（车辆工程专业论文）不同模式混合动力公交车节能环保效益分析与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 能源和环保问题已经成为当今世界发展最为突出的问题，也是影响我国可持 续发展战略的最重要的因素之一。随着石油供应的日趋紧缺和环境污染的日益加 剧，节能新能源汽车逐渐成为业界关注的焦点。当前混合动力汽车技术日臻成熟， 产业化已经临近。然而，混合动力电动汽车相对于传统的内燃机汽车性能如何， 它的燃油经济性究竟有多大的提高，尾气污染物排放有多大改善，在实际运行过 程中真正能够带来多大的节能环保效益等等这些方面的研究还不深入，还是很模 糊亟待解决的问题。 目前现行的重型车辆排放评价是采取某种行驶工况( e t c 或e s c ) ，通过台架 试验来评价发动机排放水平。而重型混合动力车辆是在常规车辆发动机的基础之 上，增添配置了一套辅助动力装置，这种装置被设计成根据车辆的实际行驶工况， 采取有针对性的控制策略，实现车辆节能和降低排放的目的。这样发动机的实际 运行工况分布与实验室相差很大，仅仅依据发动机排放和油耗水平来评价混合动 力车辆很明显是不合理、不科学的。 本研究借鉴g b t 1 9 7 5 4 2 0 0 5 重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法， 采用中国汽车技术研究中心的车载排放测试系统( p e m s ) 对在实际行驶工况条件 下的4 类城市公交车( 3 类不同模式混合动力城市公交车和1 类常规柴油公交车) 进行整车能量消耗和污染物排放测试。在中国典型城市公交循环工况下，对3 类 不同模式( 包括并联、串联和混联) 混合动力城市公交车和l 类常规柴油车的能 量消耗和污染物排放进行对比研究。不仅分析了不同模式混合动力公交车之间的 能量消耗和污染物排放的差异性，而且将混合动力与常规柴油车进行对比分析， 深入研究混合动力较常规柴油车的节油率和排放削减率，探讨混合动力在节能减 排方面的优势。在项目研究后期，将这4 类车辆投入北京市1 2 1 公交线路中进行 实际载客运营，并对在实际运营过程中的成本进行分析，最终将能量消耗和污染 物排放与运营成本结合起来进行比较，从而对混合动力城市公交车的实际节能环 保效益进行评估。研究结果表明：混合动力城市公交车具有良好的节能环保效益。 本文利用车载尾气检测设备和g p s 所收集整理的公交车实际道路行驶和瞬 时排放数据，并引入v s p 变量，利用外部设备易于获得的参数( 包括速度和加速 度) 建立污染物排放预测方法，将车辆的瞬时运行状态与排放紧密联系起来，并 以此来更真实的反映不同行驶状况对污染物排放的影响，对混合动力公交车的实 际运行和排放特征进行了分析。经研究发现，较高的速度和加速度都将是导致车 辆瞬时排放率迅速增加的主要原因。 武汉理工大学硕十学位论文 最后，针对我国国情提出新能源汽车推广应用工作和提高混合动力节能环保 综合效益的具体建议，进一步促进新能源汽车的发展。 关键词：混合动力；公交车；节能环保；效益分析；成本分析；比功率 武汉理工大学硕n ：学位论文 a b s t r a c t e n e r g ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na l r e a d yh a v eb e c o m et h em o s tu r g e n ti s s u e o nt h ed e v e l o p m e n to ft h ew o r l d ，b u ta l s oo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r st oa f f e c t c h i n a ss u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g y w i mt h ei n c r e a s i n g l ys c a r c eo i ls u p p l ya n d w o r s e n i n ge n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，t h en e we n e r g yv e h i c l e sa r eg r a d u a l l yb e c o m i n g t h ef o c h so ft h ea u t o m o t i v ei n d u s t r y c u r r e n t l yh y b r i dv e h i c l et e c h n o l o g yi sm o r e m a t u r e ，s ot h ei n d u s t r i a l i z a t i o ni s n e a rn o w h o w e v e r , c o m p a r e dw i t ht h e c o n v e n t i o n a li n t e m a lc o m b u s t i o ne n g i n ev e h i c l e ，al o to fp r o b l e m sw i t