串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的多維度研究與實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車保有量持續(xù)攀升，能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。國(guó)際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，交通領(lǐng)域的石油消耗占全球石油總消耗的較大比重，且汽車尾氣排放已成為城市空氣污染的主要來源之一，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。在這樣的大背景下，發(fā)展節(jié)能、環(huán)保的新能源汽車已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)的共識(shí)和發(fā)展方向。公交車作為城市公共交通的主力軍，具有運(yùn)行路線固定、行駛里程長(zhǎng)、載客量大等特點(diǎn)，其能源消耗和尾氣排放對(duì)城市能源和環(huán)境的影響不容忽視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛傳統(tǒng)燃油公交車在城市工況下的百公里油耗可達(dá)30-50升，排放的污染物如氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）等對(duì)城市空氣質(zhì)量造成了較大壓力。因此，降低公交車的能源消耗和尾氣排放，對(duì)于緩解城市能源短缺和改善城市環(huán)境質(zhì)量具有重要意義?；旌蟿?dòng)力汽車作為一種過渡型新能源汽車，結(jié)合了傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，通過合理的能量管理策略，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作，在提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車作為混合動(dòng)力汽車的一種重要類型，其發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)直接機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于發(fā)電，電能通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。這種結(jié)構(gòu)形式使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在高效工作區(qū)運(yùn)行，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在頻繁啟停和低速行駛等低效工況下的運(yùn)行，從而有效提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，減少了尾氣排放。此外，優(yōu)化串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性，還具有以下重要意義：降低運(yùn)營(yíng)成本：對(duì)于公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)而言，燃油成本是其主要運(yùn)營(yíng)成本之一。提高公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性，能夠顯著降低燃油消耗，減少運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。以一個(gè)中等規(guī)模城市的公交公司為例，若擁有1000輛公交車，每輛公交車每天行駛200公里，百公里油耗降低5升，按照當(dāng)前柴油價(jià)格計(jì)算，每年可節(jié)省燃油成本數(shù)百萬(wàn)元。促進(jìn)公交行業(yè)可持續(xù)發(fā)展：在能源和環(huán)境雙重壓力下，公交行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。優(yōu)化串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性，是實(shí)現(xiàn)公交行業(yè)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的重要舉措，有助于推動(dòng)城市公共交通向綠色、低碳方向轉(zhuǎn)型。推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)：對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化研究，涉及到動(dòng)力系統(tǒng)匹配、能量管理策略、控制技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。這些技術(shù)的突破和應(yīng)用，不僅能夠提升串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，還將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車領(lǐng)域的研究起步較早，取得了一系列的研究成果。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）開展了大量關(guān)于混合動(dòng)力汽車能量管理策略的研究，提出了基于規(guī)則和優(yōu)化算法的能量管理策略，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電池和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同控制，有效提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。如NREL研發(fā)的一種能量管理策略，能根據(jù)車輛實(shí)時(shí)工況和電池狀態(tài)，智能調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作模式，使車輛在城市工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性提高了15%-20%。日本豐田、本田等汽車公司在混合動(dòng)力汽車技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，他們不僅在混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)匹配和能量管理策略方面進(jìn)行了深入研究，還實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力汽車的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用。豐田的普銳斯混合動(dòng)力汽車，采用了先進(jìn)的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)和智能能量管理策略，在全球市場(chǎng)取得了巨大成功，其燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能得到了廣泛認(rèn)可。歐洲的一些汽車制造商如奔馳、沃爾沃等也在積極開展串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的研發(fā)和應(yīng)用，注重提高車輛的可靠性、安全性和舒適性，同時(shí)在混合動(dòng)力系統(tǒng)的集成和優(yōu)化方面取得了顯著進(jìn)展。奔馳推出的一款串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車，通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)布局和能量管理策略，使車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性提高了12%左右，并且在車輛的操控性能和乘坐舒適性方面也有了明顯提升。國(guó)內(nèi)對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的研究相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。許多高校和科研機(jī)構(gòu)，如清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、武漢理工大學(xué)、中國(guó)汽車技術(shù)研究中心等，都在積極開展相關(guān)研究工作。