基于車聯網數據的油電混合動力公交車城市道路節油適應性實驗分析

陳志勇，覃日娜，楊 軍，關志偉

（1.柳州職業技術學院，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.天津職業技術師范大學，天津 300222）

0 引言

進入21 世紀以來，能源危機、環境污染、溫室效應成為了困擾人類發展的難題。隨著新能源汽車技術的不斷進步，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油且又不需要依靠充電站等技術設施的特點，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油，是由于它通過控制發動機一直運轉在最佳功率轉速區間，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動的方式，降低起步時的能耗，而行駛加速和急加速時，發動機運行在最佳燃油經濟轉速區間，電池能量轉換成電機的助力扭矩實現助力[3]；當其運轉在最佳燃油經濟性轉速區間并且有富余能量時，能把富余的能量存儲起來，以實現節油的目的[4]。油電混合動力公交車燃油消耗量與車輛使用環境，當地地區的大氣壓力、空氣溫度、密度、運行工況、路況等都有較大的關系[5]。本文基于廣西柳州城市道路，擬利用公交車聯網系統開展油電混合動力公交車和傳統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律及其相對傳統純柴油公交客車的節油效果，對幫助城市公交企業進一步優化新能源車輛的運營線路，最大限度地發揮油電混合動力公交車的集群節油效果，實現國家節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純柴油公交車的油耗實驗

1.1 實驗樣車的技術參數情況

為保證兩種車型實驗數據的可比性，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狀況良好且油耗相對較低的純柴油公交車（以下簡稱“傳統公交車”）。兩臺實驗樣車的尺寸、整備質量和發動機功率等關鍵技術參數基本相差不大，如表1所示。

表1 實驗樣車的基本技術參數對比表

1.2 實驗方法

借助公交車聯網技術，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等信息。原理類似如圖1是一種公交車聯網數據采集車輛本身狀態感知的系統的結構[6]，公交車聯網系統通過通信網絡，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、應用系（百公里油耗等數據處理結果及應用，含PC端或手機端）的數據進行采集、交換和計算處理。

圖1 城市公交車車聯網系統結構圖

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）置于車廂內作為負載，再用地磅稱重計量車輛的質量，確保兩臺實驗車輛的整備質量基本一致。實驗車輛的行駛里程、平均時速、耗油量、百公里油耗數據全部通過公交車的車聯網系統進行采集。混合動力公交客車的節油率=（傳統公交車的耗油量-混合動力公交客車的耗油量）×100%/傳統公交車的耗油量。

2 實驗內容和分析

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 混動公交車和傳統公交車在不同負載情況下的油耗實驗數據統計表

圖2 負載量

油耗分析如下：

（1）兩臺實驗車輛在市區交通從平峰至高峰時期行駛時，載荷變化從45%～100%增加，傳統公交車油耗從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%載荷時的節油率要高，體現出混動公交車在滿載條件下（平均速度22 公里/小時左右）的良好的節油效果，也反映出傳統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油優勢不及在擁堵路況下的節油優勢大。

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 混動公交車和傳統公交車在不同線路情況下的油耗實驗數據統計表

圖3 不同線路情況下車輛的百公里油耗和節油率

油耗分析如下：

（1）從單車油耗上看，傳統公交車的油耗與道路擁堵狀況呈正相關態勢，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%，體現混動公交車單車油耗的穩定性較好。

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

3 混動公交車節油經濟效益分析

以混動公交車與傳統公交車在市內繁華擁堵線路上運行的數據比較，綜合平均節油率取值25%（按照某公司車聯網系統數據統計的10 米傳統公交車的平均油耗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，其節油的經濟效益將越顯著。另根據廠家報價，油電混合動力公交車單價約為87 萬元，現國家各類補貼后企業的實際購車款約為70 萬元，而同等的傳統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，預計車輛使用到報廢節約燃油費用約20萬元。

以混動公交車與傳統公交車在繁華擁堵線路和順暢線路運行情況下的節油經濟效益對比分析，根據本實驗數據測算，在繁華擁堵線路上運行混動公交車比傳統公交車的每年可節油燃油44040.92 元，相比傳統公交車其節油效果非常明顯，約為其在順暢線路上運行節約值（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公交車的經濟效益對比表

4 結語

通過實車實驗發現，油電混合動力公交車與傳統純柴油公交車比較，在各種載荷、線路運行時其油耗均能保持相對穩定，不會因為載荷、線路等變化而出現油耗大幅波動，在城市各道路的節油效果具有廣泛的適應性。根據實驗數據，油電混合動力公交車的平均節油率可達到25%左右，節油效果顯著，且車輛負載越大、路況越擁堵，節油效果越明顯，因此該車型尤其適宜配置在市區繁華、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能效果發揮到最大化。