hn o te n o u 曲 r e s e a r c hi n t ot h e s ea r e a sa r es t i l lv e r yv a g u ea n dt ob es o l v e d e g t h ep e r f o r m a n c eo f h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，t h ei m p r o v e m e n to fr u e le c o n o m ya n de x h a u s te m i s s i o n s ，t h e b e n e f i t so fe n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb r o u g h ta b o u ti nt h ea c t u a l r u n n i n ge t c c u r r e n t l y , t h ea s s e s s m e n tm e t h o do fh e a v y - d u t yv e h i c l ee m i s s i o n si st oe v a l u a t e t h ee n g i n ee m i s s i o n st h r o u g hr u n n i n gs a m ed r i v i n gc y c l e s ( e g e t co re s c ) o nt h e e n g i n eb e n c h t h eh e a v y d u t yh y b r i dv e h i c l e sa d da s e to fa u x i l i a r yp o w e ru n i tb a s e d o nt h ec o n v e n t i o n a li n t e m a lc o m b u s t i o ne n g i n ev e h i c l e s t i l i sd e v i c ew a sd e s i g n e dt o a d o p tt a r g e t e ds t r a t e g i e s t oa c h i e v et h ep u r p o s eo fe n e r g y - s a v i n ga n de m i s s i o n r e d u c t i o na c c o r d i n gt ot h ev e h i c l e sa c t u a ld r i v i n gc o n d i t i o n s s ot h ee n g i n e sa c t u a l o p e r a t i n gc o n d i t i o n si sw i d e l yd i f f e r e n tf r o mt h ec o n d i t i o n so fl a b o r a t o r y t h u s i ti s c l e a r l yu n r e a s o n a b l ea n du n s c i e n t i f i ct oe v a l u a t et h ee m i s s i o n sa n df u e lc o n s u m p t i o n l e v e l so ft h eh y b r i dv e h i c l e so n l yb a s e do ne n g i n e i nt h i ss t u d y , t h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dp o l l u t a n te m i s s i o no ff o u rc a t e g o r i e s c i t yb u sv e h i c l e ( t h r e ek i n d so fh y b r i de l e c t r i cc i t yb u s e sa n do n ec o n v e n t i o n a ld i e s e l b u s ) i nr e a ld r i v i n gc o n d i t i o n sw e r et e s t e db yt h ev e h i c l ep o r t a b l ee m i s s i o n m e a s u r e m e n ts y s t e m ( p e m s ) o fc h i n aa u t o m o t i v et e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hc e n t e r , d r a w i n go ng b t 19 7 5 4 2 0 0 5t e s tm e t h o d sf o re n e r g yc o n s u m p t i o no fh e a v y - d u t y h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e