陳志勇，覃日娜，楊 軍，關(guān)志偉

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545000；2.柳州軌道交通集團恒達巴士有限公司，廣西 柳州 545000；3.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

0 引言

進入21 世紀以來，能源危機、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)成為了困擾人類發(fā)展的難題。隨著新能源汽車技術(shù)的不斷進步，越來越多的國家也在逐步加大對新能源汽車的普及力度。雖然目前我國各大城市均在廣泛普及使用純電動公交車，但仍有大量的油電混合動力公交車還在服役期，油電混合動力公交車具有即節(jié)油且又不需要依靠充電站等技術(shù)設(shè)施的特點，使用非常便利。正因為如此，在我國大部分二、三線城市中，油電混合動力公交車目前仍是性價比最高、使用最多、技術(shù)運用最成熟的一種新能源車型[1]。

油電混合動力公交車之所以節(jié)油，是由于它通過控制發(fā)動機一直運轉(zhuǎn)在最佳功率轉(zhuǎn)速區(qū)間，把富余的能量存儲起來，并將再生制動時制動能量回饋[2]；其整車起步可以采用純電動驅(qū)動的方式，降低起步時的能耗，而行駛加速和急加速時，發(fā)動機運行在最佳燃油經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)間，電池能量轉(zhuǎn)換成電機的助力扭矩實現(xiàn)助力[3]；當(dāng)其運轉(zhuǎn)在最佳燃油經(jīng)濟性轉(zhuǎn)速區(qū)間并且有富余能量時，能把富余的能量存儲起來，以實現(xiàn)節(jié)油的目的[4]。油電混合動力公交車燃油消耗量與車輛使用環(huán)境，當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的大氣壓力、空氣溫度、密度、運行工況、路況等都有較大的關(guān)系[5]。本文基于廣西柳州城市道路，擬利用公交車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開展油電混合動力公交車和傳統(tǒng)柴油公交車的油耗對比實驗。通過研究油電混合動力公交車的油耗規(guī)律及其相對傳統(tǒng)純柴油公交客車的節(jié)油效果，對幫助城市公交企業(yè)進一步優(yōu)化新能源車輛的運營線路，最大限度地發(fā)揮油電混合動力公交車的集群節(jié)油效果，實現(xiàn)國家節(jié)能減排有著非常重要的作用。

1 油電混合動力公交車和傳統(tǒng)純柴油公交車的油耗實驗

1.1 實驗樣車的技術(shù)參數(shù)情況

為保證兩種車型實驗數(shù)據(jù)的可比性，實驗樣車的運行線路，道路工況和運行時段均完成相同。實驗樣車為某企業(yè)品牌油電混合動力公交車（以下簡稱“混動公交車”）和柳州市在用運營的技術(shù)狀況良好且油耗相對較低的純柴油公交車（以下簡稱“傳統(tǒng)公交車”）。兩臺實驗樣車的尺寸、整備質(zhì)量和發(fā)動機功率等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)基本相差不大，如表1所示。

表1 實驗樣車的基本技術(shù)參數(shù)對比表

1.2 實驗方法

借助公交車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集公交車輛行駛線路軌跡、耗油量信息以及車輛行駛里程數(shù)等信息。原理類似如圖1是一種公交車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集車輛本身狀態(tài)感知的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)[6]，公交車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)，將感知定位（可用于采集車輛行駛軌跡和行駛里程）、車載體系（可用于采集車輛燃油消耗量、平均時速、輪胎氣壓、行駛里程等信息）、云計算、云儲存、應(yīng)用系（百公里油耗等數(shù)據(jù)處理結(jié)果及應(yīng)用，含PC端或手機端）的數(shù)據(jù)進行采集、交換和計算處理。

圖1 城市公交車車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本著模擬城市公交客車實際運營工況的原則，將實驗車輛按照不同負載、不同運營時段、不同運營線路進行實驗。每次實驗前將每臺實驗樣車的油箱完全加滿，每臺實驗車均裝上相同重量的沙包（模擬乘客）置于車廂內(nèi)作為負載，再用地磅稱重計量車輛的質(zhì)量，確保兩臺實驗車輛的整備質(zhì)量基本一致。實驗車輛的行駛里程、平均時速、耗油量、百公里油耗數(shù)據(jù)全部通過公交車的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行采集。混合動力公交客車的節(jié)油率=（傳統(tǒng)公交車的耗油量-混合動力公交客車的耗油量）×100%/傳統(tǒng)公交車的耗油量。

2 實驗內(nèi)容和分析

2.1以車輛負載變化為研究對象的車輛油耗實驗分析

本著模擬柳州市公交車實際運營工況的原則，根據(jù)柳州市公交車不同運營線路的負載特點，按照100%載荷（約4.5 噸，折算約為80 人，適用于下班高峰期客流大且總是滿載的線路如11路、27 路）、80%載荷（約3.5 噸，折算約為60人，適用于站間距長、線路長和客流量較大的線路如快1、快7 線路）、45%載荷（約2.2 噸，折算約為35人，適用于市區(qū)平時客流量一般的線路如76路、79路和66路）三種負載變化進行對比實驗。具體見表2及圖2。

表2 混動公交車和傳統(tǒng)公交車在不同負載情況下的油耗實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖2 負載量

