不同電功率比下混合動力城市客車經(jīng)濟性的深度剖析與優(yōu)化策略一、緒論1.1研究背景與意義隨著全球汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車在給人們生活帶來極大便利的同時，也引發(fā)了一系列嚴(yán)峻的問題。環(huán)境污染日益加劇，傳統(tǒng)燃油汽車排放的大量尾氣，如一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）以及顆粒物等，成為大氣污染的主要來源之一。據(jù)相關(guān)研究表明，在許多大城市中，機動車尾氣排放對大氣污染的貢獻率高達60%以上，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康和生態(tài)環(huán)境平衡。同時，油氣資源的匱乏問題也愈發(fā)凸顯。石油作為一種不可再生資源，其儲量有限，且全球石油消耗速度持續(xù)增長。國際能源署（IEA）預(yù)測，按照當(dāng)前的消費趨勢，全球石油儲量可能在未來幾十年內(nèi)面臨枯竭的風(fēng)險。這不僅對汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)，也對國家的能源安全產(chǎn)生了深遠影響。為了應(yīng)對環(huán)境污染和油氣資源匱乏這兩大難題，混合動力汽車應(yīng)運而生，成為世界各國汽車廠家關(guān)注的焦點?；旌蟿恿ζ嚽擅畹厝诤狭藗鹘y(tǒng)燃油汽車和電動汽車的優(yōu)點，通過在車輛上配備發(fā)動機和電動機兩套動力系統(tǒng)，實現(xiàn)了能源的多元化利用。在不同的行駛工況下，車輛可以智能地選擇發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動或者兩者協(xié)同驅(qū)動，從而顯著提高能源利用效率，降低尾氣排放。混合動力汽車在制動過程中能夠?qū)⒉糠謩幽苻D(zhuǎn)化為電能并儲存起來，實現(xiàn)能量的回收再利用，進一步提升了能源利用效率。城市客車作為城市公共交通的主力軍，具有行駛路線固定、運行時間規(guī)律以及頻繁啟停等特點。這些特點使得混合動力系統(tǒng)在城市客車上的應(yīng)用優(yōu)勢得以充分彰顯。在頻繁啟停的工況下，電動機可以迅速響應(yīng)，避免了發(fā)動機在低效區(qū)間運行，從而有效降低燃油消耗和尾氣排放。固定的行駛路線也便于對車輛的能源管理進行優(yōu)化，根據(jù)路線特點合理分配發(fā)動機和電動機的工作模式，進一步提高車輛的經(jīng)濟性和環(huán)保性。深入研究不同電功率比的混合動力城市客車的經(jīng)濟性具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義。從節(jié)能角度來看，通過優(yōu)化電功率比，可以使發(fā)動機和電動機在各種工況下都能處于最佳工作狀態(tài)，實現(xiàn)能源的高效利用，從而顯著降低燃油消耗。相關(guān)研究表明，合理匹配電功率比的混合動力城市客車，相較于傳統(tǒng)燃油客車，燃油消耗可降低20%-40%，這對于緩解能源緊張局勢具有重要作用。在成本方面，準(zhǔn)確把握電功率比與經(jīng)濟性的關(guān)系，有助于在車輛設(shè)計和制造過程中，合理選擇動力系統(tǒng)部件，避免過度配置，從而有效降低車輛的購置成本。從長期運營角度看，較低的燃油消耗和維護成本，也能為公交運營企業(yè)節(jié)省大量資金，提高運營效益。對不同電功率比混合動力城市客車經(jīng)濟性的研究，還能為混合動力汽車技術(shù)的發(fā)展提供理論支持和實踐經(jīng)驗，推動整個行業(yè)的技術(shù)進步和創(chuàng)新，加速混合動力汽車的市場化進程，促進汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究進展國外在混合動力汽車技術(shù)領(lǐng)域起步較早，取得了一系列顯著成果。在技術(shù)層面，諸多關(guān)鍵技術(shù)已相對成熟，并在實際應(yīng)用中得到了廣泛驗證。豐田公司作為混合動力汽車技術(shù)的領(lǐng)軍者，其研發(fā)的THS（ToyotaHybridSystem）技術(shù)在全球范圍內(nèi)具有廣泛影響力。以普銳斯車型為代表，豐田通過不斷優(yōu)化動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略，使得普銳斯在燃油經(jīng)濟性方面表現(xiàn)卓越。在城市綜合工況下，普銳斯的百公里油耗相較于同級別傳統(tǒng)燃油汽車可降低30%-40%，展現(xiàn)出混合動力技術(shù)在節(jié)能方面的巨大優(yōu)勢。本田公司的IMA（IntegratedMotorAssist）混合動力系統(tǒng)也獨具特色，該系統(tǒng)采用了較為簡潔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過在發(fā)動機和變速器之間集成一個小型電動機，實現(xiàn)了對發(fā)動機的輔助驅(qū)動和能量回收功能。這種設(shè)計不僅降低了系統(tǒng)成本，還提高了系統(tǒng)的可靠性和效率。在雅閣混合動力車型上，IMA系統(tǒng)的應(yīng)用使得車輛在保持良好動力性能的同時，燃油經(jīng)濟性得到了顯著提升，百公里油耗可降低約25%左右。在電功率比研究和應(yīng)用方面，國外的研究也走在了前列。學(xué)者們通過大量的理論研究和實驗驗證，深入分析了不同電功率比對混合動力汽車性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在城市擁堵工況下，較高的電功率比能夠使電動機更多地參與驅(qū)動，有效避免發(fā)動機在低效區(qū)間運行，從而顯著降低燃油消耗。當(dāng)電功率比達到40%以上時，混合動力汽車在城市工況下的燃油消耗可降低35%以上。一些汽車制造商還根據(jù)不同的車型定位和市場需求，精準(zhǔn)地優(yōu)化電功率比。例如，針對城市通勤型混合動力汽車，提高電功率比以增強其在頻繁啟停工況下的節(jié)能效果；而對于長途旅行型混合動力汽車，則適當(dāng)降低電功率比，以平衡動力性能和燃油經(jīng)濟性。在實際應(yīng)用方面，國外混合動力城市客車的推廣應(yīng)用也取得了一定的成效。在歐洲，許多城市如倫敦、巴黎等都引入了混合動力城市客車，用于城市公共交通運營。這些客車在實際運營中，不僅有效降低了燃油消耗和尾氣排放，還提高了運營效率和服務(wù)質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，倫敦的混合動力城市客車車隊在運營過程中，平均燃油消耗降低了20%左右，氮氧化物排放減少了30%以上，為改善城市空氣質(zhì)量做出了積極貢獻。在北美，美國的一些城市也在積極推廣混合動力城市客車，通過政府補貼和政策支持等手段，鼓勵公交公司采購和使用混合動力客車。洛杉磯的公交公司在引入混合動力城市客車后，運營成本得到了有效控制，同時車輛的可靠性和舒適性也得到了乘客的認(rèn)可。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)在混合動力城市客車領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用近年來取得了長足的進步。在研發(fā)方面，眾多科研機構(gòu)和汽車企業(yè)紛紛加大投入，開展了廣泛而深入的研究。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校在混合動力汽車動力系統(tǒng)優(yōu)化、能量管理策略等方面進行了大量的理論研究和實驗探索，取得了一系列具有重要理論價值和實際應(yīng)用意義的成果。清華大學(xué)提出的基于模型預(yù)測控制的能量管理策略，能夠根據(jù)車輛的行駛工況和電池狀態(tài)，實時優(yōu)化發(fā)動機和電動機的功率分配，有效提高了混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性和動力性能。上海交通大學(xué)在混合動力客車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配方面的研究成果，為企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)提供了重要的技術(shù)支持，通過合理匹配發(fā)動機、電機和電池等部件的參數(shù)，提高了混合動力客車的整體性能和可靠性。國內(nèi)的汽車企業(yè)如宇通、金龍、比亞迪等也在混合動力城市客車的研發(fā)和生產(chǎn)方面取得了顯著成就。宇通客車推出的多款混合動力城市客車，在市場上具有較高的占有率。這些車型采用了先進的混合動力技術(shù)，通過優(yōu)化動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略，實現(xiàn)了良好的燃油經(jīng)濟性和動力性能。在實際運營中，宇通混合動力城市客車的百公里油耗相較于傳統(tǒng)燃油客車可降低25%-35%，節(jié)能效果顯著。金龍客車在混合動力城市客車的輕量化設(shè)計和智能化控制方面進行了創(chuàng)新，通過采用新型材料和優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)，降低了車輛自重，進一步提高了燃油經(jīng)濟性。同時，金龍客車還引入了智能化控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)路況和乘客需求，自動調(diào)整動力系統(tǒng)的工作模式，提升了車輛的運營效率和服務(wù)質(zhì)量。比亞迪則憑借其在電池技術(shù)方面的優(yōu)勢，推出了插電式混合動力城市客車，這類客車具有純電續(xù)航里程長、充電便捷等特點，在城市公共交通領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在深圳等城市，比亞迪插電式混合動力城市客車已成為公交運營的主力車型之一，為城市的綠色出行做出了重要貢獻。在電功率比與經(jīng)濟性研究方面，國內(nèi)學(xué)者和企業(yè)也進行了大量的研究工作。研究結(jié)果表明，合理的電功率比能夠有效提高混合動力城市客車的經(jīng)濟性，但目前在這方面仍存在一些不足之處。一方面，由于國內(nèi)混合動力汽車技術(shù)起步相對較晚，部分關(guān)鍵技術(shù)與國外先進水平相比仍有一定差距，導(dǎo)致在電功率比的優(yōu)化和控制方面還不夠精準(zhǔn)。例如，在電池管理系統(tǒng)和能量回收技術(shù)方面，還需要進一步提高其效率和可靠性，以充分發(fā)揮不同電功率比下混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢。另一方面，國內(nèi)混合動力城市客車的應(yīng)用場景較為復(fù)雜，不同城市的道路條件、交通狀況和運營需求差異較大，這給電功率比的統(tǒng)一優(yōu)化帶來了一定的困難。因此，如何針對不同的應(yīng)用場景，精準(zhǔn)地確定和優(yōu)化電功率比，以實現(xiàn)混合動力城市客車經(jīng)濟性的最大化，是當(dāng)前國內(nèi)研究的重點和難點之一。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究將圍繞混合動力城市客車展開全面而深入的探討，重點聚焦于不同電功率比對其經(jīng)濟性的影響。具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：混合動力城市客車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析：深入剖析混合動力城市客車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，全面比較串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等不同結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機僅作為發(fā)電裝置，不直接參與車輛驅(qū)動，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，易于控制，但能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，能量損失較大；并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機和電動機可同時或單獨驅(qū)動車輛，動力傳遞路徑直接，動力性能較強，但控制策略較為復(fù)雜；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)則綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，兼具良好的燃油經(jīng)濟性和動力性能，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。通過對不同結(jié)構(gòu)形式的詳細分析，結(jié)合城市客車的運行特點，如頻繁啟停、低速行駛等工況，確定最適合混合動力城市客車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)的研究奠定堅實基礎(chǔ)。混合動力城市客車功率匹配研究：基于城市公交運行工況的特征，以中國典型城市公交工況數(shù)據(jù)為依據(jù)，精確分析整車的功率轉(zhuǎn)矩需求。運用數(shù)學(xué)模型和仿真工具，深入研究發(fā)動機、電機、電池等部件之間的功率匹配關(guān)系。確定發(fā)動機和電機的最佳功率配置，以滿足車輛在不同工況下的動力需求，同時實現(xiàn)能源的高效利用。根據(jù)車輛的負載情況、行駛速度和加速度要求等因素，合理選擇電池的容量和類型，確保電池能夠提供穩(wěn)定的電能輸出，并具備良好的充放電性能和壽命?；旌蟿恿Τ鞘锌蛙嚱?jīng)濟性指標(biāo)確定：明確適用于混合動力城市客車的經(jīng)濟性評價指標(biāo)，除了傳統(tǒng)的燃油消耗率外，還將引入全生命周期成本、等效燃油消耗等指標(biāo)，以更全面、準(zhǔn)確地評估車輛的經(jīng)濟性。全生命周期成本包括車輛的購置成本、使用成本、維護成本和報廢成本等多個方面，考慮了車輛在整個使用過程中的所有費用支出，能夠更真實地反映車輛的經(jīng)濟性能。等效燃油消耗則將電能消耗轉(zhuǎn)化為等效的燃油消耗，便于在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下對不同動力源的消耗進行比較。分析各指標(biāo)的計算方法和影響因素，為后續(xù)的經(jīng)濟性分析提供科學(xué)的評價依據(jù)。不同電功率比混合動力城市客車仿真分析：利用專業(yè)的電動汽車仿真軟件，如Advisor、Simulink等，建立混合動力城市客車的整車模型以及發(fā)動機、電機、電池等部件模型。通過設(shè)定不同的電功率比參數(shù)，模擬車輛在各種工況下的運行情況，獲取車輛的燃油消耗、電能消耗、動力性能等數(shù)據(jù)。深入分析不同電功率比對車輛經(jīng)濟性和動力性能的影響規(guī)律，找出在不同工況下使車輛經(jīng)濟性最佳的電功率比范圍。在城市擁堵工況下，較高的電功率比可能使電動機更多地參與驅(qū)動，從而降低燃油消耗；而在高速行駛工況下，適當(dāng)降低電功率比，充分發(fā)揮發(fā)動機的效率優(yōu)勢，可能更有利于提高經(jīng)濟性?；旌蟿恿Τ鞘锌蛙嚱?jīng)濟性優(yōu)化策略研究：根據(jù)仿真分析結(jié)果，結(jié)合實際運行情況，提出針對性的經(jīng)濟性優(yōu)化策略。在控制策略方面，采用智能能量管理策略，根據(jù)車輛的實時工況和電池狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整發(fā)動機和電動機的工作模式和功率分配，實現(xiàn)能量的最優(yōu)利用。在硬件配置方面，通過優(yōu)化動力系統(tǒng)部件的選型和參數(shù)匹配，提高系統(tǒng)效率，降低能耗。選用高效的發(fā)動機和電機，優(yōu)化電池的管理系統(tǒng)，提高能量回收效率等。評估優(yōu)化策略的實際效果，為混合動力城市客車的設(shè)計和運營提供可行的建議。1.3.2研究方法為了確保研究的科學(xué)性和有效性，本研究將綜合運用多種研究方法，相互補充、相互驗證，從不同角度深入探究混合動力城市客車的經(jīng)濟性問題。文獻研究法：全面收集和整理國內(nèi)外關(guān)于混合動力汽車，特別是混合動力城市客車的相關(guān)文獻資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報告、專利文獻、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。了解混合動力汽車的發(fā)展歷程、技術(shù)現(xiàn)狀、研究熱點和趨勢，以及不同電功率比對車輛性能影響的研究成果。通過對文獻的系統(tǒng)分析，掌握前人的研究方法和思路，明確本研究的切入點和創(chuàng)新點，避免重復(fù)研究，為后續(xù)的研究工作提供堅實的理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。理論分析法：基于汽車動力學(xué)、熱力學(xué)、電力電子學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本原理，建立混合動力城市客車的動力系統(tǒng)模型和經(jīng)濟性分析模型。運用數(shù)學(xué)方法和理論推導(dǎo)，深入分析混合動力城市客車在不同工況下的能量流動和轉(zhuǎn)換過程，揭示電功率比與車輛經(jīng)濟性之間的內(nèi)在關(guān)系。通過理論分析，確定影響車輛經(jīng)濟性的關(guān)鍵因素和參數(shù)，為仿真分析和實驗研究提供理論指導(dǎo)。仿真分析法：借助專業(yè)的電動汽車仿真軟件，如Advisor、Simulink等，搭建混合動力城市客車的仿真平臺。在仿真模型中，精確設(shè)置車輛的參數(shù)、行駛工況和控制策略等，模擬車輛在實際運行中的各種情況。通過改變電功率比等關(guān)鍵參數(shù)，進行大量的仿真實驗，獲取車輛在不同工況下的性能數(shù)據(jù)。對仿真數(shù)據(jù)進行深入分析，研究不同電功率比對車輛經(jīng)濟性和動力性能的影響規(guī)律，預(yù)測車輛在不同條件下的性能表現(xiàn)，為車輛的優(yōu)化設(shè)計和控制策略制定提供依據(jù)。實驗研究法：在條件允許的情況下，進行混合動力城市客車的實車實驗。選擇具有代表性的混合動力城市客車車型，在實際道路工況和實驗臺上進行測試。通過安裝傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時采集車輛的運行數(shù)據(jù)，如車速、加速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、電機電流、電池電壓等。對實驗數(shù)據(jù)進行分析和處理，驗證仿真分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過實驗研究，還可以發(fā)現(xiàn)實際運行中存在的問題，為進一步優(yōu)化車輛性能提供實際依據(jù)。二、混合動力城市客車概述2.1混合動力汽車分類混合動力汽車根據(jù)動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作方式，主要可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型，它們在結(jié)構(gòu)、工作原理、優(yōu)缺點及適用場景上各有不同。串聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)較為獨特，發(fā)動機并不直接參與車輛的驅(qū)動，而是作為發(fā)電裝置。當(dāng)車輛運行時，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，這些電能一部分直接供給電動機，驅(qū)動車輛行駛，另一部分則儲存到蓄電池組中。在車輛啟動、低速行駛或需要較小功率時，主要由蓄電池向電動機供電，實現(xiàn)純電驅(qū)動；當(dāng)車輛高速行駛或需要較大功率時，發(fā)動機啟動發(fā)電，與蓄電池共同為電動機提供電能。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，易于實現(xiàn)控制，電動機能夠提供較為平穩(wěn)的動力輸出，使得車輛在行駛過程中的平順性和靜謐性較好。發(fā)動機始終工作在相對穩(wěn)定的工況下，有利于提高發(fā)動機的效率和降低排放。由于能量需要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，從發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為電能，再從電能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動車輛，這中間會產(chǎn)生較多的能量損失，導(dǎo)致能量利用效率相對較低。發(fā)動機與驅(qū)動輪之間沒有直接的機械連接，在高速行駛時，電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩需求變化較大，可能會使電機工作在低效區(qū)間，從而增加能耗。