u n d e rt h et y p i c a lc y c l eo fu r b a np u b l i ct r a n s p o r ti nc h i n a ，t h e e n e r g yc o n s u m p t i o na n dp o l l u t a n te m i s s i o no ft h r e ed i f f e r e n tt y p e so fh y b r i de l e c t r i c b u s e s ( i n c l u d i n gp a r a l l e l ，s e r i e sa n dp a r a l l e l s e r i e st o g e t h e r ) a n do n ec o n v e n t i o n a l d i e s e lv e h i c l ew e r ec o m p a r e da n dr e s e a r c h e d n o to n l ya na n a l y s i sw a sm a d eb e t w e e n t h ed i f f e r e n tm o d e l so fh y b r i de l e c t r i cb u s e s ，b u ta l s ot h ed i f f e r e n c ew a sa n a l y z e d b e t w e e nh y b r i de l e c t r i cb u sa n dc o n v e n t i o n a ld i e s e lv e h i c l e t h ea d v a n t a g e so fh y l ： r i d e l e c t r i cb u s e si ne n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o nw e r ee x p l o r e db yi n d e p t h s t u d y i n gt h ef u e le 伍c i e n c ya n dt h er a t eo fe m i s s i o nr e d u c t i o n s t h e s ef o u rt y p e so f v e h i c l e sw e r eo p e r a t e di nb e i j i n gb u sl i n e s a n dt h ea c t u a lc o s ti nt h ep r o c e s so f o p e r a t i n gw a sa n a l y z e d l a s t l y , t h eb e n e f i to fe n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t p r o t e c t i o nw a sa n a l y z e da n dr e s e a r c h e db yc o m b i n i n gt h ee n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o n r e d u c t i o na n dt h ea c t u a lc o s t t h er e s u l t ss h o wt h a t ：h y b r i de l e c t r i cb u s e sh a v eag o o d b e n e f i to fe n e r g y - s a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i nt h i sp a p e r , t h ea c t u a lr o a dr u n n i n ga n di n s t a n t a n e o u se m i s s i o nd a t aw e r e c o l l e c t e db ye x h a u s tg a sd e t e c t i o ne q u i p m e n ta n dg p s ，e s t a b l i s h e dp o l l u t a n t 武汉理工大学硕1 ：学位论文 e m i s s i o n sf o r e c a s t i n gm e t h o d sb yt h ei n t r o d u c t i o no fv s pv a r i a b l ea n dt h eu s eo f e a s i l ya c c e s s i b l ep a r a m e t e r s ( i n c l u d i n gv e l o c i t ya n da c c e l e r a t i o n ) f r o me x t e r n a ld e v i c e s ， a n d1 i n k e dt h ei n s t a n t a n e o u so p e r a t i n gs t a t ew i t ht h