油耗分析如下：

（1）兩臺實驗車輛在市區(qū)交通從平峰至高峰時期行駛時，載荷變化從45%～100%增加，傳統(tǒng)公交車油耗從22.99升/百公里上升到29.36升/百公里，上升率為28%，混動公交車從17.92/百公里上升到19.62/百公里，上升率為9%；反映出混動公交車隨著載荷的增加油耗上升率較為平緩，波動不大。在100%滿載時比45%載荷時的節(jié)油率要高，體現(xiàn)出混動公交車在滿載條件下（平均速度22 公里/小時左右）的良好的節(jié)油效果，也反映出傳統(tǒng)公交車的油耗隨著載荷的增加而顯著升高。

（2）兩臺實驗車輛在相對順暢的線路行駛時，車輛常在最省油的速度（公交車平均45公里/小時左右）下運行，以致兩臺實驗車輛在負載80%載荷時的油耗反而略低于其負載45%載荷時的油耗。可見在順暢道路工況下，混動公交車的節(jié)油率降至最低，這說明是線路的擁堵狀況對車輛油耗的影響很大，混動公交車在暢通路況下節(jié)油優(yōu)勢不及在擁堵路況下的節(jié)油優(yōu)勢大。

2.2 以線路擁堵狀況為研究對象的車輛油耗實驗分析

根據(jù)柳州市公交車運營工況一般在30%載荷至70%載荷范圍的特點，測試車輛同樣負載45%載荷（約2.2 噸，折算約為35 人），選擇市區(qū)繁華線路（較擁堵,平均車速約15km/h）、一般線路（一般擁堵，平均車速約21km/h）和郊區(qū)線路（順暢，平均車速約32km/h）的同一時間段共11 條線路進行實驗。具體見表3及圖3。

表3 混動公交車和傳統(tǒng)公交車在不同線路情況下的油耗實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖3 不同線路情況下車輛的百公里油耗和節(jié)油率

油耗分析如下：

（1）從單車油耗上看，傳統(tǒng)公交車的油耗與道路擁堵狀況呈正相關(guān)態(tài)勢，道路越擁堵，油耗上升率越高，上升率為22%；混動公交車的油耗與道路擁堵變化的油耗上升率不高，僅為6%，體現(xiàn)混動公交車單車油耗的穩(wěn)定性較好。

（2）從混動公交車節(jié)油率上看，傳統(tǒng)公交車與混動公交車相比較，混動公交車呈現(xiàn)出極高的節(jié)油優(yōu)勢，兩者相比，擁堵路況節(jié)油率為34%，一般路況節(jié)油率為22%，暢順路況為20%，平均節(jié)油率高達27%。其節(jié)油規(guī)律是：道路越擁堵，節(jié)油率越高。可見混合動力公交車在線路擁堵的路況下運營更能體現(xiàn)其節(jié)油優(yōu)勢。

3 混動公交車節(jié)油經(jīng)濟效益分析

以混動公交車與傳統(tǒng)公交車在市內(nèi)繁華擁堵線路上運行的數(shù)據(jù)比較，綜合平均節(jié)油率取值25%（按照某公司車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的10 米傳統(tǒng)公交車的平均油耗25 升/百公里計算），則混動公交車平均每百公里節(jié)約燃油6.25 升。若按其單車每年平均行駛70000公里計算，則每年可以節(jié)約燃油4375 升。再按照目前柴油單價7.24 元/升計算，則混動公交車單車每年節(jié)約燃料費用為31675元。今后隨著燃油資源的價格不斷增長，車輛運營線路的里程越多，其節(jié)油的經(jīng)濟效益將越顯著。另根據(jù)廠家報價，油電混合動力公交車單價約為87 萬元，現(xiàn)國家各類補貼后企業(yè)的實際購車款約為70 萬元，而同等的傳統(tǒng)柴油公交車單價約為60 萬元。由于油電混合動力公交車日常維護維修費用僅略高于傳統(tǒng)柴油公交車[7]，可見配置油電混合動力公交車后運行3 年即基本收回購車差價10 萬元。如按一臺油電混合動力公交車有效使用壽命10 年計算，預(yù)計車輛使用到報廢節(jié)約燃油費用約20萬元。

以混動公交車與傳統(tǒng)公交車在繁華擁堵線路和順暢線路運行情況下的節(jié)油經(jīng)濟效益對比分析，根據(jù)本實驗數(shù)據(jù)測算，在繁華擁堵線路上運行混動公交車比傳統(tǒng)公交車的每年可節(jié)油燃油44040.92 元，相比傳統(tǒng)公交車其節(jié)油效果非常明顯，約為其在順暢線路上運行節(jié)約值（21488.32元）的兩倍，如表4所示。

表4 繁華擁堵線路和通暢順線路混動公交車和傳統(tǒng)公交車的經(jīng)濟效益對比表

4 結(jié)語

通過實車實驗發(fā)現(xiàn)，油電混合動力公交車與傳統(tǒng)純柴油公交車比較，在各種載荷、線路運行時其油耗均能保持相對穩(wěn)定，不會因為載荷、線路等變化而出現(xiàn)油耗大幅波動，在城市各道路的節(jié)油效果具有廣泛的適應(yīng)性。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，油電混合動力公交車的平均節(jié)油率可達到25%左右，節(jié)油效果顯著，且車輛負載越大、路況越擁堵，節(jié)油效果越明顯，因此該車型尤其適宜配置在市區(qū)繁華、客流量大、交通擁堵的公交線路上運營，而不適宜在交通暢順的線路上運行。對于目前仍有混合動力公交車在運營的公交企業(yè)而言，只有將該類車輛集中配置在客流大，路況擁堵的線路上運營，才能將油電混合動力公交車的集群節(jié)能效果發(fā)揮到最大化。