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般適用于城市內(nèi)行駛工況較為復(fù)雜、頻繁啟停的車輛，如城市公交客車等，這類車輛在低速行駛和頻繁啟停的過程中，可以充分發(fā)揮電動機的優(yōu)勢，減少發(fā)動機在低效區(qū)間的運行時間，降低燃油消耗和尾氣排放。并聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機和電動機都可以直接驅(qū)動車輛，它們之間通過動力耦合裝置連接。在車輛運行過程中，根據(jù)不同的行駛工況和需求，發(fā)動機和電動機可以單獨工作，也可以同時工作。在車輛啟動、低速行駛或輕載時，電動機可以單獨驅(qū)動車輛，實現(xiàn)純電行駛，此時發(fā)動機不工作，避免了發(fā)動機在低效區(qū)間運行，降低了燃油消耗和尾氣排放；在高速行駛或需要較大功率時，發(fā)動機可以單獨工作，或者發(fā)動機和電動機共同工作，以滿足車輛的動力需求。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點是動力傳遞路徑直接，在需要較大動力時，發(fā)動機和電動機可以同時輸出動力，使車輛具有較強的動力性能。與串聯(lián)式相比，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較少，能量損失相對較小，在一些工況下能夠提高能量利用效率。由于發(fā)動機和電動機都需要具備單獨驅(qū)動車輛的能力，這就要求發(fā)動機和電動機的功率都不能太小，導(dǎo)致動力系統(tǒng)的成本較高，車輛的自重也會增加。發(fā)動機和電動機的工作協(xié)調(diào)和控制策略較為復(fù)雜，需要精確地匹配兩者的輸出功率，以確保車輛的性能和經(jīng)濟性。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)適用于對動力性能有一定要求，且行駛工況較為多樣化的車輛，如城市中的出租車、輕型商用車等，這些車輛在不同的行駛工況下，都需要能夠靈活地切換動力源，以滿足動力和經(jīng)濟性能的需求?；炻?lián)式混合動力汽車則綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，它既擁有串聯(lián)式系統(tǒng)中發(fā)動機發(fā)電為電動機供電的功能，又具備并聯(lián)式系統(tǒng)中發(fā)動機和電動機直接驅(qū)動車輛的能力。通過復(fù)雜的動力耦合裝置和智能控制系統(tǒng)，混聯(lián)式混合動力汽車可以根據(jù)不同的行駛工況，靈活地選擇串聯(lián)、并聯(lián)或純電等多種工作模式。在低速行駛和城市擁堵工況下，車輛可以采用純電模式或串聯(lián)模式，以降低燃油消耗和尾氣排放；在高速行駛或需要較大動力時，車輛可以切換到并聯(lián)模式，充分發(fā)揮發(fā)動機和電動機的協(xié)同作用，提高動力性能。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)在燃油經(jīng)濟性和動力性能方面都表現(xiàn)出色，能夠在各種工況下實現(xiàn)較好的性能平衡。它可以根據(jù)不同的行駛工況，智能地選擇最佳的工作模式，充分發(fā)揮發(fā)動機和電動機的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)能源的高效利用和較低的尾氣排放?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制策略最為復(fù)雜，需要高度智能化的控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)發(fā)動機、電動機和電池之間的工作，這增加了系統(tǒng)的研發(fā)難度和成本。由于系統(tǒng)復(fù)雜，零部件較多，車輛的可靠性和維護成本也相對較高。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)適用于對燃油經(jīng)濟性和動力性能都有較高要求的車輛，如高端轎車、豪華SUV等，這些車輛的用戶既希望車輛具有良好的動力性能，又對燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性能有較高的期望，混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)能夠較好地滿足他們的需求。2.2混合動力城市客車特點城市公交的運行具有其獨特性，行駛路線相對固定，這使得車輛運行工況具有一定的規(guī)律性，便于對車輛的能源管理和維護進行優(yōu)化。城市公交運行時間較長，一般從清晨運營至深夜，以滿足市民的出行需求。公交車輛需要頻繁啟停，在站點?？可舷鲁丝?，這導(dǎo)致發(fā)動機頻繁處于怠速和低速行駛狀態(tài)，傳統(tǒng)燃油客車在這種工況下燃油消耗量大，尾氣排放嚴(yán)重。車輛在運行過程中還需頻繁加減速，以適應(yīng)交通流量的變化和信號燈的控制。這些運行特點對車輛的動力性能、燃油經(jīng)濟性和排放性能提出了特殊要求?；旌蟿恿Τ鞘锌蛙囋诠?jié)能方面優(yōu)勢顯著。由于其配備了發(fā)動機和電動機兩套動力系統(tǒng)，在城市公交頻繁啟停和低速行駛的工況下，電動機可以發(fā)揮其高效的特性。在車輛起步時，電動機能夠迅速響應(yīng)，提供充足的扭矩，避免了發(fā)動機在低速低效區(qū)間運行，從而有效降低燃油消耗?；旌蟿恿ο到y(tǒng)還具備能量回收功能，在車輛制動過程中，電動機可將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存到電池中，實現(xiàn)能量的回收再利用。據(jù)相關(guān)測試數(shù)據(jù)表明，在典型的城市公交工況下，混合動力城市客車相較于傳統(tǒng)燃油客車，燃油消耗可降低20%-40%，節(jié)能效果十分明顯。在減排方面，混合動力城市客車同樣表現(xiàn)出色。在城市道路上，傳統(tǒng)燃油客車在怠速和低速行駛時會排放大量的污染物，如一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物等。而混合動力城市客車在這些工況下，更多地依靠電動機驅(qū)動，實現(xiàn)了零尾氣排放。即使在發(fā)動機工作時，由于混合動力系統(tǒng)能夠優(yōu)化發(fā)動機的工作狀態(tài)，使其盡量工作在高效低排放區(qū)域，也能顯著減少污染物的排放。經(jīng)實際檢測，混合動力城市客車的尾氣排放相較于傳統(tǒng)燃油客車，一氧化碳排放量可降低50%以上，碳氫化合物排放量降低30%-50%，氮氧化物排放量降低20%-40%，對改善城市空氣質(zhì)量具有重要意義。從降低運營成本角度來看，混合動力城市客車也具有一定優(yōu)勢。雖然其購置成本可能相對傳統(tǒng)燃油客車略高，但從長期運營來看，其節(jié)能效果帶來的燃油費用節(jié)省相當(dāng)可觀。由于混合動力系統(tǒng)減少了發(fā)動機的使用時間和工作強度，發(fā)動機的磨損和零部件更換頻率降低，從而降低了維護保養(yǎng)成本。據(jù)公交運營企業(yè)的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)，混合動力城市客車的年運營成本相較于傳統(tǒng)燃油客車可降低15%-25%，這對于公交運營企業(yè)來說，能夠有效提高運營效益。混合動力城市客車也面臨一些技術(shù)和成本挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，混合動力系統(tǒng)的控制策略較為復(fù)雜，需要精確協(xié)調(diào)發(fā)動機和電動機的工作，以實現(xiàn)最佳的動力性能和燃油經(jīng)濟性。這對車輛的電子控制系統(tǒng)和軟件算法提出了很高的要求，目前仍需要進一步優(yōu)化和完善。電池技術(shù)也是一個關(guān)鍵問題，電池的能量密度、充放電效率、使用壽命和安全性等方面還存在一定的提升空間。電池成本較高，這在一定程度上增加了車輛的整體成本。在成本方面，除了電池成本外，混合動力系統(tǒng)的零部件數(shù)量較多，技術(shù)含量高，導(dǎo)致車輛的購置成本相對較高。雖然長期運營成本有所降低，但較高的初始購置成本可能會使一些公交運營企業(yè)在采購時有所顧慮，這在一定程度上限制了混合動力城市客車的推廣應(yīng)用。2.3電功率比的定義與意義在混合動力城市客車中，電功率比是一個至關(guān)重要的參數(shù)，它指的是電動機的額定功率與整車動力系統(tǒng)總功率（發(fā)動機額定功率與電動機額定功率之和）的比值，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。例如，某混合動力城市客車的發(fā)動機額定功率為100kW，電動機額定功率為50kW，那么其電功率比為50÷(100+50)×100%≈33.3%。電功率比的大小對混合動力城市客車的動力性能有著顯著影響。較高的電功率比意味著電動機在動力系統(tǒng)中所占的比重較大，電動機具有扭矩響應(yīng)迅速的特點，能夠在車輛起步和加速時提供強大的動力支持。在城市公交頻繁啟停的工況下，較高電功率比的車輛能夠更快速地響應(yīng)駕駛員的加速需求，實現(xiàn)平穩(wěn)且迅速的起步和加速，提升了車輛的動力性能和駕駛的舒適性。當(dāng)車輛在市區(qū)道路上需要頻繁超車或快速通過路口時，較高的電功率比使得電動機能夠及時輸出足夠的扭矩，使車輛輕松完成加速動作，避免了因動力不足而導(dǎo)致的超車?yán)щy或延誤通行時間的情況。然而，如果電功率比過高，在高速行駛時，由于電動機的效率特性，可能會導(dǎo)致其工作在低效區(qū)間，從而影響車輛的動力性能和續(xù)航能力。在高速行駛時，發(fā)動機的效率相對較高，若電功率比過高，電動機需要消耗更多的電能來維持車輛的行駛速度，這不僅會增加電能的消耗，還可能導(dǎo)致電池電量過早耗盡，影響車輛的正常行駛。在燃油經(jīng)濟性方面，電功率比也起著關(guān)鍵作用。在城市公交運行中，存在大量的低速行駛和頻繁啟停工況。在這些工況下，發(fā)動機的燃油效率較低，而電動機則能高效運行。當(dāng)電功率比較高時，車輛在低速行駛和啟停過程中更多地依靠電動機驅(qū)動，減少了發(fā)動機在低效區(qū)間的運行時間，從而有效降低了燃油消耗。據(jù)研究表明，在典型的城市公交工況下，當(dāng)電功率比從20%提高到40%時，車輛的燃油消耗可降低15%-25%。合理的電功率比還能優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的工作效果。在車輛制動過程中，電動機可以將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來，較高的電功率比使得電動機在制動能量回收方面具有更大的潛力，能夠回收更多的能量，進一步提高能源利用效率，降低燃油消耗。