ee m i s s i o no ft h ev e h i c l ec l o s e l y , l a s t l yh a dam o r er e a l i s t i cr e f l e c t i o no fi m p a c to nt h ed i f f e r e n td r i v i n gc o n d i t i o n sw i t l l e m i s s i o no fp o l l u t a n t s ，a n da n a l y z e dt h ea c t u a lo p e r a t i o na n de m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s o fh y b r i de l e c t r i cb u s e s o v e r a l l ，f o u n dt h a tah i g h e rs p e e da n dal a r g e ra c c e l e r a t i o n w i l lb e1 e a d i n gt oar a p i di n c r e a s eo ft h ei n s t a n t a n e o u se m i s s i o nr a t eo fv e h i c l e s f i n a l l y , a c c o r d i n gt o t h en a t i o n a lc o n d i t i o n sp r o p o s e ds o m ea d v i c e sf o rt h ep o p u l a r i z a t i o n a n da p p l i c a t i o no fn e we n e r g yv e h i c l e sa n dt oi n c r e a s et h eo v e r a l le f f i c i e n c yo fe n e r g y - s a v i n g e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no fh y b r i de l e c t r i cb u s e s ，p r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fn e we n e r g y v e h i c l e sf u r t h e r k e y w o r d s ：h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ；b u s ；e n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ； b e n e f i ta n a l y s i s ；c o s ta n a l y s i s ；v e h i c l es p e c i f i cp o w e r ( v s p ) 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签 名：组丝日期：少7 111 弓 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( ：名归仁导师( 捌：乏辎日期夕夕叭7 多 武汉理j r 大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着全球能源日趋紧张，生态环境日益恶化，机动车的能源消耗与污染物 排放越来越受到广泛地关注。相对于纯电动汽车和燃料电池汽车，混合动力汽 车虽然不能实现燃料的零消耗和零排放，却更有希望率先实现产业化和商业化； 相对于传统汽车，混合动力汽车的成本增加远少于燃料电池汽车；不受蓄电池 续驶能力的限制；大幅降低了燃料消耗和污染排放；无需增添新的配套基础设 施。在能源需求快速增加和环境保护的压力下，电动汽车技术得到了迅速的发 展，世界上许多国家的主要汽车制造商正在逐步将电动汽车商业化。在国家节 能减排政策的推动下，混合动力汽车已经越来越成为汽车行业应对能源危急的 热点之一。混合动力电动汽车能源利用效率高、对环境的污染小、行驶里程长， 但其结构复杂、生产和使用的成本较高，目前技术已基本成熟，已经初步达到 顾客的使用要求，是现在正在致力于商业化的一种主要车辆类型。 自2 0 世纪8 0 年代以后，受到经济迅速增长的推动，我国机动车保有量迅 速增长，特别是一些大型和特大型城市如北京、广州、成都、上海等市机动车 数量增长速率远远高于全国平均水平。根据资料显示，2 0 0 8 年我国汽车的年产 量已经达到9 5 0 万辆。截止到2 0 0 8 年底，全国汽车保有量接近1 7 亿辆，比 2 0 0 7 年增加了6 3 3 。汽车排放的氮氧化物( n o x ) 、一氧化碳( c o ) 、碳氢化合 物( h c ) 以及颗粒物( p m ) 排放总量逐年上升。由于城市人口密集，交通运输 量相对较大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。 