清華大學(xué)在混合動(dòng)力汽車的能量管理策略和控制技術(shù)方面取得了一系列成果，提出了基于模型預(yù)測(cè)控制的能量管理策略，該策略通過對(duì)車輛未來工況的預(yù)測(cè)，提前優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，有效提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能。上海交通大學(xué)則專注于混合動(dòng)力公交車動(dòng)力系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化研究，通過建立數(shù)學(xué)模型和仿真分析，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池等部件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，提高了動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率。武漢理工大學(xué)以天津清源電動(dòng)車輛責(zé)任有限公司承擔(dān)的國(guó)家863項(xiàng)目“混合動(dòng)力公交車”為依托，開展了優(yōu)化串聯(lián)式混合動(dòng)力客車燃油經(jīng)濟(jì)性的研究。確定了串聯(lián)式混合動(dòng)力客車獨(dú)特的匹配方式以及效率分布，分析了整車各部分的控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)以及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素，并提出了綜合功率跟隨式與恒溫器式控制策略的轉(zhuǎn)矩選擇式控制策略以及綜合串聯(lián)式制動(dòng)回收策略與并聯(lián)式制動(dòng)回收策略的混聯(lián)式制動(dòng)回收策略，通過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，有效提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處：在動(dòng)力系統(tǒng)匹配方面，雖然已經(jīng)有一些研究成果，但如何進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)各部件的參數(shù)匹配，以提高動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率和可靠性，仍有待深入研究。不同的動(dòng)力系統(tǒng)部件組合和參數(shù)設(shè)置會(huì)對(duì)車輛的性能產(chǎn)生顯著影響，目前還缺乏一套系統(tǒng)的、通用的動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化方法。在能量管理策略方面，現(xiàn)有的能量管理策略大多基于特定的工況和假設(shè)條件，對(duì)復(fù)雜多變的實(shí)際行駛工況適應(yīng)性不足。實(shí)際道路行駛工況中，車輛的行駛速度、負(fù)載、路況等因素頻繁變化，現(xiàn)有的能量管理策略難以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地根據(jù)這些變化調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果受限。在控制技術(shù)方面，混合動(dòng)力公交車的控制系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同工作，如何提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的高效通信和精確控制，仍是需要解決的關(guān)鍵問題?？刂葡到y(tǒng)的延遲和不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作不協(xié)調(diào)，影響車輛的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。在試驗(yàn)研究方面，由于串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的試驗(yàn)成本較高，試驗(yàn)條件復(fù)雜，現(xiàn)有的試驗(yàn)研究大多集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或特定的試驗(yàn)場(chǎng)，對(duì)實(shí)際運(yùn)行工況下的試驗(yàn)研究相對(duì)較少。實(shí)際運(yùn)行工況中的各種因素，如駕駛員的駕駛習(xí)慣、不同地區(qū)的氣候條件和道路狀況等，都會(huì)對(duì)車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，因此需要更多的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)來驗(yàn)證和優(yōu)化研究成果。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化，從多個(gè)關(guān)鍵方面展開系統(tǒng)研究：動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化：深入剖析串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車動(dòng)力系統(tǒng)各部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池等的工作特性與相互關(guān)系。通過建立精確的數(shù)學(xué)模型，全面分析各部件參數(shù)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)整體性能和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。運(yùn)用優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化匹配，在確保車輛動(dòng)力性能滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求的前提下，使動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最高，從而有效降低燃油消耗。例如，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出曲線，使其在常用工況下運(yùn)行在高效區(qū)域，同時(shí)合理匹配發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率，實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸和利用。能量管理策略優(yōu)化：全面研究串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量流動(dòng)特性和不同工況下的能量需求特點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)有能量管理策略在實(shí)際應(yīng)用中的不足，提出創(chuàng)新性的優(yōu)化策略。結(jié)合先進(jìn)的控制理論，如模型預(yù)測(cè)控制、模糊控制等，充分考慮車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、電池荷電狀態(tài)（SOC）、道路工況等因素，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池之間的協(xié)同優(yōu)化控制，確保能量在各部件之間的合理分配和高效利用，進(jìn)一步提升燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，基于模型預(yù)測(cè)控制的能量管理策略，通過對(duì)車輛未來行駛工況的預(yù)測(cè)，提前調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，避免能量的浪費(fèi)和不必要的轉(zhuǎn)換。控制技術(shù)研究與優(yōu)化：深入研究串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車控制系統(tǒng)的架構(gòu)和工作原理，分析各子系統(tǒng)之間的通信和協(xié)調(diào)機(jī)制。運(yùn)用先進(jìn)的控制技術(shù)，如分布式控制、自適應(yīng)控制等，提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的高效協(xié)同工作。