然而，如果電功率比過低，發(fā)動機在各種工況下的參與度較高，無法充分發(fā)揮電動機在節(jié)能方面的優(yōu)勢，車輛的燃油經(jīng)濟性將受到影響。在頻繁啟停的工況下，發(fā)動機頻繁啟動和低速運行，會消耗大量的燃油，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟性變差。從成本角度來看，電功率比的選擇直接關(guān)系到車輛的成本。電動機和電池等電動部件的成本相對較高，較高的電功率比意味著需要配備功率更大的電動機和容量更大的電池組，這無疑會增加車輛的初始購置成本。在選擇電功率比時，需要綜合考慮車輛的性能需求和成本因素。如果為了追求過高的電功率比而過度增加電動部件的配置，雖然可能會提升車輛的某些性能，但會導(dǎo)致成本大幅上升，這對于公交運營企業(yè)來說可能會增加采購壓力和運營成本。相反，如果電功率比過低，雖然可以降低車輛的初始購置成本，但可能無法滿足車輛在動力性能和燃油經(jīng)濟性方面的要求，從長期運營來看，可能會增加燃油消耗和維護成本。因此，在設(shè)計和選擇混合動力城市客車的電功率比時，需要在成本和性能之間找到一個平衡點，以實現(xiàn)車輛的性價比最大化。三、混合動力城市客車動力系統(tǒng)選型與匹配3.1動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型混合動力城市客車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種類型，每種結(jié)構(gòu)都有其獨特的特點和適用場景。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機與驅(qū)動輪之間沒有直接的機械連接，發(fā)動機僅作為發(fā)電裝置，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，為電動機提供電力，再由電動機驅(qū)動車輛行駛。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是發(fā)動機可以工作在相對穩(wěn)定的工況下，避免了頻繁的啟停和轉(zhuǎn)速波動，有利于提高發(fā)動機的效率和降低排放。由于發(fā)動機不直接參與驅(qū)動，其工作狀態(tài)不受車輛行駛工況的影響，可以始終保持在高效運行區(qū)間，從而降低燃油消耗和尾氣排放。在城市公交的頻繁啟停工況下，發(fā)動機可以在相對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速下發(fā)電，避免了在低效區(qū)間運行，減少了燃油的浪費和污染物的排放。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的控制相對簡單，電動機可以提供較為平穩(wěn)的動力輸出，使車輛行駛更加平順。電動機的扭矩響應(yīng)迅速，能夠在車輛起步和加速時提供充足的動力，提升了駕駛的舒適性。然而，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)也存在一些明顯的缺點。能量需要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，從發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換為電能，再從電能轉(zhuǎn)換為機械能驅(qū)動車輛，這中間會產(chǎn)生較多的能量損失，導(dǎo)致能量利用效率相對較低。在能量轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)電機和電動機的效率不可能達到100%，會有一部分能量以熱能的形式散失掉，從而降低了系統(tǒng)的整體效率。發(fā)動機與驅(qū)動輪之間沒有直接的機械連接，在高速行駛時，電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩需求變化較大，可能會使電機工作在低效區(qū)間，從而增加能耗。由于需要配備較大功率的發(fā)電機和電動機，以及容量較大的電池組來儲存電能，這使得車輛的成本較高，整車質(zhì)量也會增加，進一步影響了車輛的經(jīng)濟性和動力性能。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機和電動機都可以直接驅(qū)動車輛，它們之間通過動力耦合裝置連接。在車輛運行過程中，根據(jù)不同的行駛工況和需求，發(fā)動機和電動機可以單獨工作，也可以同時工作。在車輛啟動、低速行駛或輕載時，電動機可以單獨驅(qū)動車輛，實現(xiàn)純電行駛，此時發(fā)動機不工作，避免了發(fā)動機在低效區(qū)間運行，降低了燃油消耗和尾氣排放。在城市擁堵路段，車輛頻繁啟停，電動機可以迅速響應(yīng)，提供動力，減少了發(fā)動機的怠速時間，從而降低了燃油消耗和污染物的排放。在高速行駛或需要較大功率時，發(fā)動機可以單獨工作，或者發(fā)動機和電動機共同工作，以滿足車輛的動力需求。當(dāng)車輛需要超車或爬坡時，發(fā)動機和電動機可以同時輸出動力，提供強大的驅(qū)動力，保證車輛的動力性能。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的動力傳遞路徑直接，在需要較大動力時，發(fā)動機和電動機可以同時輸出動力，使車輛具有較強的動力性能。與串聯(lián)式相比，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較少，能量損失相對較小，在一些工況下能夠提高能量利用效率。由于發(fā)動機和電動機都需要具備單獨驅(qū)動車輛的能力，這就要求發(fā)動機和電動機的功率都不能太小，導(dǎo)致動力系統(tǒng)的成本較高，車輛的自重也會增加。發(fā)動機和電動機的工作協(xié)調(diào)和控制策略較為復(fù)雜，需要精確地匹配兩者的輸出功率，以確保車輛的性能和經(jīng)濟性。如果控制不當(dāng)，可能會導(dǎo)致發(fā)動機和電動機之間的功率分配不合理，影響車輛的性能和燃油經(jīng)濟性?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點，它既擁有串聯(lián)式系統(tǒng)中發(fā)動機發(fā)電為電動機供電的功能，又具備并聯(lián)式系統(tǒng)中發(fā)動機和電動機直接驅(qū)動車輛的能力。通過復(fù)雜的動力耦合裝置和智能控制系統(tǒng)，混聯(lián)式混合動力汽車可以根據(jù)不同的行駛工況，靈活地選擇串聯(lián)、并聯(lián)或純電等多種工作模式。在低速行駛和城市擁堵工況下，車輛可以采用純電模式或串聯(lián)模式，以降低燃油消耗和尾氣排放。在車輛低速行駛時，電動機可以單獨驅(qū)動車輛，實現(xiàn)零排放運行；當(dāng)電池電量不足時，發(fā)動機可以啟動發(fā)電，為電動機供電，繼續(xù)維持車輛的行駛，此時車輛處于串聯(lián)模式，避免了發(fā)動機在低效區(qū)間運行，降低了燃油消耗和污染物的排放。在高速行駛或需要較大動力時，車輛可以切換到并聯(lián)模式，充分發(fā)揮發(fā)動機和電動機的協(xié)同作用，提高動力性能。當(dāng)車輛高速行駛時，發(fā)動機和電動機可以同時工作，共同提供動力，保證車輛的行駛速度和動力需求?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)在燃油經(jīng)濟性和動力性能方面都表現(xiàn)出色，能夠在各種工況下實現(xiàn)較好的性能平衡。它可以根據(jù)不同的行駛工況，智能地選擇最佳的工作模式，充分發(fā)揮發(fā)動機和電動機的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)能源的高效利用和較低的尾氣排放?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制策略最為復(fù)雜，需要高度智能化的控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)發(fā)動機、電動機和電池之間的工作，這增加了系統(tǒng)的研發(fā)難度和成本。由于系統(tǒng)復(fù)雜，零部件較多，車輛的可靠性和維護成本也相對較高。結(jié)合城市客車的運行工況特點，頻繁啟停、低速行駛以及對動力性能和燃油經(jīng)濟性的較高要求，混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)更為適合。城市客車在運行過程中，經(jīng)常需要在站點?？?，頻繁啟停，這種工況下，純電模式或串聯(lián)模式可以有效降低燃油消耗和尾氣排放。在城市道路上，車輛行駛速度較低，混聯(lián)式系統(tǒng)可以充分發(fā)揮電動機的優(yōu)勢，提供平穩(wěn)的動力輸出。而在需要加速或爬坡時，并聯(lián)模式又能使發(fā)動機和電動機協(xié)同工作，滿足車輛對動力的需求?；炻?lián)式系統(tǒng)能夠在不同工況下實現(xiàn)最佳的動力和經(jīng)濟性能平衡，更符合城市客車的實際運行需求。3.2發(fā)動機選型與參數(shù)確定發(fā)動機作為混合動力城市客車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其功率、扭矩等參數(shù)與客車動力需求密切相關(guān)，直接影響著車輛的動力性能和燃油經(jīng)濟性。發(fā)動機功率決定了車輛的最高行駛速度和加速能力。在城市公交工況下，雖然車輛的最高速度一般限制在60km/h左右，但在實際運行中，經(jīng)常需要進行加速、超車等操作，這就要求發(fā)動機具備足夠的功率儲備，以滿足車輛在不同工況下的動力需求。當(dāng)車輛在平路上以較低速度行駛時，所需的功率相對較小，發(fā)動機可以在較低負荷下運行；而當(dāng)車輛滿載爬坡或需要快速超車時，所需的功率會大幅增加，此時發(fā)動機需要能夠輸出足夠的功率，以保證車輛的動力性能。如果發(fā)動機功率過小，車輛在加速、爬坡等工況下會顯得動力不足，導(dǎo)致行駛緩慢，甚至無法正常行駛，影響公交運營效率和服務(wù)質(zhì)量。發(fā)動機的扭矩則直接影響車輛的起步和爬坡能力。較大的扭矩可以使車輛在起步時更加迅速、平穩(wěn)，避免出現(xiàn)抖動和熄火的情況。在爬坡時，高扭矩能夠提供足夠的牽引力，使車輛順利爬上陡坡。在城市公交運行中，經(jīng)常會遇到一些坡度較大的路段，如橋梁引橋、山區(qū)道路等，如果發(fā)動機扭矩不足，車輛在爬坡時會非常吃力，甚至可能無法爬上坡，影響公交車輛的正常運行。根據(jù)城市公交工況確定發(fā)動機的選型和參數(shù)時，需要綜合考慮多方面因素。中國典型城市公交工況數(shù)據(jù)顯示，城市公交客車的平均車速較低，大多在15-25km/h之間，且行駛過程中頻繁啟停、加減速。這就要求發(fā)動機在低速和中速工況下具有良好的燃油經(jīng)濟性和動力性能。