随着全球范围内对环保的日益重视以及环保意识的逐步提高，汽车的节能 环保性能已逐渐成为评价一辆汽车先进程度的重要指标，为人们生活带来便捷 出行的节能环保性能汽车越来越受到关注。政府部门的引导、消费者环保意识 的提高、汽车企业责任感的加强，都促使新车的开发、制造和销售都必须把汽 车的节能环保性能放在极其重要的位置。汽车排放的有害污染物不仅影响大气 质量而且有害于人体健康。 可持续发展是我国基本国策，十一五规划纲要中明确提出“节能2 0 、减 排1 0 ”的目标，对于汽车行业的节能减排，国务院印发了节能减排综合性工 作方案、关于鼓励发展节能环保型小排量汽车的意见、关于环境标志产品政 府采购实施的意见以及两次调整了汽车消费税等措施，突显汽车节能减排工 作的决心和对汽车产品“抑大扬小”的态度，但现实是我国汽车排量逐年变大、 小型车比重不断降低。我们认为问题的关键是科学地认定节能环保车型以及有 效激励它良好的发展。 1 武汉理工大学硕士学位论文 各国政府部门都在积极引导节能环保汽车的生产和消费，许多汽车企业在 社会责任感的驱使和竞争压力下，也都在积极开发新型环保节能车。在国内， 对于环保节能车型的认定，国家环保总局发布了环境标志产品技术要求一轻 型汽车、国家认监委也发布了国家节能环保型汽车产品认证实施规则。两 者的环保节能认证各项指标都是在国家现行标准的基础上提出了更高的要求， 但本质上只是提出及格线而没有定量评价，其环保节能指标都不是某个统一的 基准值而无法比较各个车型。因此不利于遴选真正的环保节能汽车，也就无法 有效激励和大力推广。 为应对日益严峻的形势，国家从汽车产业发展战略的高度出发，选择新一 代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科 研机构，以官产学研四位一体的方式，联合进行攻关，为实现我国能源安全、 改善大气环境、提高我国汽车工业的竞争力做出积极贡献。国家科技部设立了 “三纵三横”电动汽车专项，自项目成立以来，在电动汽车关键技术、系统集 成技术及整车技术上取得了重要进展，我国在混合动力车方面取得了重大成果， 许多企业及学校都丌发了自己的产品，下一部将进入产业化阶段。对我国电动 汽车开发及其产业链的形成、产业化环境的改善、抢占新一代电动汽车关键技 术制高点、探索适合我国能源结构多元化特点的交通能源动力系统具有极大的 推动作用，对于保障我国石油能源安全和环境保护将产生深远影响。为了应对 混合动力的产业化及商业化，使的新产品尽早走向市场，必须有相应的国家标 准来规定和导向研发发展方向。因此研究混合动力电动汽车能量消耗与污染物 排放的试验方法、影响混合动力电动汽车能量消耗与污染物排放的因素以及对 混合动力在实际运行过程中的节能环保效果进行分析与评估具有十分重要的意 义。 混合动力汽车技术的不断成熟，为低排放公交车发展提供了更多的可选方 向，混合动力公交车在节能减排方面具有更大的潜在优势。国外在这个方面进 行许多成功地尝试。在美国，混合动力公交车的推广力度最大。以交通运输部、 能源部等政府关键职能部门为主导，开展了多项旨在对混合动力电动客车用于 城市公共客运交通的可行性实证研究项目。交通运输部下属的联邦交通管理局 ( f t a ) 主导下，成立了公交协作研究计划( t c r p ) 。目前，美国已有超过2 0 0 0 辆的混合动力公交车在华盛顿、纽约、洛杉矶、西雅图等2 9 个城市投入运行。 在英国伦敦，为迎接2 0 1 2 年伦敦奥运会，从去年开始，伦敦以每年递增5 0 0 辆 的速度，将现有的普通双层巴士更换成新的混合动力车。 为了进一步减少公交车排放污染，保护环境，节约能源，按照国家大力发 展低排放、环保节能公共交通的有关要求，北京市环保局设立了北京市混合 动力公交车示范运行及技术考核项目，中国汽车技术研究中心受北京市机动 2 武汉理t 大学硕十学位论文 车尾气排放管理中心委托，对北京市混合动力公交车示范运行车队进行经济性 和排放性等性能的测试和评估。 本课题在考核混合动力公交车在实际条件下的运行技术的同时，对混合动 力公交车进行验证，研究实际的节能效益、评估运行成本，分析评价环保经济 性，为北京乃至全国城市公交车的发展探索积累经验，也为混合动力开发商改 进车辆性能提供技术参考，有利于混合动力车辆推广应用激励政策的研究，推 进混合动力车辆技术发展。 1 2 研究目的与意义 本研究的目的是通过对目前国内外先进的汽车排放检测技术、测试方法以 及测试设备的分析，采用一种适合于当前国内重型混合动力电动汽车整车性能 测试的试验方法，测试技术及测试设备，对混合动力城市公交车的各项性能， 特别是其能量消耗以及污染物排放性能进行准确地测试和客观地评估。对污染 物的排放特性以及各种技术手段，控制策略对污染物排放的影响等进行深入的 分析和研究。通过各种不同型式混合动力车辆与常规柴油车辆的对比测试，来 分析不同动力装置混合动力车辆的能耗与排放方面的差异性。结合实际运行过 程中的成本分析，对混合动力公交车的节能环保效益进行分析与评估。 随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染，全球 气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车 技术发展的主攻方向，发展电动汽车将是解决这两个技术难点的最佳途径，混 合动力汽车应运而生。