開發(fā)智能化的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的操作意圖，自動(dòng)調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和能量分配策略，提高車輛的操控性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，采用分布式控制技術(shù)，將控制系統(tǒng)的任務(wù)分配到各個(gè)子系統(tǒng)中，減少系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)和響應(yīng)延遲，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。仿真分析與驗(yàn)證：利用專業(yè)的車輛仿真軟件，如ADVISOR、Cruise等，建立精確的串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車整車仿真模型。對(duì)優(yōu)化后的動(dòng)力系統(tǒng)匹配方案和能量管理策略進(jìn)行全面的仿真分析，詳細(xì)研究其在不同工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性能和排放性能。通過仿真結(jié)果，深入分析各項(xiàng)優(yōu)化措施的有效性和不足之處，為進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。例如，在ADVISOR軟件中，搭建串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的仿真模型，設(shè)置不同的工況參數(shù)，如城市工況、郊區(qū)工況、高速工況等，對(duì)優(yōu)化前后的方案進(jìn)行對(duì)比仿真，分析燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果。實(shí)驗(yàn)研究與實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證：在仿真分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)際車輛的實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)車道路試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)，采集車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如燃油消耗、動(dòng)力性能、電池狀態(tài)等，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正。將優(yōu)化后的技術(shù)方案應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)營(yíng)的串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車，跟蹤監(jiān)測(cè)車輛的實(shí)際運(yùn)行情況，評(píng)估優(yōu)化措施在實(shí)際應(yīng)用中的效果和可靠性，為公交企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。例如，選擇一定數(shù)量的串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車進(jìn)行實(shí)車改造，安裝優(yōu)化后的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路上進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證優(yōu)化方案的實(shí)際效果。1.3.2研究方法本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和有效性：理論分析方法：通過查閱大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，深入研究串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的工作原理、動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、能量管理策略和控制技術(shù)等基礎(chǔ)理論知識(shí)。運(yùn)用數(shù)學(xué)建模和分析方法，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各部件的性能參數(shù)、能量流動(dòng)特性以及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素進(jìn)行深入剖析，為后續(xù)的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。例如，建立發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗模型、電動(dòng)機(jī)的效率模型以及電池的充放電模型等，通過理論計(jì)算和分析，研究各部件參數(shù)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律。仿真模擬方法：利用專業(yè)的車輛仿真軟件，建立串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的整車仿真模型。通過設(shè)置不同的工況條件和參數(shù)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)匹配方案、能量管理策略和控制技術(shù)進(jìn)行仿真模擬分析。對(duì)比不同方案的仿真結(jié)果，評(píng)估各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性能、排放性能等，篩選出最優(yōu)的方案，為實(shí)際實(shí)驗(yàn)研究提供參考。例如，在Cruise軟件中，建立包含發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池和車輛動(dòng)力學(xué)模型的整車仿真模型，模擬車輛在不同工況下的運(yùn)行情況，分析不同能量管理策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。實(shí)證研究方法：開展實(shí)際車輛的實(shí)驗(yàn)研究，包括臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車道路試驗(yàn)。在臺(tái)架試驗(yàn)中，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各部件進(jìn)行性能測(cè)試和優(yōu)化調(diào)整；在實(shí)車道路試驗(yàn)中，采集車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)，驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和優(yōu)化方案的實(shí)際效果。將優(yōu)化后的技術(shù)方案應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)營(yíng)的公交車，通過長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，評(píng)估技術(shù)方案在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，為公交企業(yè)的決策提供實(shí)際依據(jù)。例如，在臺(tái)架試驗(yàn)中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試，優(yōu)化其匹配參數(shù)；在實(shí)車道路試驗(yàn)中，使用高精度的油耗測(cè)量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，記錄車輛在不同工況下的燃油消耗和動(dòng)力性能數(shù)據(jù)。二、串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車原理與現(xiàn)狀2.1工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池和電動(dòng)機(jī)等部件組成，其工作原理是發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與驅(qū)動(dòng)車輛，而是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制器輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在這個(gè)過程中，電池作為儲(chǔ)能裝置，起到功率平衡和能量存儲(chǔ)的作用。