在低速行駛時，發(fā)動機應(yīng)能夠保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，避免出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、油耗過高的情況；在中速行駛時，發(fā)動機應(yīng)能夠高效地輸出功率，滿足車輛的動力需求。還需要考慮發(fā)動機的排放性能。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，城市公交客車的尾氣排放必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在選擇發(fā)動機時，應(yīng)優(yōu)先選擇采用先進排放控制技術(shù)的發(fā)動機，如廢氣再循環(huán)（EGR）、選擇性催化還原（SCR）等技術(shù)，以降低尾氣中污染物的排放。通過對市場上多種發(fā)動機的性能參數(shù)、燃油經(jīng)濟性、排放性能以及可靠性等方面進行綜合比較和分析，最終選定了某型號的發(fā)動機。該發(fā)動機的額定功率為120kW，最大扭矩為600N?m，具有良好的低速扭矩輸出特性，能夠滿足城市公交客車在起步、爬坡等工況下的動力需求。該發(fā)動機采用了先進的燃油噴射技術(shù)和排放控制技術(shù)，燃油經(jīng)濟性較好，尾氣排放符合國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效降低運營成本和對環(huán)境的污染。其可靠性和耐久性也經(jīng)過了市場的檢驗，具有較高的穩(wěn)定性和較低的故障率，能夠保證公交車輛的正常運營，減少維修保養(yǎng)成本。3.3電機選型與參數(shù)確定在混合動力城市客車中，電機的類型、功率、轉(zhuǎn)速等參數(shù)對混合動力系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的影響。不同類型的電機具有各自獨特的性能特點，直流電機曾經(jīng)在早期的混合動力汽車中應(yīng)用較為廣泛，它具有控制簡單、調(diào)速性能好等優(yōu)點，通過改變電樞電壓或勵磁電流就能方便地實現(xiàn)調(diào)速。但直流電機也存在一些明顯的缺點，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要電刷和換向器，這導(dǎo)致其維護工作量大，電刷和換向器在長期使用過程中容易磨損，需要定期更換；能量轉(zhuǎn)換效率相對較低，在運行過程中會產(chǎn)生較大的能量損耗，從而影響車輛的續(xù)航里程和經(jīng)濟性。隨著技術(shù)的發(fā)展，交流異步電機和永磁同步電機逐漸成為混合動力汽車的主流選擇。交流異步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本較低等優(yōu)點。它沒有電刷和換向器，減少了機械磨損和維護需求，運行更加穩(wěn)定可靠。其調(diào)速性能也較好，通過改變電源的頻率和電壓，就可以實現(xiàn)較為寬范圍的調(diào)速。交流異步電機的效率在部分工況下相對較低，尤其是在低速和輕載時，能量轉(zhuǎn)換效率不高，這會導(dǎo)致車輛的能耗增加。永磁同步電機則具有較高的效率和功率密度，在相同體積和重量下，能夠輸出更大的功率。其調(diào)速范圍廣，動態(tài)響應(yīng)快，能夠快速響應(yīng)車輛的動力需求變化，提供更加平穩(wěn)和強勁的動力輸出。永磁同步電機的制造工藝相對復(fù)雜，成本較高，而且永磁材料的性能會受到溫度等因素的影響，在高溫環(huán)境下，永磁體的磁性可能會減弱，從而影響電機的性能。電機的功率和轉(zhuǎn)速參數(shù)直接關(guān)系到車輛的動力性能和燃油經(jīng)濟性。電機功率決定了其能夠輸出的動力大小，足夠的電機功率可以保證車輛在起步、加速、爬坡等工況下具有良好的動力表現(xiàn)。在車輛起步時，需要電機能夠迅速輸出較大的扭矩，使車輛平穩(wěn)啟動；在加速過程中，電機功率越大，車輛的加速能力就越強，能夠更快地達到所需的行駛速度。而在爬坡時，高功率的電機可以提供足夠的牽引力，確保車輛順利爬上陡坡。如果電機功率過小，車輛在這些工況下就會顯得動力不足，影響行駛性能和公交運營效率。電機的轉(zhuǎn)速則影響著車輛的行駛速度和傳動系統(tǒng)的設(shè)計。較高的電機轉(zhuǎn)速可以使車輛實現(xiàn)更高的行駛速度，但同時也對電機的設(shè)計和制造工藝提出了更高的要求。在高速運轉(zhuǎn)時，電機需要具備良好的機械強度和穩(wěn)定性，以確保安全可靠運行。電機轉(zhuǎn)速還與傳動系統(tǒng)的速比設(shè)計密切相關(guān)，合理的速比可以使電機在不同的行駛工況下都能工作在高效區(qū)間，提高能源利用效率。依據(jù)整車動力性能要求和電功率比確定電機參數(shù)時，需要進行詳細的計算和分析。首先，根據(jù)車輛的動力性能指標(biāo)，如最高車速、加速時間、爬坡能力等，結(jié)合車輛的整備質(zhì)量、行駛阻力等因素，利用汽車動力學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型，計算出車輛在各種工況下所需的驅(qū)動功率。考慮車輛在平路上以最高車速行駛時，需要克服滾動阻力、空氣阻力等，根據(jù)這些阻力和車速可以計算出所需的功率；在爬坡工況下，還需要考慮坡度阻力，通過計算坡度阻力和其他阻力之和，以及爬坡時的車速，確定爬坡所需的功率。然后，根據(jù)已確定的電功率比，將整車所需的總功率分配給發(fā)動機和電機。如果已知電功率比為40%，整車在某工況下所需總功率為150kW，那么電機所需提供的功率則為150×40%=60kW。在確定電機功率的基礎(chǔ)上，再根據(jù)電機的特性曲線和車輛的行駛工況要求，選擇合適的電機轉(zhuǎn)速范圍。一般來說，需要考慮電機在低速時的扭矩輸出能力，以滿足車輛起步和爬坡的需求；在高速時，要確保電機能夠穩(wěn)定運行，并且工作在高效區(qū)間，以提高能源利用效率。還需要綜合考慮電機的成本、可靠性、效率等因素，選擇性價比高、性能可靠的電機型號。3.4動力電池選型與參數(shù)確定動力電池作為混合動力城市客車儲能的核心部件，其性能對車輛的續(xù)航里程、動力性能和經(jīng)濟性有著關(guān)鍵影響。目前，市場上常見的動力電池類型主要有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，它們在能量密度、充放電效率、使用壽命等性能指標(biāo)上存在顯著差異。鉛酸電池是一種較為傳統(tǒng)的電池類型，具有成本低、技術(shù)成熟、安全性較高等優(yōu)點。其每單位容量的制造成本相對較低，在一些對成本較為敏感的應(yīng)用場景中具有一定優(yōu)勢。由于其能量密度較低，一般在30-50Wh/kg之間，這意味著為了儲存相同的能量，鉛酸電池的重量較大，會增加車輛的自重，從而影響車輛的動力性能和續(xù)航里程。鉛酸電池的充放電效率也相對較低，一般在70%-80%左右，這使得在充放電過程中會有較多的能量損失，進一步降低了能源利用效率。鉛酸電池的使用壽命相對較短，一般充放電循環(huán)次數(shù)在300-500次左右，頻繁更換電池會增加使用成本和維護工作量。鎳氫電池相較于鉛酸電池，在能量密度上有了一定提升，一般可達到60-120Wh/kg，能夠在一定程度上減輕電池的重量，提高車輛的續(xù)航能力。鎳氫電池的充放電效率也有所提高，通常在80%-90%之間，減少了能量損失。鎳氫電池具有良好的耐過充、過放性能，安全性較高。鎳氫電池的成本相對較高，是鉛酸電池的數(shù)倍，這限制了其大規(guī)模應(yīng)用。其充放電速度相對較慢，無法滿足一些對快速充放電有較高要求的應(yīng)用場景。鎳氫電池的自放電率較高，在儲存過程中會損失較多的電量，需要定期充電維護。鋰離子電池具有較高的能量密度，目前常見的鋰離子電池能量密度可達100-300Wh/kg，能夠為車輛提供更長的續(xù)航里程。其充放電效率高，一般在90%-95%以上，能夠有效減少能量損耗，提高能源利用效率。鋰離子電池的使用壽命相對較長，充放電循環(huán)次數(shù)可達1000-3000次，降低了使用成本和維護頻率。鋰離子電池也存在一些不足之處，其成本相對較高，雖然隨著技術(shù)的發(fā)展和規(guī)?；a(chǎn)，成本有所下降，但仍然是制約其廣泛應(yīng)用的因素之一。鋰離子電池的安全性問題一直備受關(guān)注，在過充、過熱等情況下，可能會出現(xiàn)起火、爆炸等危險，需要配備完善的電池管理系統(tǒng)來確保安全。根據(jù)混合動力城市客車的能量需求、充電時間和使用壽命等要求，綜合比較各種電池的性能和成本，鋰離子電池更適合作為混合動力城市客車的動力電池。在城市公交運行中，客車需要頻繁啟停和行駛一定的里程，鋰離子電池的高能量密度能夠滿足車輛在不同工況下的能量需求，減少充電次數(shù)，提高運營效率。其長使用壽命也能降低電池更換成本，符合公交運營的長期需求。雖然鋰離子電池成本較高，但隨著技術(shù)的不斷進步和市場規(guī)模的擴大，成本有望進一步降低。確定鋰離子電池的參數(shù)時，需要根據(jù)整車的動力性能和續(xù)航里程要求進行精確計算。根據(jù)車輛的整備質(zhì)量、行駛阻力、最高車速、加速性能等參數(shù)，結(jié)合城市公交工況特點，利用汽車動力學(xué)原理和能量守恒定律，計算出車輛在各種工況下所需的能量?？紤]車輛在平路上以最高車速行駛時，需要克服滾動阻力、空氣阻力等，根據(jù)這些阻力和車速可以計算出所需的能量；在爬坡工況下，還需要考慮坡度阻力，通過計算坡度阻力和其他阻力之和，以及爬坡時的車速和行駛距離，確定爬坡所需的能量。再根據(jù)電池的能量密度和充放電效率等參數(shù)，確定電池的容量和數(shù)量。如果已知車輛在典型城市公交工況下每天行駛的里程和所需的能量，以及所選鋰離子電池的能量密度為150Wh/kg，充放電效率為92%，通過計算可以確定滿足車輛一天運行能量需求所需的電池容量。還需要考慮電池的放電深度、充電時間等因素，以確保電池能夠穩(wěn)定可靠地工作，滿足公交運營的實際需求。3.5傳動系統(tǒng)選型與參數(shù)確定傳動系統(tǒng)是混合動力城市客車動力傳輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，其性能直接影響車輛的動力性、經(jīng)濟性和可靠性。常見的傳動系統(tǒng)類型包括手動變速器（MT）、自動變速器（AT）、無級變速器（CVT）和雙離合變速器（DCT），它們各自具有獨特的特點。手動變速器結(jié)構(gòu)相對簡單，由齒輪、軸、同步器等部件組成。其工作原理是通過手動操作換擋桿，改變齒輪的嚙合狀態(tài)，從而實現(xiàn)不同的傳動比。手動變速器的優(yōu)點是傳動效率高，一般可達90%-95%，能夠有效地將發(fā)動機的動力傳遞到驅(qū)動輪，減少能量損失。由于其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本相對較低，維修保養(yǎng)也較為方便。