基于车联网数据的油电混合动力公交车城市道路节油适应性实验分析

陈志勇，覃日娜，杨 军，关志伟

（1.柳州职业技术学院，广西 柳州 545000；2.柳州轨道交通集团恒达巴士有限公司，广西 柳州 545000；3.天津职业技术师范大学，天津 300222）

0 引言

进入21 世纪以来，能源危机、环境污染、温室效应成为了困扰人类发展的难题。随着新能源汽车技术的不断进步，越来越多的国家也在逐步加大对新能源汽车的普及力度。虽然目前我国各大城市均在广泛普及使用纯电动公交车，但仍有大量的油电混合动力公交车还在服役期，油电混合动力公交车具有即节油且又不需要依靠充电站等技术设施的特点，使用非常便利。正因为如此，在我国大部分二、三线城市中，油电混合动力公交车目前仍是性价比最高、使用最多、技术运用最成熟的一种新能源车型[1]。

油电混合动力公交车之所以节油，是由于它通过控制发动机一直运转在最佳功率转速区间，把富余的能量存储起来，并将再生制动时制动能量回馈[2]；其整车起步可以采用纯电动驱动的方式，降低起步时的能耗，而行驶加速和急加速时，发动机运行在最佳燃油经济转速区间，电池能量转换成电机的助力扭矩实现助力[3]；当其运转在最佳燃油经济性转速区间并且有富余能量时，能把富余的能量存储起来，以实现节油的目的[4]。油电混合动力公交车燃油消耗量与车辆使用环境，当地地区的大气压力、空气温度、密度、运行工况、路况等都有较大的关系[5]。本文基于广西柳州城市道路，拟利用公交车联网系统开展油电混合动力公交车和传统柴油公交车的油耗对比实验。通过研究油电混合动力公交车的油耗规律及其相对传统纯柴油公交客车的节油效果，对帮助城市公交企业进一步优化新能源车辆的运营线路，最大限度地发挥油电混合动力公交车的集群节油效果，实现国家节能减排有着非常重要的作用。

1 油电混合动力公交车和传统纯柴油公交车的油耗实验

1.1 实验样车的技术参数情况

为保证两种车型实验数据的可比性，实验样车的运行线路，道路工况和运行时段均完成相同。实验样车为某企业品牌油电混合动力公交车（以下简称“混动公交车”）和柳州市在用运营的技术状况良好且油耗相对较低的纯柴油公交车（以下简称“传统公交车”）。两台实验样车的尺寸、整备质量和发动机功率等关键技术参数基本相差不大，如表1所示。

表1 实验样车的基本技术参数对比表

1.2 实验方法

借助公交车联网技术，采集公交车辆行驶线路轨迹、耗油量信息以及车辆行驶里程数等信息。原理类似如图1是一种公交车联网数据采集车辆本身状态感知的系统的结构[6]，公交车联网系统通过通信网络，将感知定位（可用于采集车辆行驶轨迹和行驶里程）、车载体系（可用于采集车辆燃油消耗量、平均时速、轮胎气压、行驶里程等信息）、云计算、云储存、应用系（百公里油耗等数据处理结果及应用，含PC端或手机端）的数据进行采集、交换和计算处理。

图1 城市公交车车联网系统结构图

本着模拟城市公交客车实际运营工况的原则，将实验车辆按照不同负载、不同运营时段、不同运营线路进行实验。每次实验前将每台实验样车的油箱完全加满，每台实验车均装上相同重量的沙包（模拟乘客）置于车厢内作为负载，再用地磅称重计量车辆的质量，确保两台实验车辆的整备质量基本一致。实验车辆的行驶里程、平均时速、耗油量、百公里油耗数据全部通过公交车的车联网系统进行采集。混合动力公交客车的节油率=（传统公交车的耗油量-混合动力公交客车的耗油量）×100%/传统公交车的耗油量。

2 实验内容和分析

2.1以车辆负载变化为研究对象的车辆油耗实验分析

本着模拟柳州市公交车实际运营工况的原则，根据柳州市公交车不同运营线路的负载特点，按照100%载荷（约4.5 吨，折算约为80 人，适用于下班高峰期客流大且总是满载的线路如11路、27 路）、80%载荷（约3.5 吨，折算约为60人，适用于站间距长、线路长和客流量较大的线路如快1、快7 线路）、45%载荷（约2.2 吨，折算约为35人，适用于市区平时客流量一般的线路如76路、79路和66路）三种负载变化进行对比实验。具体见表2及图2。