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率大于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)，多余的電能會(huì)為電池充電；當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率低于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)，電池會(huì)向電動(dòng)機(jī)提供額外的電能，以滿足車輛的功率需求。在不同的行駛工況下，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的工作模式也有所不同：純電驅(qū)動(dòng)模式：當(dāng)電池電量充足且車輛處于低負(fù)荷行駛狀態(tài)時(shí)，如在市區(qū)低速行駛或短距離行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅由電池提供能量，通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛。這種模式下，車輛實(shí)現(xiàn)了零排放，減少了對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也降低了噪音。純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：當(dāng)電池電量充足且車輛處于中高速穩(wěn)定行駛工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)直接為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供能，此時(shí)電池既不供電也不從發(fā)電單元獲取電能。發(fā)動(dòng)機(jī)在高效工作區(qū)運(yùn)行，能夠提高能源利用效率，降低燃油消耗?；旌向?qū)動(dòng)模式：在車輛加速、爬坡等需要較大功率的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)和電池同時(shí)提供能量驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以滿足車輛的動(dòng)力需求。這種模式充分發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的優(yōu)勢(shì)，保證了車輛的動(dòng)力性能。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電池充電模式：當(dāng)車輛處于低負(fù)荷行駛且電池電量較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能一部分輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以維持車輛的行駛，另一部分為電池充電，補(bǔ)充電池的能量。動(dòng)能回收模式：在車輛制動(dòng)和下坡等工況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并回收存儲(chǔ)到電池中，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用，提高了能源利用效率。這種模式不僅減少了制動(dòng)系統(tǒng)的磨損，還延長(zhǎng)了電池的使用壽命。電池充電模式：當(dāng)車輛靜止且電池電量較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能全部用于為電池充電，以確保電池在車輛下次啟動(dòng)時(shí)具有足夠的電量。串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有以下優(yōu)勢(shì)：一是發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，不受車輛行駛工況的影響，可以始終工作在最佳的經(jīng)濟(jì)區(qū)域或低排放區(qū)域，從而有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和排放。據(jù)相關(guān)研究表明，與傳統(tǒng)燃油公交車相比，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性可提高20%-30%，排放污染物可減少30%-50%。二是車輛在擁堵路段、起步和低速行駛時(shí)，可僅依靠電池進(jìn)行功率輸出，實(shí)現(xiàn)純電行駛，不僅減少了尾氣排放，還降低了噪音污染，提高了城市居民的生活環(huán)境質(zhì)量。三是由于有電池的協(xié)助，發(fā)動(dòng)機(jī)只需滿足車輛在某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行工況所需的功率即可，因此可以選用較小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的成本和重量，同時(shí)也減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)成本。2.2燃油經(jīng)濟(jì)性的重要性在城市公共交通領(lǐng)域，燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)于串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車而言，具有舉足輕重的地位，其重要性主要體現(xiàn)在降低公交運(yùn)營(yíng)成本和減少環(huán)境污染兩個(gè)關(guān)鍵方面，這對(duì)于公交行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。從降低公交運(yùn)營(yíng)成本的角度來看，燃油成本在公交企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本中占據(jù)著相當(dāng)大的比重。以某城市公交公司為例，其擁有1000輛公交車，平均每輛公交車每天行駛200公里，若百公里油耗降低3升，按照當(dāng)前柴油價(jià)格每升7元計(jì)算，每天可節(jié)省燃油費(fèi)用42000元，一年（按365天計(jì)算）則可節(jié)省燃油成本高達(dá)1533萬(wàn)元。這一顯著的成本降低，直接增加了公交企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，使其在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中更具優(yōu)勢(shì)。提高燃油經(jīng)濟(jì)性還能減少發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)頻率和成本。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效經(jīng)濟(jì)區(qū)域時(shí)，其零部件的磨損和損耗相對(duì)較小，從而延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少了維修和更換零部件的費(fèi)用。例如，某公交公司通過優(yōu)化車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，使發(fā)動(dòng)機(jī)的大修周期從原來的3年延長(zhǎng)至4年，每年節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用數(shù)十萬(wàn)元。從減少環(huán)境污染的層面分析，燃油經(jīng)濟(jì)性的提升與尾氣排放的減少緊密相關(guān)。傳統(tǒng)燃油公交車在運(yùn)行過程中會(huì)排放大量的污染物，如氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）等，這些污染物對(duì)城市空氣質(zhì)量和居民健康造成了嚴(yán)重威脅。相關(guān)研究表明，燃油經(jīng)濟(jì)性每提高10%，氮氧化物排放量可降低8%-10%，顆粒物排放量可降低12%-15%。串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車通過優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性，能夠有效減少發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間和燃油消耗，從而降低尾氣中污染物的排放。