手動變速器需要駕駛員頻繁操作換擋桿，在城市公交頻繁啟停的工況下，駕駛員的勞動強度較大，容易疲勞。而且手動換擋的準(zhǔn)確性和及時性對駕駛員的駕駛技術(shù)要求較高，如果換擋不當(dāng)，可能會導(dǎo)致動力中斷、頓挫等問題，影響車輛的行駛平順性和乘客的舒適性。自動變速器采用液力變矩器、行星齒輪機構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)等部件來實現(xiàn)自動換擋。液力變矩器能夠在一定程度上緩沖發(fā)動機的扭矩波動，使車輛起步更加平穩(wěn)。行星齒輪機構(gòu)通過不同齒輪的組合，實現(xiàn)多個固定的傳動比。液壓控制系統(tǒng)根據(jù)車速、油門開度等信號，自動控制換擋執(zhí)行元件，實現(xiàn)換擋操作。自動變速器的換擋過程平穩(wěn)，能夠顯著減輕駕駛員的勞動強度，提高駕駛的舒適性。它可以根據(jù)車輛的行駛工況自動選擇合適的傳動比，使發(fā)動機工作在相對高效的區(qū)域，從而提高燃油經(jīng)濟性。自動變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件眾多，制造成本較高。由于液力變矩器在傳遞動力時存在一定的能量損失，其傳動效率相對較低，一般在80%-90%之間。無級變速器通過金屬帶和可變直徑的帶輪來實現(xiàn)傳動比的連續(xù)變化。在工作過程中，金屬帶在帶輪上的位置可以根據(jù)車速和發(fā)動機工況進行調(diào)整，從而實現(xiàn)無級變速。無級變速器的最大優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)傳動比的連續(xù)變化，使發(fā)動機始終工作在最佳工況點附近，從而最大限度地提高燃油經(jīng)濟性。在車輛行駛過程中，無級變速器可以根據(jù)路況和駕駛需求，實時調(diào)整傳動比，使發(fā)動機保持在高效運行區(qū)間，降低燃油消耗。無級變速器的換擋過程非常平順，幾乎沒有頓挫感，能夠為乘客提供更加舒適的乘坐體驗。無級變速器的承載能力相對有限，在需要較大扭矩輸出的情況下，如車輛滿載爬坡時，可能會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，影響車輛的動力性能。而且其制造成本較高，對制造工藝和材料的要求也比較嚴(yán)格。雙離合變速器有兩組離合器，分別控制不同的齒輪組。一組離合器負責(zé)控制奇數(shù)擋，另一組離合器負責(zé)控制偶數(shù)擋。在換擋時，預(yù)先將下一個擋位的齒輪嚙合，當(dāng)需要換擋時，通過控制離合器的切換，實現(xiàn)快速換擋。雙離合變速器結(jié)合了手動變速器和自動變速器的優(yōu)點，具有傳動效率高、換擋迅速等特點。其傳動效率可達到90%左右，在換擋過程中，動力中斷時間極短，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、平穩(wěn)的換擋，提高車輛的動力性能和駕駛樂趣。雙離合變速器在城市公交頻繁啟停的工況下，能夠快速響應(yīng)駕駛員的操作，使車輛的加速和減速更加順暢。雙離合變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制精度要求高，制造成本也相對較高。在低速行駛時，由于離合器的頻繁切換，可能會出現(xiàn)頓挫現(xiàn)象，影響駕駛舒適性。而且其可靠性和耐久性還有待進一步提高，維護保養(yǎng)成本也相對較高。根據(jù)發(fā)動機、電機和整車的參數(shù)匹配傳動系統(tǒng)的速比時，需要綜合考慮多方面因素。要滿足車輛的動力性能要求，確保在不同工況下都能提供足夠的驅(qū)動力。在車輛起步時，需要較大的傳動比，以提供足夠的扭矩，使車輛能夠順利啟動；在高速行駛時，需要較小的傳動比，以降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，提高燃油經(jīng)濟性。還要考慮電機的工作特性，使電機能夠在高效區(qū)間運行。不同類型的電機具有不同的轉(zhuǎn)速-扭矩特性，在匹配速比時，要確保電機在各種工況下都能工作在其高效區(qū)間，以提高能源利用效率。還需要考慮傳動系統(tǒng)的傳動效率，選擇傳動效率高的傳動系統(tǒng)類型和參數(shù)，以減少能量損失。在實際匹配過程中，通常需要利用汽車動力學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合車輛的整備質(zhì)量、行駛阻力、最高車速、加速性能等參數(shù)，計算出不同工況下所需的傳動比范圍，然后通過優(yōu)化算法確定最佳的傳動比組合。傳動系統(tǒng)的傳動效率也是一個重要參數(shù)，它直接影響車輛的燃油經(jīng)濟性。不同類型的傳動系統(tǒng)傳動效率不同，在選型和參數(shù)確定過程中，要盡量選擇傳動效率高的傳動系統(tǒng)。自動變速器中，采用先進的液力變矩器鎖止技術(shù)和多片濕式離合器的自動變速器，其傳動效率相對較高；無級變速器中，通過優(yōu)化金屬帶和帶輪的設(shè)計，提高其傳動效率；雙離合變速器通過優(yōu)化離合器的控制策略，減少換擋過程中的能量損失，提高傳動效率。還可以通過合理設(shè)計傳動系統(tǒng)的潤滑和冷卻系統(tǒng)，降低摩擦損失，提高傳動效率。在潤滑系統(tǒng)方面，選擇合適的潤滑油和潤滑方式，確保傳動部件之間的良好潤滑；在冷卻系統(tǒng)方面，設(shè)計高效的冷卻裝置，及時帶走傳動系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的熱量，保證傳動系統(tǒng)的正常工作溫度，從而提高傳動效率。四、混合動力城市客車經(jīng)濟性指標(biāo)與計算方法4.1經(jīng)濟性指標(biāo)燃油經(jīng)濟性是衡量混合動力城市客車經(jīng)濟性的重要指標(biāo)之一，它直接反映了車輛在運行過程中的燃油消耗情況。通常以單位行駛里程的燃油消耗量來表示，如升/百公里（L/100km）。在城市公交運營中，燃油費用是主要的運營成本之一，因此燃油經(jīng)濟性的高低對運營成本有著顯著影響。一輛燃油經(jīng)濟性好的混合動力城市客車，能夠在相同的行駛里程下消耗更少的燃油，從而降低運營成本。根據(jù)實際運營數(shù)據(jù)統(tǒng)計，某款混合動力城市客車在典型城市公交工況下的燃油消耗量為25L/100km，而同類型傳統(tǒng)燃油客車的燃油消耗量為35L/100km，相比之下，混合動力城市客車的燃油經(jīng)濟性優(yōu)勢明顯，可有效降低燃油成本。燃油經(jīng)濟性還與車輛的動力系統(tǒng)匹配、能量管理策略以及行駛工況等因素密切相關(guān)。合理的動力系統(tǒng)匹配和先進的能量管理策略能夠使發(fā)動機和電動機在不同工況下協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而提高燃油經(jīng)濟性。在頻繁啟停的城市公交工況下，通過優(yōu)化能量管理策略，使電動機更多地參與驅(qū)動，減少發(fā)動機在低效區(qū)間的運行時間，可顯著降低燃油消耗。電動模式續(xù)航里程是指混合動力城市客車在純電動模式下能夠行駛的最大里程數(shù)，單位為公里（km）。對于混合動力城市客車而言，較長的電動模式續(xù)航里程具有重要意義。在城市公交運營中，部分路段或時間段可能對尾氣排放有嚴(yán)格要求，此時純電動模式可以實現(xiàn)零尾氣排放，滿足環(huán)保要求。在一些市中心區(qū)域或環(huán)境敏感地帶，公交車輛需要以純電動模式運行，以減少對空氣質(zhì)量的影響。較長的電動模式續(xù)航里程還可以降低燃油消耗，進一步提高車輛的經(jīng)濟性。當(dāng)電動模式續(xù)航里程足夠長時，車輛在大部分運營時間內(nèi)可以依靠電力驅(qū)動，減少發(fā)動機的使用頻率，從而降低燃油成本。某款混合動力城市客車的電動模式續(xù)航里程為50km，在城市公交運營中，每天有部分路段可以使用純電動模式行駛，按照每天行駛200km計算，若電動模式行駛里程占總里程的25%，則每天可減少燃油消耗約3L，長期下來，可節(jié)省大量燃油費用。電動模式續(xù)航里程主要取決于電池的容量、能量密度以及車輛的能耗等因素。電池容量越大、能量密度越高，且車輛能耗越低，電動模式續(xù)航里程就越長。因此，提高電池技術(shù)水平和優(yōu)化車輛能耗是增加電動模式續(xù)航里程的關(guān)鍵。總續(xù)航里程是混合動力城市客車在燃油和電能共同作用下能夠行駛的最大里程數(shù)，單位同樣為公里（km）?？偫m(xù)航里程綜合反映了車輛的能源利用能力和持續(xù)行駛能力，對于城市公交運營的可靠性至關(guān)重要。在實際運營中，公交車輛需要連續(xù)行駛較長的距離，以滿足市民的出行需求。如果總續(xù)航里程不足，可能會導(dǎo)致車輛在運營過程中出現(xiàn)能源耗盡的情況，影響正常運營秩序。一輛總續(xù)航里程為500km的混合動力城市客車，能夠滿足城市公交一天的運營需求，即使在電池電量不足時，發(fā)動機也可以持續(xù)工作，為車輛提供動力，確保車輛能夠完成全天的運營任務(wù)。總續(xù)航里程受到燃油儲備量、電池容量以及車輛能耗等多種因素的制約。為了提高總續(xù)航里程，需要在保證車輛動力性能和安全性的前提下，合理增加燃油儲備量和電池容量，同時優(yōu)化車輛的能量管理策略，降低能耗。全生命周期成本是指混合動力城市客車從生產(chǎn)制造、使用、維護保養(yǎng)到報廢處理整個過程中所產(chǎn)生的所有成本之和。它包括初始購置成本、使用成本、維護成本和報廢處理成本等多個方面。初始購置成本主要包括車輛的采購價格、購置稅、保險費等；使用成本涵蓋燃油費用、電費、停車費等；維護成本包括定期保養(yǎng)費用、零部件更換費用、維修費用等；報廢處理成本則包括車輛報廢時的回收費用和處理費用等。全生命周期成本能夠全面、真實地反映車輛在整個使用過程中的經(jīng)濟成本，為公交運營企業(yè)的決策提供重要依據(jù)。雖然混合動力城市客車的初始購置成本可能相對較高，但由于其在使用過程中的燃油經(jīng)濟性和較低的維護成本，從全生命周期成本的角度來看，可能具有一定的優(yōu)勢。某公交運營企業(yè)對混合動力城市客車和傳統(tǒng)燃油客車進行了全生命周期成本分析，結(jié)果顯示，混合動力城市客車的初始購置成本比傳統(tǒng)燃油客車高10%，但在使用5年后，由于混合動力城市客車的燃油消耗和維護成本較低，其全生命周期成本與傳統(tǒng)燃油客車基本相當(dāng)，而在使用10年后，混合動力城市客車的全生命周期成本則明顯低于傳統(tǒng)燃油客車。因此，在評估混合動力城市客車的經(jīng)濟性時，全生命周期成本是一個不可或缺的重要指標(biāo)。4.2電機當(dāng)量油耗計算方法在混合動力城市客車中，電機的能量消耗需要轉(zhuǎn)化為當(dāng)量油耗，以便在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下評估車輛的能源消耗和經(jīng)濟性。