执行官马丁文德恩表示，力争到2018年之前，大众新能源车型的销量能够占到该公司全球销量的份额的3%。大众的氢动力汽车主要在中国（上海大众）研发，继2004年大众公司发布了氢动力途安车型之后，大众的工程师们又将他们的氢燃料电池技术应用到了大众的新款城市紧凑型SUV——Tiguan的身上。
（十三）、法国标致
作为法国汽车巨头，标致的电动汽车技术极为成熟，甚至可以说是欧洲第一。目前世界上最先进的纯电动车，有着“梦幻中的电动跑车”之称的EX1就是标致公司出品的。至于氢动力汽车，标致集团自2006年以来一直致力于开发下一代燃料电池汽车，标致雪铁龙集团2009年12月8号在法国里昂的发布会上推出了基于标致307CC的燃料电池汽车,用于展示“未来氢能源”的环保技术理念。在上海世博会上，标致还展出了其自主研发的太阳能汽车。该车广受好评，被称为最具未来派色彩的太阳能概念车。
四、各大高校及研究机构研究成果
（一）、清华大学
作为中国工科龙头老大，清华大学对于新能源汽车自然非常重视。清华大学配有电动汽车实验室，并配有专业研究人员，专门研究电动汽车问题。同时，清华大学还与江特电机、中英华科等企业合作研发，与山东黑豹、江苏祥龙和齐鲁客车等厂家合作生产电动车，力求将成果用于生产。同时通过多年努力，清华大学已经突破了部分氢动力汽车核心技术，并自主设计并制造了几辆氢动力客车。至于太阳能汽车，清华大学的研发还仅限于初级阶段，设计出的几辆太阳能汽车还有包括能量转换率低、外形不美观和功率和速度不高等不足。
（二）、浙江大学
在2011年全国大学排行榜中，浙大力压北大清华位列榜首，从中可见浙大科研实力之惊人。早在2006年。浙江大学就与浙江001集团合作研发出了节能自发电电动自行车，并在2010年投入生产。而在电动汽车发面，浙江大学与众泰集团已于2011年签署协议，合作研发电动汽车。在氢动力汽车发面，浙江大学分别用（MmCaCu）（NiA1）5增压型贮氢合金、MINi4.5 Mn0.5合金分别开发了两种氢气固定装置。此外，在2008年浙江大学就已经与001集团合作研发出了一台太阳能汽车，并将之在第29届中国浙江国际自行车电动车展上展出。
（三）、上海交通大学
在传统的电动车上，上海交大取得了国内领先的成就。2011年，上海交大与上海紫竹新兴产业技术研究院合作研发出了国内领先的电动大巴车，其驱动系统不仅体积小、重量轻，而且变速与电驱一体化集成，取代了传统变速箱，系统解决了目前国内电动类公交车动力系统遭遇的一些“瓶颈”，其动力性能、节油性能和排放性能均能达到国内领先水平。在氢动力汽车上，上海交大主要成就在于氢储存技术。浙江大学郑津洋,王新华,刘鹏飞,赵永志等人联合巨化集团公司工程有限公司和沈阳斯林达安科新技术有限公司共同完成了“70MPa高压气态储氢系统关键技术及应用”，为电动汽车用储氢瓶设计提供了新的国家标准，已经为2010年上海世博会的燃料电池电动汽车提供了产品，并安全运行至今，且该成就获得2010年教育部科技进步一等奖。至于太阳能汽车，上海交大未取得重要突破，但为了鼓励学生攻克太阳能汽车相关技术难题，上海交大举办“创新杯“太阳能车设计赛，吸引大量学生设计太阳能汽车。
（四）、麻省理工学院
作为世界第一工学大学，麻省理工在新能源汽车上的成就堪称巨大。麻省理工不仅突破了一系列技术难题，还成功出品了一系列电动车型和零件，如城市电动车以及能折叠的电动车。而且麻省理工在太阳能汽车上的成就也很不凡。麻省理工在太阳能电池上取得了一系列成就，包括太阳能吸收薄膜以及不怕折叠的太阳能电池，此外该校还自主设计并制造了一台太阳能汽车，其时速能达90英里每小时，堪称世界先进。
（五）、斯坦福大学
斯坦福大学早在几年前就已经设计出了经济适用电动车，并将之推向市场。