在城市擁堵路段，傳統(tǒng)燃油公交車發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于怠速或低速運(yùn)行狀態(tài)，燃油燃燒不充分，排放大量污染物；而串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車在這些工況下可切換至純電驅(qū)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)零排放，顯著減少了對(duì)城市環(huán)境的污染。這不僅有助于改善城市空氣質(zhì)量，還能減少居民因空氣污染導(dǎo)致的健康問題，降低醫(yī)療成本，提高居民的生活質(zhì)量。在公交行業(yè)發(fā)展中，燃油經(jīng)濟(jì)性的提升是推動(dòng)公交行業(yè)向綠色、低碳、可持續(xù)方向發(fā)展的核心要素之一。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)性的關(guān)注度不斷提高，公交行業(yè)作為城市交通的重要組成部分，面臨著巨大的節(jié)能減排壓力。提高串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性，符合時(shí)代發(fā)展的潮流和趨勢(shì)，有助于公交行業(yè)樹立良好的社會(huì)形象，贏得政府和公眾的支持。同時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)性的提升還能促進(jìn)公交行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和升級(jí)，推動(dòng)相關(guān)企業(yè)加大在新能源技術(shù)、動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化、能量管理策略等方面的研發(fā)投入，提高公交車輛的技術(shù)水平和性能，增強(qiáng)公交行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，為公交行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.3現(xiàn)有技術(shù)水平與面臨挑戰(zhàn)當(dāng)前，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車在燃油經(jīng)濟(jì)性方面已取得顯著技術(shù)成果。在動(dòng)力系統(tǒng)部件研發(fā)上，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷升級(jí)，其效率得到有效提升，能夠更穩(wěn)定地工作在高效經(jīng)濟(jì)區(qū)域。例如，一些新型發(fā)動(dòng)機(jī)采用了先進(jìn)的燃油噴射技術(shù)和燃燒優(yōu)化技術(shù)，使得燃油燃燒更加充分，有效降低了燃油消耗。發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率也在逐步提高，能夠更高效地將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，減少能量損失。電動(dòng)機(jī)的性能也有了較大改進(jìn)，其功率密度和效率都有顯著提升，能夠更高效地將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。電池技術(shù)的進(jìn)步也為串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的發(fā)展提供了有力支持，新型電池如鋰離子電池的能量密度不斷提高，充放電效率提升，循環(huán)壽命增長(zhǎng)，使得電池能夠更好地滿足車輛的能量存儲(chǔ)和釋放需求。在能量管理策略方面，已經(jīng)提出并應(yīng)用了多種策略，如功率跟隨策略、恒溫器策略等。功率跟隨策略能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)功率需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的輸出功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作在高效區(qū)域，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。恒溫器策略則通過設(shè)定電池的SOC上下限，當(dāng)電池SOC低于下限時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)電為電池充電；當(dāng)電池SOC高于上限時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，車輛依靠電池驅(qū)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的合理協(xié)同工作，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。這些策略在一定程度上實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池之間的協(xié)同工作，對(duì)提升燃油經(jīng)濟(jì)性起到了積極作用。然而，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車在進(jìn)一步提升燃油經(jīng)濟(jì)性方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。在動(dòng)力系統(tǒng)匹配方面，雖然各部件性能不斷提升，但如何實(shí)現(xiàn)各部件之間的最優(yōu)匹配，仍然是一個(gè)關(guān)鍵問題。不同品牌和型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池在性能、參數(shù)和特性上存在差異，如何選擇合適的部件組合，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以確保動(dòng)力系統(tǒng)在各種工況下都能高效運(yùn)行，是需要深入研究的課題。若發(fā)動(dòng)機(jī)功率過大，會(huì)導(dǎo)致在低負(fù)荷工況下燃油浪費(fèi)；若發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配不佳，會(huì)影響發(fā)電效率和能量傳輸效率。而且動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和耐久性也是需要關(guān)注的重點(diǎn)，復(fù)雜的工況和頻繁的能量轉(zhuǎn)換對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)部件的可靠性和耐久性提出了很高要求，如何提高動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性和耐久性，降低維護(hù)成本，也是亟待解決的問題。在能量管理策略方面，現(xiàn)有的策略大多基于理想工況假設(shè)，對(duì)復(fù)雜多變的實(shí)際行駛工況適應(yīng)性不足。實(shí)際道路行駛中，車輛的行駛工況復(fù)雜多樣，包括城市擁堵路況、郊區(qū)道路、高速公路等，不同工況下車輛的功率需求和行駛特性差異較大?，F(xiàn)有的能量管理策略難以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地根據(jù)實(shí)際工況的變化做出最優(yōu)決策，導(dǎo)致能量分配不合理，影響燃油經(jīng)濟(jì)性。在城市擁堵路況下，頻繁的啟停和低速行駛使得車輛的功率需求波動(dòng)較大，現(xiàn)有的能量管理策略可能無(wú)法及時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的工作狀態(tài)，導(dǎo)致能量浪費(fèi)。而且如何綜合考慮車輛的動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的能量管理策略，也是當(dāng)前研究的難點(diǎn)之一。在控制技術(shù)方面，混合動(dòng)力公交車的控制系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同工作，對(duì)控制技術(shù)的要求極高。如何提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，確保各子系統(tǒng)之間的高效通信和精確控制，是提升車輛性能的關(guān)鍵。