電機當(dāng)量油耗是指將電機消耗的電能按照一定的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，折算為相當(dāng)于消耗燃油的量，其概念的引入主要是為了方便在燃油消耗這一統(tǒng)一維度下，對混合動力汽車中不同動力源的能量消耗進行綜合比較和分析。在實際運行中，混合動力城市客車的動力來源既包括燃油發(fā)動機，也包括電機，通過將電機的電能消耗轉(zhuǎn)化為當(dāng)量油耗，能夠直觀地了解車輛在整個運行過程中的能源消耗情況，為車輛的性能評估、能耗優(yōu)化以及成本分析等提供統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。電機當(dāng)量油耗的計算基于電能與燃油能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)能量守恒定律，能量在轉(zhuǎn)換過程中總量保持不變，但實際的能量轉(zhuǎn)換效率并非100%。在混合動力汽車中，從燃油的化學(xué)能到機械能的轉(zhuǎn)換過程中，發(fā)動機存在能量損失；從電能到機械能的轉(zhuǎn)換過程中，電機和相關(guān)控制系統(tǒng)也存在能量損失。通常情況下，需要考慮發(fā)動機的熱效率和電機的工作效率。假設(shè)電機消耗的電能為E（單位：kWh），電機的工作效率為\eta_m，發(fā)動機的熱效率為\eta_e，汽油的熱值為q（單位：kJ/L），則電機當(dāng)量油耗V（單位：L）的計算公式推導(dǎo)如下：首先，電機消耗的電能E轉(zhuǎn)換為機械能時，實際輸出的機械能為E\times\eta_m。而燃油發(fā)動機要產(chǎn)生相同的機械能，需要消耗的燃油能量為\frac{E\times\eta_m}{\eta_e}。由于汽油的熱值為q，那么消耗的燃油體積V可通過燃油能量除以汽油熱值得到，即V=\frac{E\times\eta_m}{\eta_e\timesq}。電機工作效率和電能與燃油能量轉(zhuǎn)換關(guān)系對當(dāng)量油耗有著顯著影響。電機工作效率\eta_m越高，在消耗相同電能的情況下，能夠輸出的機械能就越多，根據(jù)上述公式，電機當(dāng)量油耗就越低。這是因為高效的電機能夠更有效地將電能轉(zhuǎn)化為機械能，減少了能量在轉(zhuǎn)換過程中的損失。當(dāng)電機工作效率從80%提高到90%時，在其他條件不變的情況下，電機當(dāng)量油耗會降低約11%（假設(shè)原來當(dāng)量油耗為V_1=\frac{E\times0.8}{\eta_e\timesq}，提高效率后當(dāng)量油耗為V_2=\frac{E\times0.9}{\eta_e\timesq}，則\frac{V_1-V_2}{V_1}=\frac{\frac{E\times0.8}{\eta_e\timesq}-\frac{E\times0.9}{\eta_e\timesq}}{\frac{E\times0.8}{\eta_e\timesq}}\approx11\%）。電能與燃油能量轉(zhuǎn)換關(guān)系主要體現(xiàn)在發(fā)動機熱效率\eta_e和汽油熱值q上。發(fā)動機熱效率越高，將燃油化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能的比例就越大，在計算電機當(dāng)量油耗時，相同機械能對應(yīng)的燃油消耗就越少。如果發(fā)動機熱效率從30%提高到35%，電機當(dāng)量油耗會降低約14%（計算方法同電機工作效率變化對當(dāng)量油耗的影響計算）。汽油熱值是一個固定值，但不同品質(zhì)的汽油可能會略有差異，在計算電機當(dāng)量油耗時，通常采用標(biāo)準(zhǔn)汽油熱值。如果在實際應(yīng)用中，使用了熱值更高的汽油，在相同的能量轉(zhuǎn)換條件下，計算得到的電機當(dāng)量油耗會相對降低，因為相同體積的高熱值汽油能夠提供更多的能量。綜上所述，電機當(dāng)量油耗的計算綜合考慮了電機工作效率、發(fā)動機熱效率以及汽油熱值等因素，這些因素相互關(guān)聯(lián)，共同影響著電機當(dāng)量油耗的大小。在混合動力城市客車的設(shè)計和運行過程中，提高電機工作效率和發(fā)動機熱效率，合理利用能源，對于降低電機當(dāng)量油耗，提高車輛的經(jīng)濟性具有重要意義。4.3全生命周期成本計算方法為了全面、準(zhǔn)確地評估混合動力城市客車的經(jīng)濟性，構(gòu)建全生命周期成本模型是至關(guān)重要的。全生命周期成本涵蓋了車輛從采購、使用、維護到最終報廢回收的整個過程中所產(chǎn)生的所有成本。在構(gòu)建模型時，需要充分考慮車輛購置成本、使用成本、維修成本和報廢回收成本等多個關(guān)鍵因素。車輛購置成本主要包括車輛的購買價格以及在購置過程中產(chǎn)生的相關(guān)稅費等。車輛的購買價格通常受到車輛品牌、型號、配置以及市場供需關(guān)系等多種因素的影響。不同品牌和型號的混合動力城市客車，其技術(shù)水平、動力系統(tǒng)配置和車身結(jié)構(gòu)等存在差異，導(dǎo)致購買價格各不相同。一些高端品牌的混合動力城市客車，可能配備了更先進的動力系統(tǒng)和智能化配置，其購買價格相對較高；而一些普通品牌的車型，價格則相對較低。購置稅是按照車輛購置價格的一定比例征收的，不同地區(qū)的購置稅政策可能會有所不同。在計算車輛購置成本時，需要根據(jù)實際情況準(zhǔn)確確定車輛購買價格和購置稅等相關(guān)費用。使用成本主要由燃油費用和電費構(gòu)成。燃油費用根據(jù)車輛的燃油消耗率和燃油價格來計算。燃油消耗率受到車輛的動力系統(tǒng)性能、行駛工況、駕駛習(xí)慣等多種因素的影響。在城市公交工況下，頻繁啟停和低速行駛會導(dǎo)致燃油消耗增加；而合理的駕駛習(xí)慣，如平穩(wěn)加速、避免急剎車等，可以降低燃油消耗。燃油價格則受到國際油價波動、國內(nèi)稅收政策等因素的影響，具有一定的不確定性。電費的計算則依據(jù)車輛的電能消耗和電價。電能消耗與電機的效率、行駛工況以及電池的性能等有關(guān)。在純電動模式下，車輛的電能消耗主要取決于行駛里程和電機的能耗；而在混合動力模式下，電能消耗還受到發(fā)動機的工作狀態(tài)和能量回收系統(tǒng)的影響。電價也會因地區(qū)、用電時段等因素而有所不同，峰谷電價制度下，不同時段的電價差異較大。維修成本涵蓋了車輛在使用過程中為保持其正常運行而進行的各種維修和保養(yǎng)費用。這包括定期保養(yǎng)費用，如更換機油、濾清器、剎車片等易損件的費用，以及零部件更換費用和故障維修費用等。定期保養(yǎng)是確保車輛性能和可靠性的重要措施，其費用通常根據(jù)車輛的行駛里程和保養(yǎng)項目來確定。零部件更換費用則取決于零部件的種類、品牌和質(zhì)量等因素。一些關(guān)鍵零部件，如發(fā)動機、電機、電池等，其更換成本較高；而一些普通零部件的更換成本相對較低。故障維修費用則因故障的類型和嚴(yán)重程度而異，復(fù)雜的故障可能需要更多的維修工時和昂貴的維修配件，從而導(dǎo)致維修成本大幅增加。報廢回收成本涉及車輛達到使用壽命后進行報廢處理時的相關(guān)費用以及可能獲得的回收價值。在報廢處理過程中，需要支付拆解費用、環(huán)保處理費用等。拆解費用用于將車輛拆解成各個零部件，以便進行分類回收和處理；環(huán)保處理費用則用于處理車輛報廢過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，如廢舊電池、廢油、廢氣等，以確保不對環(huán)境造成污染。車輛的回收價值主要取決于車輛的剩余零部件的可再利用價值和廢舊材料的回收價格。一些仍具有一定使用價值的零部件可以進行再銷售或再制造，從而獲得一定的回收收入；廢舊材料，如金屬、塑料等，可以按照市場價格進行回收。在計算各項成本時，需要準(zhǔn)確確定相關(guān)參數(shù)。對于燃油消耗率和電能消耗等參數(shù)，可以通過實車測試、仿真分析或者參考車輛的技術(shù)手冊等方式獲取。在實車測試中，選擇具有代表性的混合動力城市客車，在典型的城市公交工況下進行測試，使用專業(yè)的測試設(shè)備記錄車輛的行駛里程、燃油消耗和電能消耗等數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確確定燃油消耗率和電能消耗。對于維修成本的估算，可以參考公交運營企業(yè)的歷史維修數(shù)據(jù)，分析不同車型、不同行駛里程下的維修費用情況，結(jié)合市場上維修配件和服務(wù)的價格水平，進行合理的估算。對于報廢回收成本，需要了解當(dāng)?shù)氐膱髲U處理政策和市場行情，確定拆解費用、環(huán)保處理費用以及廢舊材料的回收價格等參數(shù)。通過準(zhǔn)確確定這些參數(shù)，能夠更加精確地計算全生命周期成本，為混合動力城市客車的經(jīng)濟性評估提供可靠的數(shù)據(jù)支持。五、不同電功率比混合動力城市客車經(jīng)濟性仿真分析5.1仿真軟件介紹在混合動力汽車的研究與開發(fā)過程中，Advisor軟件作為一款專業(yè)且功能強大的仿真工具，發(fā)揮著不可或缺的重要作用。Advisor軟件全稱為AdvancedVehicleSimulator，即高級車輛仿真器，它是由美國可再生能源實驗室（NationalRenewableEnergyLaboratory）精心打造，并基于Matlab/Simulink軟件環(huán)境開發(fā)而成。該軟件自1994年11月投入開發(fā)與使用以來，功能不斷拓展與完善，目前已成為汽車仿真領(lǐng)域的重要工具之一，能夠?qū)鹘y(tǒng)汽車、純電動汽車以及混合動力汽車的多種性能進行快速且精準(zhǔn)的分析。Advisor軟件具備豐富且全面的功能。在混合動力汽車的仿真分析中，它能夠全方位模擬車輛在各種復(fù)雜工況下的運行狀態(tài)，涵蓋加速、減速、勻速行駛、爬坡等常見行駛場景，以及城市擁堵、郊區(qū)道路、高速公路等不同路況。通過對這些工況的模擬，研究人員可以深入了解混合動力汽車在不同條件下的性能表現(xiàn)，包括動力性能、燃油經(jīng)濟性、電能消耗以及排放情況等關(guān)鍵指標(biāo)。在城市擁堵工況下，軟件可以準(zhǔn)確模擬車輛頻繁啟停時發(fā)動機和電動機的工作狀態(tài)，以及能量的消耗與回收情況，從而為優(yōu)化車輛在該工況下的能源利用效率提供數(shù)據(jù)支持。從模塊組成來看，Advisor軟件包含多個相互關(guān)聯(lián)且功能各異的子系統(tǒng)模型。動力總成模型詳細描述了發(fā)動機、電動機、變速器等核心動力部件的工作特性和性能參數(shù)，為整車動力性能的仿真提供基礎(chǔ)。發(fā)動機模型能夠精確模擬發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和負荷下的輸出功率、扭矩以及燃油消耗情況，幫助研究人員分析發(fā)動機在混合動力系統(tǒng)中的工作效率和優(yōu)化空間。