表2 混动公交车和传统公交车在不同负载情况下的油耗实验数据统计表

图2 负载量

油耗分析如下：

（1）两台实验车辆在市区交通从平峰至高峰时期行驶时，载荷变化从45%～100%增加，传统公交车油耗从22.99升/百公里上升到29.36升/百公里，上升率为28%，混动公交车从17.92/百公里上升到19.62/百公里，上升率为9%；反映出混动公交车随着载荷的增加油耗上升率较为平缓，波动不大。在100%满载时比45%载荷时的节油率要高，体现出混动公交车在满载条件下（平均速度22 公里/小时左右）的良好的节油效果，也反映出传统公交车的油耗随着载荷的增加而显著升高。

（2）两台实验车辆在相对顺畅的线路行驶时，车辆常在最省油的速度（公交车平均45公里/小时左右）下运行，以致两台实验车辆在负载80%载荷时的油耗反而略低于其负载45%载荷时的油耗。可见在顺畅道路工况下，混动公交车的节油率降至最低，这说明是线路的拥堵状况对车辆油耗的影响很大，混动公交车在畅通路况下节油优势不及在拥堵路况下的节油优势大。

2.2 以线路拥堵状况为研究对象的车辆油耗实验分析

根据柳州市公交车运营工况一般在30%载荷至70%载荷范围的特点，测试车辆同样负载45%载荷（约2.2 吨，折算约为35 人），选择市区繁华线路（较拥堵,平均车速约15km/h）、一般线路（一般拥堵，平均车速约21km/h）和郊区线路（顺畅，平均车速约32km/h）的同一时间段共11 条线路进行实验。具体见表3及图3。

表3 混动公交车和传统公交车在不同线路情况下的油耗实验数据统计表

图3 不同线路情况下车辆的百公里油耗和节油率

油耗分析如下：

（1）从单车油耗上看，传统公交车的油耗与道路拥堵状况呈正相关态势，道路越拥堵，油耗上升率越高，上升率为22%；混动公交车的油耗与道路拥堵变化的油耗上升率不高，仅为6%，体现混动公交车单车油耗的稳定性较好。

（2）从混动公交车节油率上看，传统公交车与混动公交车相比较，混动公交车呈现出极高的节油优势，两者相比，拥堵路况节油率为34%，一般路况节油率为22%，畅顺路况为20%，平均节油率高达27%。其节油规律是：道路越拥堵，节油率越高。可见混合动力公交车在线路拥堵的路况下运营更能体现其节油优势。

3 混动公交车节油经济效益分析

以混动公交车与传统公交车在市内繁华拥堵线路上运行的数据比较，综合平均节油率取值25%（按照某公司车联网系统数据统计的10 米传统公交车的平均油耗25 升/百公里计算），则混动公交车平均每百公里节约燃油6.25 升。若按其单车每年平均行驶70000公里计算，则每年可以节约燃油4375 升。再按照目前柴油单价7.24 元/升计算，则混动公交车单车每年节约燃料费用为31675元。今后随着燃油资源的价格不断增长，车辆运营线路的里程越多，其节油的经济效益将越显著。另根据厂家报价，油电混合动力公交车单价约为87 万元，现国家各类补贴后企业的实际购车款约为70 万元，而同等的传统柴油公交车单价约为60 万元。由于油电混合动力公交车日常维护维修费用仅略高于传统柴油公交车[7]，可见配置油电混合动力公交车后运行3 年即基本收回购车差价10 万元。如按一台油电混合动力公交车有效使用寿命10 年计算，预计车辆使用到报废节约燃油费用约20万元。

以混动公交车与传统公交车在繁华拥堵线路和顺畅线路运行情况下的节油经济效益对比分析，根据本实验数据测算，在繁华拥堵线路上运行混动公交车比传统公交车的每年可节油燃油44040.92 元，相比传统公交车其节油效果非常明显，约为其在顺畅线路上运行节约值（21488.32元）的两倍，如表4所示。

表4 繁华拥堵线路和通畅顺线路混动公交车和传统公交车的经济效益对比表

4 结语

通过实车实验发现，油电混合动力公交车与传统纯柴油公交车比较，在各种载荷、线路运行时其油耗均能保持相对稳定，不会因为载荷、线路等变化而出现油耗大幅波动，在城市各道路的节油效果具有广泛的适应性。根据实验数据，油电混合动力公交车的平均节油率可达到25%左右，节油效果显著，且车辆负载越大、路况越拥堵，节油效果越明显，因此该车型尤其适宜配置在市区繁华、客流量大、交通拥堵的公交线路上运营，而不适宜在交通畅顺的线路上运行。对于目前仍有混合动力公交车在运营的公交企业而言，只有将该类车辆集中配置在客流大，路况拥堵的线路上运营，才能将油电混合动力公交车的集群节能效果发挥到最大化。