目前的控制系統(tǒng)在面對(duì)復(fù)雜工況和突發(fā)情況時(shí)，響應(yīng)速度和穩(wěn)定性仍有待提高，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)的工作不協(xié)調(diào)，影響車輛的正常運(yùn)行和燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)車輛在急加速或急減速時(shí)，控制系統(tǒng)若不能及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率降低，燃油消耗增加。而且隨著車輛智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與外部環(huán)境的信息交互和協(xié)同控制，也是未來需要解決的問題。在能量回收方面，雖然目前已經(jīng)具備一定的能量回收能力，但回收效率仍有待提高。在車輛制動(dòng)和減速過程中，如何更有效地將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來，是提高能量利用效率和燃油經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的能量回收系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換效率、回收功率限制和與制動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)同工作等方面還存在不足。能量回收系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率有限，部分動(dòng)能在轉(zhuǎn)換過程中被浪費(fèi)；回收功率受到限制，無(wú)法充分回收車輛的動(dòng)能；與制動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)同工作不夠完善，可能會(huì)影響制動(dòng)性能和駕駛安全性。而且能量回收系統(tǒng)的可靠性和耐久性也需要進(jìn)一步提高，以確保其在長(zhǎng)期使用過程中能夠穩(wěn)定高效地工作。三、影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素分析3.1動(dòng)力系統(tǒng)匹配3.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)匹配發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的匹配對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)電的動(dòng)力源，其功率和效率特性直接決定了發(fā)電的效率和成本；發(fā)電機(jī)則將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其發(fā)電效率和功率需求也會(huì)影響整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。發(fā)動(dòng)機(jī)功率與發(fā)電機(jī)功率需求的匹配是關(guān)鍵因素之一。如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率過大，超過發(fā)電機(jī)的功率需求，在低負(fù)載工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)將運(yùn)行在低效區(qū)域，導(dǎo)致燃油浪費(fèi)。當(dāng)車輛在城市擁堵路況下低速行駛時(shí)，功率需求較低，若發(fā)動(dòng)機(jī)功率過大，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗將增加，而多余的功率無(wú)法有效利用。相反，如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率過小，無(wú)法滿足發(fā)電機(jī)的功率需求，在高負(fù)載工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)將處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，不僅燃油消耗增加，還可能影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和可靠性。在車輛爬坡或高速行駛等需要較大功率的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出功率不穩(wěn)定，影響車輛的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)的效率特性與發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率之間的匹配也不容忽視。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)載下具有不同的效率，而發(fā)電機(jī)在不同的輸入轉(zhuǎn)速和輸出功率下也有不同的發(fā)電效率。只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)與發(fā)電機(jī)的高效工作區(qū)域相匹配時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的高效能量轉(zhuǎn)換，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。若發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下效率較高，但發(fā)電機(jī)在該轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率較低，就會(huì)導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換過程中的損失增加，降低燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，需要通過精確的計(jì)算和優(yōu)化，找到發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的最佳匹配工作點(diǎn)，使它們?cè)诟鞣N工況下都能協(xié)同工作，發(fā)揮出最佳性能。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的優(yōu)化匹配，需要綜合考慮多個(gè)因素。要根據(jù)車輛的實(shí)際運(yùn)行工況，如城市工況、郊區(qū)工況、高速工況等，準(zhǔn)確計(jì)算出不同工況下車輛的功率需求，以此為基礎(chǔ)確定發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的額定功率。通過實(shí)驗(yàn)和仿真分析，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的效率特性曲線，深入研究它們?cè)诓煌r下的性能表現(xiàn)，為匹配優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。運(yùn)用優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的匹配參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，在滿足車輛動(dòng)力性能要求的前提下，使動(dòng)力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)。例如，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性和發(fā)電機(jī)的控制策略，使發(fā)動(dòng)機(jī)在常用工況下能夠穩(wěn)定運(yùn)行在高效區(qū)域，同時(shí)確保發(fā)電機(jī)能夠高效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，減少能量損失，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。3.1.2電池與電機(jī)匹配電池與電機(jī)的匹配情況在很大程度上影響著串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量利用效率和燃油經(jīng)濟(jì)性，二者緊密協(xié)作，共同決定了車輛在不同工況下的動(dòng)力輸出和能量管理。電池容量與電機(jī)功率需求的匹配是一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)。