電動機模型則專注于電動機的特性，包括其轉(zhuǎn)速、扭矩、效率等參數(shù)，以及在不同工況下的響應(yīng)特性，為合理匹配電動機與發(fā)動機的工作提供依據(jù)。電池模型是Advisor軟件的重要組成部分，它能夠準(zhǔn)確模擬電池的充放電過程、容量變化、內(nèi)阻特性以及壽命衰減等情況。通過該模型，研究人員可以了解電池在不同使用條件下的性能表現(xiàn)，為電池的選型、管理和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。在不同的充放電倍率下，電池的實際可用容量和充放電效率會發(fā)生變化，電池模型可以清晰地展示這些變化，幫助研究人員制定合理的電池使用策略。傳動系統(tǒng)模型則主要描述了車輛傳動部件的工作原理和性能特點，如齒輪傳動比、傳動軸的扭矩傳遞等，它對于研究車輛動力傳遞效率和能量損失具有重要意義。車輛動力學(xué)模型基于汽車動力學(xué)原理，考慮了車輛的質(zhì)量、慣性、輪胎特性、空氣阻力等因素，能夠準(zhǔn)確模擬車輛在行駛過程中的動力學(xué)響應(yīng)，如加速度、速度變化、轉(zhuǎn)向特性等，為整車性能的綜合評估提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。在使用方法上，用戶啟動Advisor軟件后，首先會進入整車輸入界面。該界面直觀展示了車輛的整體結(jié)構(gòu)和動力傳動系統(tǒng)布局，用戶可以清晰地看到發(fā)動機、電機、控制器、電池等關(guān)鍵組件及其之間的能量傳遞路徑。通過點擊“Start”按鈕，用戶能夠深入查看車輛結(jié)構(gòu)圖，全面了解車輛各部件的連接方式和工作關(guān)系。在整車輸入界面，用戶還可以根據(jù)研究需求，靈活配置不同的動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如串聯(lián)式、并聯(lián)式或混聯(lián)式等，以滿足對不同混合動力汽車結(jié)構(gòu)的仿真分析要求。參數(shù)編輯是使用Advisor軟件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。用戶可以通過點擊各個組件，如發(fā)動機、電機、電池等，輕松進入對應(yīng)的參數(shù)編輯窗口。在這個窗口中，用戶能夠?qū)M件的各種參數(shù)進行詳細設(shè)定，包括額定功率、扭矩、效率、容量等關(guān)鍵參數(shù)。用戶還可以根據(jù)實際研究需要，自定義.m文件，添加或刪除特定參數(shù)，同時也能夠方便地查看和編輯已有的參數(shù)文件，完成參數(shù)調(diào)整后點擊“Done”確認(rèn)即可。這種靈活的參數(shù)編輯方式，使得用戶能夠根據(jù)不同的研究目的和實際車輛參數(shù)，精確構(gòu)建仿真模型，提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。Advisor軟件還提供了可視化效率曲線功能，這一功能為研究人員分析車輛性能提供了直觀且便捷的手段。在圖形化界面中，用戶可以根據(jù)左側(cè)下拉菜單選擇需要查看的部件，如發(fā)動機、電機、電池等，右側(cè)下拉菜單則用于選擇不同工況下的曲線，如不同轉(zhuǎn)速、負荷、充放電倍率等條件下的效率曲線。通過觀察這些效率曲線，研究人員可以直觀地了解部件在不同工況下的工作效率變化情況，從而找出部件的最佳工作區(qū)間和性能優(yōu)化方向。通過查看發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和負荷下的效率曲線，研究人員可以確定發(fā)動機在何種工況下效率最高，進而優(yōu)化發(fā)動機的工作模式和控制策略，提高整車的燃油經(jīng)濟性。參數(shù)調(diào)用與修改是Advisor軟件的另一大優(yōu)勢。軟件內(nèi)置了.loadfile功能，用戶可以通過該功能方便地調(diào)用完整的車輛參數(shù)模型，如“M11_ISG_in.m”文件，該文件可用于代表特定車型的參數(shù)配置。如果用戶需要對某個部分參數(shù)進行調(diào)整，只需直接在軟件中進行修改即可，比如對電機的額定功率、電池的容量等參數(shù)進行微調(diào)，然后再次進行仿真，便能夠?qū)崟r觀察到參數(shù)變化對車輛性能產(chǎn)生的影響。這種便捷的參數(shù)調(diào)用與修改方式，大大提高了研究人員的工作效率，使得他們能夠快速驗證不同參數(shù)配置下車輛的性能表現(xiàn)，為混合動力汽車的優(yōu)化設(shè)計提供了有力支持。5.2模型建立在深入研究混合動力城市客車經(jīng)濟性的過程中，借助Advisor軟件強大的仿真功能，構(gòu)建全面且精確的部件模型和整車模型是至關(guān)重要的。這些模型將為后續(xù)的仿真分析提供堅實的基礎(chǔ)，幫助我們深入了解不同電功率比下混合動力城市客車的性能表現(xiàn)和能量流動規(guī)律。發(fā)動機模型的構(gòu)建是整個仿真模型的關(guān)鍵部分之一。在Advisor軟件中，通過精確設(shè)置發(fā)動機的各項參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬發(fā)動機在不同工況下的性能表現(xiàn)。發(fā)動機的額定功率是其重要參數(shù)之一，它決定了發(fā)動機能夠輸出的最大功率，直接影響車輛的動力性能。在城市公交工況下，頻繁的加速和爬坡操作需要發(fā)動機能夠提供足夠的功率支持，因此準(zhǔn)確設(shè)定發(fā)動機額定功率對于模擬車輛在這些工況下的運行至關(guān)重要。最大扭矩也是發(fā)動機的關(guān)鍵參數(shù)，它反映了發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下輸出的扭矩大小，直接關(guān)系到車輛的起步和加速能力。在車輛起步時，需要發(fā)動機輸出較大的扭矩，使車輛能夠順利啟動并迅速達到行駛速度；在加速過程中，發(fā)動機的扭矩輸出決定了車輛的加速快慢。燃油消耗率曲線則描述了發(fā)動機在不同工況下的燃油消耗情況，是評估發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的重要依據(jù)。通過在軟件中準(zhǔn)確設(shè)置燃油消耗率曲線，能夠真實地模擬發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速和負荷下的燃油消耗，為分析混合動力城市客車的燃油經(jīng)濟性提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。電機模型同樣不可或缺，它能夠精確模擬電機的特性，為混合動力系統(tǒng)的性能分析提供重要依據(jù)。電機的額定功率和最大扭矩決定了電機的動力輸出能力，在混合動力城市客車中，電機的動力輸出與發(fā)動機協(xié)同工作，共同滿足車輛的動力需求。在車輛起步和低速行駛時，電機可以單獨提供動力，實現(xiàn)純電驅(qū)動，此時電機的額定功率和最大扭矩直接影響車輛的起步和加速性能。效率曲線則反映了電機在不同工況下的能量轉(zhuǎn)換效率，它對于評估電機的能耗和經(jīng)濟性具有重要意義。在實際運行中，電機的效率會隨著轉(zhuǎn)速和負載的變化而變化，通過準(zhǔn)確模擬電機的效率曲線，能夠優(yōu)化電機的工作狀態(tài)，提高能量利用效率，降低能耗?？刂撇呗砸彩请姍C模型的重要組成部分，它決定了電機在混合動力系統(tǒng)中的工作模式和功率分配。合理的控制策略能夠使電機在不同工況下與發(fā)動機實現(xiàn)最佳協(xié)同工作，提高混合動力系統(tǒng)的整體性能。在車輛加速時，控制策略可以根據(jù)駕駛員的需求和車輛的行駛狀態(tài)，合理分配發(fā)動機和電機的功率，使車輛能夠迅速加速并保持穩(wěn)定的行駛狀態(tài)。電池模型的構(gòu)建對于研究混合動力城市客車的能量存儲和供應(yīng)至關(guān)重要。在Advisor軟件中，詳細設(shè)置電池的容量、內(nèi)阻、充放電效率等參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬電池在不同工況下的性能變化。電池容量決定了電池能夠存儲的電能總量，直接影響車輛的電動模式續(xù)航里程和總續(xù)航里程。在城市公交運營中，較長的電動模式續(xù)航里程可以減少發(fā)動機的使用頻率，降低燃油消耗和尾氣排放，因此準(zhǔn)確設(shè)定電池容量對于評估車輛的節(jié)能效果具有重要意義。內(nèi)阻則影響電池的充放電性能，內(nèi)阻越大，電池在充放電過程中的能量損失就越大，會降低電池的實際可用容量和充放電效率。充放電效率反映了電池在充放電過程中能量轉(zhuǎn)換的效率，它對于評估電池的能耗和使用壽命具有重要意義。荷電狀態(tài)（SOC）是電池模型中的一個關(guān)鍵參數(shù)，它表示電池剩余電量的百分比，直接影響電池的性能和使用壽命。通過實時監(jiān)測和控制電池的SOC，可以避免電池過充和過放，延長電池的使用壽命，提高電池的安全性和可靠性。在車輛運行過程中，根據(jù)電池的SOC和車輛的行駛工況，合理調(diào)整發(fā)動機和電機的工作模式，能夠優(yōu)化電池的使用，提高混合動力系統(tǒng)的整體性能。變速箱模型在混合動力城市客車的動力傳輸和性能優(yōu)化中起著重要作用。在構(gòu)建變速箱模型時，準(zhǔn)確設(shè)置傳動比、效率等參數(shù)，能夠模擬變速箱在不同工況下的工作狀態(tài)。傳動比決定了發(fā)動機和電機輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速在傳遞到車輪時的變化比例，它直接影響車輛的動力性能和燃油經(jīng)濟性。在車輛起步和爬坡時，需要較大的傳動比，以提供足夠的扭矩，使車輛能夠順利啟動和爬上陡坡；在高速行駛時，需要較小的傳動比，以降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，提高燃油經(jīng)濟性。變速箱的效率則反映了其在動力傳輸過程中的能量損失情況，高效率的變速箱能夠減少能量損失，提高動力傳輸效率，從而提升車輛的整體性能。整車控制模型是混合動力城市客車仿真模型的核心，它負責(zé)協(xié)調(diào)各個部件的工作，實現(xiàn)車輛的高效運行。在構(gòu)建整車控制模型時，充分考慮車輛的行駛工況、駕駛員的操作意圖以及各個部件的狀態(tài)，制定合理的控制策略。在不同的行駛工況下，如城市擁堵、郊區(qū)道路和高速公路等，整車控制模型需要根據(jù)實際情況靈活調(diào)整發(fā)動機、電機和電池的工作模式和功率分配。在城市擁堵工況下，車輛頻繁啟停，此時整車控制模型可以優(yōu)先使用電機驅(qū)動，避免發(fā)動機在低效區(qū)間運行，降低燃油消耗和尾氣排放；在郊區(qū)道路和高速公路等工況下，根據(jù)車輛的行駛速度和負載情況，合理分配發(fā)動機