目前，斯坦福大学极富创意的正在研究电动车专用高速公路，以实现电动车“边行驶边充电”的梦想。此外，目前斯坦福大学教授，著名未来学家保罗·萨福正在研制名为M—400的氢动力汽车，并已经取得一定成就。斯坦福大学在太阳能汽车上的成就同样很高——在2011年世界太阳能汽车挑战赛上，斯坦福大学的Xenith一举夺魁，同时打破太阳能汽车速度记录，成为世界上速度最快的太阳能汽车。
五、新能源汽车关键技术及发展现状
混合动力汽车堪称是最易实现的新能源汽车，所以目前人们在混合动力汽车方面取得的成就是最大的，混合动力车也是最普及的，比如在中国，很多车辆都开始使用乙醇汽油作为燃料。但目前大多数混合动力汽车都以汽油或柴油作为一种燃料，说明混合动力汽车只是减缓了化石燃料的消耗，并不能完全停止使用化石能源，所以混和动力汽车虽然已普及并几乎不存在较大技术难题，但其还是要逐渐被淘汰。
电动汽车也是目前较为成熟的新能源车种，但其目前仍有几个技术难题需要攻克。例如电池技术——充电电池是有一定寿命的，且一定体积的充电电池能储存的电能也是有限的，所以长寿命且储能高、充电快的充电电池是电动汽车普及的关键。此外，电动汽车消耗的是电能，故怎样获得廉价且清洁的电能就成为一个问题，好在目前已有机构开始研究太阳能电动车充电站（利用充电站顶棚吸收太阳能来为电动车充电）以及电动车专用公路（能吸收太阳能并给正在行驶中的电动车充电的电动车专用公路）。最后一个难题就是电动机的输出问题——电动机都有最高功率，这也就决定电动汽车的最高速度以及加速度都有界限，如何提高电动机最大功率也就成了一个难题。如果能解决这些问题，电动机普及也就畅通无阻了。
氢动力汽车作为前景极佳的无污染新能源汽车，其研发却是阻碍重重。首要问题就是氢制取问题——电解制氢一类的方法无疑成本过高。目前最受青睐的方法就是光解海水制氢，但其中的技术困难还未被完全突破。另一问题就是氢气安全存储问题——氢气爆炸的范围是4%到75%，可见氢气是一种极易爆炸的气体，必须被妥善存储，但安全与大量存储很难同时实现。目前，在氢储存上取得的成果主要有金属氢化物储氢法以及多孔洞物质吸附法，但这两种方法的效果还是不能达到实际需求。但相信日后这几个问题定会被解决，氢动力汽车也一定会大放异彩。
太阳能汽车利用的是取之不尽用之不竭的太阳能，其清洁程度甚至甚于氢动力汽车，但其技术难度实在太高，所以现在很少有人研究。首先，汽车的表面积
是有限的，自然接受光照的面积有限，要想收集足够的光能，太阳能电池板的能量转换率就成了关键。目前能量转换率最高的太阳能电池为美国特拉华大学生产的超高效太阳能电池，转换效率达到了42.8%，但这也远远不够。各大设计组织大多选择增加汽车表面积，这也就导致迄今为止所有太阳能汽车都“奇形怪状”。如果能突破太阳能电池能量转换率低的问题，太阳能汽车就能在短时间内走进千家万户了。
六、我校在新能源汽车领域的研发情况
作为中国顶尖工科大学之一，我校在新能源汽车技术上取得的成就也是出类拔萃的。我校电气工程及其自动化学院电磁与电子技术研究所的四大研究方向中就包含车辆电气与电子，曾接手过混合动力汽车整车性能研究、电动汽车用电机、电动汽车及其电驱动系统的控制等数个电动汽车项目，而且目前该研究所通过与其策划企业合作，已经设计并制造出了几款电动汽车，其中包括超级电容电动客车、中意电动面包车、锂离子电池电动轿车、电动夏利轿车、电动摩托车和助力车。而且该研究所的研究成果“电气系统总体研究及车辆管理单元”还获得过黑龙江省科技进步二等奖。而太阳能方面，哈工大的太阳能研究主要还是为航空航天服务，如人造卫星太阳能电池板、月球车等，在太阳能汽车方面没有大的突破。在氢动力汽车上，哈工大还没有较大成果，仅在2001年由哈尔滨工业大学王尔德教授组织进行的储氢材料研究取得重要进展，使燃料电池实用化又向前迈出了一大步。
我校的汽车专业主要是在威海分校，所以威海分校也对新能源汽车进行了研究，但并没有太大的突破。