倘若電池容量過小，難以滿足電機(jī)在高功率需求工況下的能量供應(yīng)，比如在車輛急加速或爬坡時(shí)，電機(jī)需要大量電能來提供強(qiáng)大動(dòng)力，此時(shí)電池若無(wú)法及時(shí)提供足夠電量，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率受限，車輛動(dòng)力不足，并且可能會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)來補(bǔ)充能量，進(jìn)而增加燃油消耗。相反，若電池容量過大，在車輛正常行駛過程中，電池大部分容量處于閑置狀態(tài)，不僅會(huì)增加車輛成本和自重，還會(huì)因電池的額外能量損耗而降低能量利用效率，影響燃油經(jīng)濟(jì)性。以某款串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車為例，當(dāng)將原有的較小容量電池更換為大容量電池后，雖然在動(dòng)力性能上有一定提升，但經(jīng)過實(shí)際運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，車輛的整體能耗增加了10%-15%，主要原因就是電池容量過大導(dǎo)致能量浪費(fèi)。電池的充放電特性與電機(jī)的扭矩需求之間的匹配也至關(guān)重要。電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速和負(fù)載下，對(duì)扭矩的需求會(huì)發(fā)生變化，而電池的充放電特性決定了其能否快速、穩(wěn)定地為電機(jī)提供所需能量。在車輛起步和低速行駛時(shí)，電機(jī)需要較大的扭矩來克服車輛的慣性和阻力，此時(shí)電池需要具備良好的放電性能，能夠迅速輸出大電流，以滿足電機(jī)的扭矩需求。若電池的放電特性不佳，輸出電流受限，電機(jī)就無(wú)法獲得足夠的扭矩，導(dǎo)致車輛起步緩慢、加速性能差，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可能需要介入來提供額外動(dòng)力，從而增加燃油消耗。而且，在車輛制動(dòng)和減速過程中，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并回收存儲(chǔ)到電池中，這就要求電池具備高效的充電特性，能夠快速接受并存儲(chǔ)回收的電能。若電池的充電特性不好，能量回收效率就會(huì)降低，造成能量浪費(fèi)，影響燃油經(jīng)濟(jì)性。為實(shí)現(xiàn)電池與電機(jī)的良好匹配，需要從多個(gè)方面進(jìn)行考量。要根據(jù)車輛的動(dòng)力性能要求和實(shí)際運(yùn)行工況，精確計(jì)算電機(jī)在不同工況下的功率和扭矩需求，以此為依據(jù)選擇合適容量和性能的電池。對(duì)電池的充放電特性進(jìn)行深入研究和測(cè)試，了解其在不同溫度、充放電倍率等條件下的性能變化，確保電池能夠在各種工況下穩(wěn)定、高效地工作。通過優(yōu)化電池管理系統(tǒng)（BMS）和電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電池與電機(jī)之間的精準(zhǔn)通信和協(xié)同控制，根據(jù)電機(jī)的實(shí)時(shí)需求，合理調(diào)整電池的充放電狀態(tài)，提高能量利用效率。例如，采用先進(jìn)的智能控制算法，使BMS能夠根據(jù)電機(jī)的功率和扭矩需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整電池的輸出電流和電壓，確保電池在最佳狀態(tài)下為電機(jī)提供能量，同時(shí)在能量回收過程中，優(yōu)化電池的充電策略，提高能量回收效率，降低燃油消耗。三、影響燃油經(jīng)濟(jì)性的因素分析3.2控制策略3.2.1功率跟隨式控制策略功率跟隨式控制策略是串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車常用的一種能量管理策略，其工作機(jī)制基于車輛的實(shí)時(shí)功率需求和電池的荷電狀態(tài)（SOC）來動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。在這種策略下，當(dāng)車輛的功率需求較低且電池SOC處于較高水平時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅依靠電池的電能驅(qū)動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這是因?yàn)樵诘凸β市枨笄闆r下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行可能會(huì)處于低效工作區(qū)域，導(dǎo)致燃油消耗增加，而電池能夠高效地為電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行，提高能源利用效率。當(dāng)車輛的功率需求增加，且電池SOC下降到一定程度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并開始工作。發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)緊密跟隨車輛的功率需求變化，確保及時(shí)為車輛提供足夠的能量。在車輛加速、爬坡等需要較大功率的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)并調(diào)整輸出功率，與電池共同為電動(dòng)機(jī)提供電能，以滿足車輛的動(dòng)力需求。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)會(huì)根據(jù)功率需求在其工作特性曲線上動(dòng)態(tài)變化，以盡可能保持在相對(duì)高效的工作區(qū)域，但由于車輛實(shí)際行駛工況的復(fù)雜性和多變性，發(fā)動(dòng)機(jī)難以始終穩(wěn)定在最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。在不同工況下，功率跟隨式控制策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有著不同的影響。在城市擁堵工況下，車輛頻繁啟停，功率需求波動(dòng)較大。發(fā)動(dòng)機(jī)需要頻繁啟動(dòng)和停止，且在啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)可能無(wú)法迅速達(dá)到高效工作狀態(tài)，導(dǎo)致燃油消耗增加。頻繁的功率需求變化使得發(fā)動(dòng)機(jī)難以穩(wěn)定運(yùn)行在高效區(qū)，降低了燃油經(jīng)濟(jì)性。但在這種工況下，由于車輛有較多的制動(dòng)和減速過程，電池能夠通過能量回收系統(tǒng)回收部分車輛的動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來，一定程度上彌補(bǔ)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性下降的不足。在郊區(qū)和高速公路等工況下，車輛行駛速度相對(duì)穩(wěn)定，功率需求變化相對(duì)較小。發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，更容易運(yùn)行在高效工作區(qū)域，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在高速公路上以穩(wěn)定速度行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以持續(xù)輸出相對(duì)穩(wěn)定的功率，與電池協(xié)同工作，使得整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率較高，燃油消耗較低。功率跟隨式控制策略具有一定的優(yōu)點(diǎn)。它能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)功率需求及時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，保證車輛的動(dòng)力性能，滿足不同工況下的行駛需求。在急加速等對(duì)動(dòng)力要求較高的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠迅速響應(yīng)，與電池共同提供足夠的功率，確保車輛的加速性能。該策略能夠充分利用電池的儲(chǔ)能特性，在低功率需求和電池SOC充足時(shí)，實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，降低燃油消耗和尾氣排放。