然而，混合动力电动汽车相对于传统的内燃机汽车性能 究竟如何，它的燃油经济性有多大的提高，尾气污染物排放有多大改善等等还 研究不深入，还是很模糊的问题。因此，我们采用车载排放测试技术对混合动 力电动汽车的各项性能进行测试，对不同动力型式混合动力车辆的排放特性进 行对比分析。通过对测试结果的分析，找到影响混合动力公交车排放与能耗的 因素，进而改善车辆的污染物排放，减少车辆能量消耗，为混合动力在公交车 上的应用提供技术支持。同时结合混合动力公交车在实际运行过程中的运行成 本分析，对市场上的混合动力车辆进行节能环保效益的评估，提出与我国新能 源汽车发展相适应的相关建议。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 本文研究的主要内容包括以下几个方面： 第一、研究混合动力汽车技术的特点以及国内外混合动力城市公交车的发 3 武汉理t 大学硕士学位论文 展现状； 第二、研究国内外机动车节能环保效益分析与评价体系： 第三、研究针对不同动力模式城市公交车经济性和排放性测试方法，验证 测试系统的重复性与相关性，建立试验考核和技术验证的基础条件和能力： 第四、借助车载测试技术，依据制定的城市公交车能耗与排放试验规程， 对试验中不同动力系统城市公交车辆进行能耗与排放测试。能耗测试包括燃油 消耗与电能消耗，排放测试包括机动车常规排放污染物( p m ，c o ，h c ，n o x 和 c o ：) ； 第五、将不同模式混合动力公交车与常规柴油车辆进行比较，分析混合动 力车辆的节能减排效果，进一步分析混合动力相对于柴油车的节能环保的优势； 第六、引入v s p 变量建立污染物排放预测方法，将车辆的瞬时运行状态与 排放紧密联系起来，并以此来更真实的反映不同行驶状况对污染物排放的影响， 对混合动力公交车的实际运行和排放特征进行分析。 第七、结合混合动力公交车与传统公交车在实际运行过程中的运营成本， 对不同模式混合动力公交车的节能环保效益进行评估，分析混合动力为环保节 能所付出的成本代价，以及在车辆生命周期内能否收回较柴油车辆多出的成本 增量； 第八、结合我国新能源汽车的发展，特别是混合动力技术在城市公交车上 的应用以及国家政府的大力支持混合动力公交车的发展，提出符合我国国情的 相关建议。 1 3 2 研究技术路线 基于上述研究内容，本课题确定研究路线如图卜1 ： 图卜1 技术路线 4 武汉理上大学硕士学位论文 1 4 混合动力公交车发展现状 1 4 1 国外混合动力客车发展现状 目前全球很多国家都在对混合动力客车进行测试和试运营。在美国，美国 已有超过2 0 0 0 辆的混合动力客车在华盛顿、纽约、洛杉矾、西雅图等2 9 个城 市投入运行。在欧洲，尤其是德国、意大利、瑞典和丹麦，有许多混合动力客 车已经展开测试并投人试运营。 1 、美国混合动力客车应用 现在在美国有3 0 多家的组织机构使用混合动力技术。目前美国发展中重型 混合动力技术的公司有b a es y s t e m s 、e a t o n 、e b u s 、g m a i 一1 i s o n 、i s er e s e a r c h 以及o s h k o s h 等，其产品分别用于城市客车或重型货车。 a v t a ( a d v a n c e dv e h i c l et e s t i n ga c t i v i t y ) 是美国能源部的f r e e d o mc a r a n d v e h i c l et e c h n o l o g i e s ( f c v t ) 计划的一部分，其主要目标是验证应用先进 技术的轻、中、重型车辆的性能，并向运输机构提供关于混合动力城市客车的 信息，以帮助他们选择不同的车辆。a v t a 由i d a h on a t i o n a ll a b o r a t o r y 和 n a t i o n a lr e n e w a b l ee n e r g yl a b o r a t o r y 共同管理。表卜l 列出a v t a 混合动 力城市客车的概况。 表1 - 1a v t a 的混合动力城市客车概况 运输机构地点汽车型号混合动力技术特点 纽约市政运输局曼哈顿， o r i o nv u4 0 串联式混合动力系统，b a e ( n e wy o r kc i t y布朗克 s y s t e m sh y b r i dd r i v e t m t r a n s i t )斯 座城市客车 s y s t e m ( 柴油) 金县城市交通局 n e wf l y e r6 0并联式混合动力系统， ( k in gc o u n t y西雅图座铰链式城市 g m a ll is o ne p 5 0s y s t e m t m ( 柴 m e t r o ) 客车 油) 印第安纳波利斯公印第安 e b u s2 2 座城 串联式混合动力系统， 共交通公司纳波利 市客车 c a p s t o n em i c r ot r u b i n e t m ( 柴 ( i n d y g o ) 斯油) 诺克斯威尔交通公串联式混合动力系统， 司( k n o x v i l l ea r e a 诺克斯e b u s2 2 座城 c a p s t o n em i c r ot r u b i n e t m ( 柴 威尔市客车 t r a n s i t )油) 2 、其它国家和地区的混合动力客车应用情况 9 0 年代开始，一些欧洲城市也丌始试运行混合动力客车。 ( 1 ) t h e r m i e 计划 5 武汉理_ i ：人学硕十学位论文 1 9 9 5 - 1 9 9 8 年由欧盟能源总署支持的t h e r m i e 计划主要支持能源技术的示范 和推广。该项目是欧盟为了应对能源问题挑战的关键的一环，所追求的目标包 括提高能源效率、促进可再生能源的广泛使用、鼓励煤炭等固体燃料的清洁利 用、优化欧盟油气资源的开采等。该计划的运作围绕两条主线：为执行创新性 能源技术项目提供资金；提出能源技术研发战略以及推动能源技术的措施。 在纽伦堡会议提出通过t h e r m i e 计划的专项课题s a g i t t a i r e 来解决混合动 力车的可操作性问题，这个项目由卢森堡、阿利坎特( 西班牙) 、雅典( 希腊) 、 贝桑松( 法国) 、布鲁日( 德国) 、萨沃纳( 意大利) 、辛特拉( 葡萄牙) 、斯塔 万格( 挪威) 和特兰托( 意大利) 等城市合作进行。目标为在足够大的范围和 时段进行混合动力公交车技术的示范以检验混动公交车技术的常规运行条件。 荷兰在t h e r m i e 计划( 1 9 9 4 - 1 9 9 7 ) 的资助下在多德雷赫特城市中心区试运 行3 辆v a nh o o l 的混合动力车。在s a g i t t a i r e 项目的支持下比利时的布鲁日 也在进行了1 辆混合动力车的示范运营。v a nh o o l 的混合动力车是装配铅酸电 池的9 m 长低地板车辆。车宽2 3 m ，使其更适合在古城的狭窄街道更灵活的形 式。 t h e r m i e 计划的交通专项j u p i t e r 旨在削减客运交通的能源消耗，并在城市 区域推广环境友好交通。该项目支持丹麦的奥尔堡运行5 辆s c a n i a - d a b1 2 m 的 混合动力车。 在t h e r m i e 计划的专项e n t r a n c e 的支持下，荷兰的鹿特丹与d e no u d s t e n b u s s e n 、t r a x i s 、和f o k k e rs p e c i a lp r o d u c t s 三家企业合作生产混合动力公 交车。1 9 9 7 年，这款车型在斯图加特举办的u i t p 会议进行展示。专项经费来 自t h e r m i e 计划以及荷兰经济部。 斯德哥尔摩的公交运输公司s l 尝试了一项混合公交车项目，资金来自于瑞 典交通运输研究委员会( k f b ) 以及t h e r m i e 计划的交通专项z e u s 。所使用的 混合动力公交车由s c a n i a 制造。 1 9 9 5 年斯图加特的公交部门为了改善运行条件、乘坐舒适度并减少环境问 题决定在4 2 号线实现一条低地板的公交系统。在t h e r m i e 计划的支持下该市向 e v o b u s 购买了1 9 辆混合动力公交车。 ( 2 ) i v e c o 和a n s a l d o 为意大利的热那亚市设计制造了功辆混合动力城市客 车。该车使用2 5 l 、3 6 7 8k w 的柴油机和3 5k w 的发电机，车轮由一个1l o k w 的感应电机通过减速装置驱动。从1 9 9 6 年丌始，热那亚市公交使用这些混合动 力城市客车进行币常运营。该车在整个行驶循环中3 0 的时间单独使用蓄电池 供电电动机驱动。到1 9 9 7 年时，还有6 0 的车辆能使用，最主要的问题是蓄电 池和柴油机的匹配。实际证明，电力驱动系统是非常可靠的，制动能回收可以 6 武汉理t 大学硕十学位论文 使制动片的使用寿命增加倍。通过底盘测功机测试，在欧洲城市工况循环下， 排放降低了8 0 。然而，燃油的经济性并没有得到提高。 ( 3 ) 丹麦的s c a n i a 也制造了许多混合动力城市客车，其中有6 辆在1 9 9 6 年 提供给g r e a t e rs t o c k h o l m 公交，还有3 辆提供给l u x e m b o u r g 。l u x e m b o u r g 的 3 0 座城市客车使用2 0l 大众的发动机，a l l i s o nt r a n s m i s s i o n 串联式混合动 力系统。发动机运行在恒定转速以降低排放，发电机为u r l a 蓄电池充电。驱动 系统由两个感应电机和减速齿轮组成。该车的最高时速为6 5k m h ，可使用纯 电动模式驱动。 ( 4 ) 德国的w e s e la n ds t u t t g a r t 从1 9 7 6 1 9 8 5 年使用了2 0 辆混合动力城 市客车。该车辆由m a i d 和d a i m l e rb e n z 的城市客车公司改造，为串联式结构， 使用传统的直流电机和发电机，铅酸蓄电池，以及一个小的柴油发动机。这些 车辆成功使用了l o 年，示范运营显示出车辆有良好的加速性能，低噪声，低排 放。然而，直流电机的低效率使整车燃油消耗没有得到降低。 ( 5 ) r 本日野公司( h i n o ) 生产的h i m r 混合动力驱动系统是专为货车和客车 市场一设计的。该系统中三相交流电机装在发动机飞轮里，能起到起动机、电 动机、发电机、制动能回收和减速器这些功能的作用。通过电机在起动和加速 时的辅助作用，使该系统可降低n o x 约2 0 一3 0 ，黑烟7 0 ，微粒5 4 。另外，还 可降低噪声。此外，该系统可以使车辆更快地减速以及提高燃油经济性。h i n o 从1 9 9 1 年开始生产这种混合动力驱动系统，至今在日本已有超过3 0 0 套系统使 用在货车和客车中，这其中包括m a t s u m o t o 电气铁路公司的3 辆混合动力城市 客车。 1 4 2 国内混合动力公交车研究现状 汽车发展至今，已经成为千家万户必不可少的交通工具。然而，随着汽车 数量的不断攀升，世界燃油的存储量逐渐减少，空气污染问题也同益严重，节 能环保已经成为全球最为关注的问题之一，经常在世界范围的多国研讨会上被 提及。有统计表明：在超过8 0 的道路条件下，传统燃油公交车仅利用了其动 力潜能的3 5 ，在市区还会跌至2 5 ，更为严重的是排放废气污染环境。为了解 决“环保”这个迫在眉睫的问题，许多汽车厂商纷纷着手研发新能源、绿色环 保汽车，希望通过引入新能源，获得更多消费者的青睐和国家的大力支持。 2 0 世纪9 0 年代以束，随着世界各国对改善环境的呼声越来越高，各式各 样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目自仃 的电池技术阻碍了电动汽车的推广与应用。由于蓄电池的能量密度与汽油相比 差上百倍，远未达到人们要求的数值，专家估计1 0 年内电动汽车还无法取代燃 油发动机汽车( 除非燃料电池技术有重大突破) 。现实迫使工程师们想出一个两 7 武汉理工大学硕十学位论文 全其美的办法，即开发一种混合动力装置的汽车。 混合动力汽车拥有两种不同动力源，这两种动力源在汽车的不同行驶状念 ( 如起步、低中速、高速、匀速、加速、减速或者制动等) 下分别工作，或者一 起工作。通过这种组合可以减少燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的 目的。由于能量利用率由原来的6 0 7 0 提高到9 5 以上，汽车的热效率可 提高1 0 以上，废气排放可改善3 0 以上。例如，2 0 0 6 年6 月2 7 日在上海大 众公交西南公司9 2 b 线上投入运营的上海首辆混合动力公交车，由大众交通( 集 团) 股份有限公司与厦门金龙旅行车公司联合研制，比普通柴油车的发动机功率 降低1 3 ，大大降低了汽车的燃油消耗，运行时能节省燃油3 0 以上。 1 9 9 9 年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第 一辆混合动力轻型客车。2 0 0 1 年9 月，科技部在“十五”“8 6 3 ”计划中，特别 设立了电动汽车重大专项。自公开招标以来，各分类项目己由一汽集团、东风 集团、上汽集团、中通客车、清华大学和同济大学等汽车企业和科研院校承担。 2 0 0 3 年1 1 月，东风混合动力公交车就已走出实验室，6 辆样车在武汉5 1 0 路公交线路投放使用，与传统燃油公交车展开“插花”运营。2 0 0 5 年1 2 月3 日，国内首条混合动力公交专线5 9 9 绿色专线在武汉开通，投入了1 2 辆油 一电混合动力公交车。2 0 0 6 年4 月9 日，中通客车第一辆混合动力客车成功下 线，受到国家主管部委领导、客车行业和社会各界的广泛关注和高度评价，并 于2 0 0 6 年1 2 月获得2 项国家“十一五”8 6 3 计划节能与新能源汽车重大 专项。除油一电混合动力客车外，北京嘉捷博大、上海交大神舟开发的液压混合 动力城市客车，以及正在德国试运行的电一电混合动力g u l l i v e ru 5 2 0e s p 则属 于新型混合动力客车。北京市政府从2 0 0 7 年1 0 月起先期投入1 0 辆1 2 米低地 板混合动力城市客车丌展示范运行，该示范工程是为奥运会之前批量投放混合 动力公交车运营的前奏，吸引了宇通、中通、金龙、一汽、东风、福f f l 、京华 等1 4 家客车厂商参与竞争，示范项目招标工作最后开标，中通客车、郑州宇 通、厦门金龙、东风电动及京华客车同时中标，此项目j 下在进一步研究之中。 “十五”期间，国家把电动车辆、混合动力电动车辆的产业化、商品化作 为发展重点，并投人巨资，组织相关关键技术的产业化工作。目前，国内多家 汽车生产厂商都完成了混合动力城市客车样车的开发与试制，正在进行产业化 和商品化的准备。2 0 0 8 年1 2 月，我国正式启动了“十城千辆”工程，丌始节 能与新能源汽车大规模商业化示范运行。“十城千辆”工程计划连续3 年在 1 0 个以上有条件的大中城市丌展千辆级混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池 汽车及能源供应基础设施的大规模示范。到2 0 1 0 年示范车辆将达到1 力辆，2 0 1 2 年示范车辆总数超过3 万辆，其中大中型混合动力车辆5 0 0 0 辆，混合动力出租 8 武汉理一i ：人学硕士学位论文 车2 0 0 0 0 辆，其他电动汽车5 0 0 0 辆