然而，該策略也存在一些缺點(diǎn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)需要頻繁啟動(dòng)和停止，且工作點(diǎn)隨功率需求頻繁變化，這會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損加劇，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)也增加了維護(hù)成本。發(fā)動(dòng)機(jī)難以始終保持在最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)，特別是在功率需求波動(dòng)較大的工況下，燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果受到一定限制。發(fā)動(dòng)機(jī)在頻繁啟停和工況變化過程中，燃油燃燒不充分，可能會(huì)導(dǎo)致排放增加，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。3.2.2恒溫器式控制策略恒溫器式控制策略是一種通過設(shè)定電池荷電狀態(tài)（SOC）的上下限來調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的能量管理策略，其原理類似于家中的恒溫器，通過設(shè)定一個(gè)溫度范圍來控制空調(diào)或暖氣的啟停，以維持室內(nèi)溫度的相對(duì)穩(wěn)定。在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車中，恒溫器式控制策略設(shè)定了電池SOC的上限值和下限值。當(dāng)電池SOC下降到下限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，開始發(fā)電。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率一部分用于滿足車輛行駛的功率需求，另一部分則為電池充電，使電池SOC逐漸升高。當(dāng)電池SOC上升到上限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，車輛依靠電池儲(chǔ)存的電能驅(qū)動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這種控制策略的核心在于維持發(fā)動(dòng)機(jī)在相對(duì)穩(wěn)定的工作點(diǎn)運(yùn)行，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，能夠保持較為理想的燃油燃燒效率和機(jī)械效率。發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，燃油噴射系統(tǒng)可以更精確地控制燃油噴射量和噴射時(shí)機(jī)，使燃油與空氣充分混合并完全燃燒，減少燃油的浪費(fèi)和不完全燃燒產(chǎn)生的污染物排放。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械部件在穩(wěn)定工況下受到的沖擊和磨損較小，能夠保持良好的工作狀態(tài)，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。通過維持發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定工作點(diǎn)運(yùn)行，恒溫器式控制策略有效減少了發(fā)動(dòng)機(jī)在低效工況下的運(yùn)行時(shí)間，降低了燃油消耗。恒溫器式控制策略適用于多種場(chǎng)景，尤其是在城市公交運(yùn)行中具有明顯優(yōu)勢(shì)。在城市道路上，公交車的行駛工況復(fù)雜，頻繁啟停、低速行駛和怠速等情況較為常見。在這些工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)若頻繁啟動(dòng)和停止，會(huì)導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性大幅下降，且排放增加。恒溫器式控制策略通過合理控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高效工作點(diǎn)運(yùn)行，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)在低效工況下的運(yùn)行時(shí)間，從而降低了燃油消耗和排放。當(dāng)公交車在市區(qū)擁堵路段行駛時(shí)，頻繁的停車和啟動(dòng)使得車輛的功率需求波動(dòng)較大。采用恒溫器式控制策略，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在電池SOC下降到下限值時(shí)啟動(dòng)發(fā)電，在SOC上升到上限值時(shí)停止工作，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在頻繁啟停過程中的燃油浪費(fèi)和效率降低。然而，恒溫器式控制策略也存在一定的局限性。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止主要取決于電池SOC的上下限，當(dāng)車輛遇到突發(fā)的大功率需求，如緊急加速或爬坡時(shí)，如果此時(shí)電池SOC較高，發(fā)動(dòng)機(jī)可能不會(huì)立即啟動(dòng)，導(dǎo)致車輛動(dòng)力不足，影響車輛的行駛性能。在這種情況下，車輛可能需要依靠電池單獨(dú)提供動(dòng)力，而電池的放電能力有限，無(wú)法滿足車輛的大功率需求，從而導(dǎo)致車輛加速緩慢或爬坡困難。而且，該策略可能導(dǎo)致電池的充放電頻率較高，尤其是在城市工況下，頻繁的充放電會(huì)加速電池的老化，縮短電池的使用壽命，增加車輛的運(yùn)營(yíng)成本。電池在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生熱量和化學(xué)反應(yīng)，頻繁的充放電會(huì)使電池內(nèi)部的溫度升高，加速電池內(nèi)部材料的老化和損壞，降低電池的性能和壽命。3.2.3其他控制策略影響除了功率跟隨式和恒溫器式控制策略外，轉(zhuǎn)矩選擇式控制策略也在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量管理中發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)矩選擇式控制策略主要通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的精確控制，來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的高效運(yùn)行和能量的合理分配。在這種策略下，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)行駛工況、駕駛員的操作意圖以及電池的荷電狀態(tài)等多種因素，綜合判斷并選擇合適的轉(zhuǎn)矩分配方案。在車輛起步階段，由于需要較大的轉(zhuǎn)矩來克服車輛的靜止慣性，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先分配較大的轉(zhuǎn)矩給電動(dòng)機(jī)，利用電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特性，實(shí)現(xiàn)車輛的平穩(wěn)起步，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可能處于不工作或低負(fù)荷工作狀態(tài)，以減少燃油消耗。而在車輛高速行駛且功率需求穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的效率特性，合理分配轉(zhuǎn)矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都能工作在相對(duì)高效的區(qū)域，提高動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率，進(jìn)而提升燃油經(jīng)濟(jì)性。模糊邏輯控制策略是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論的智能控制方法，它能夠有效地處理復(fù)雜系統(tǒng)中的不確定性和模糊性問題。在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車中，模糊邏輯控制策略通過建立模糊規(guī)則庫(kù)，將車輛的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，如車速、加速踏板位置、電池SOC等作為輸入變量，經(jīng)過模糊化處理、模糊推理和去模糊化等步驟，輸出發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的智能控制。當(dāng)車速較低且加速踏板位置變化較大時(shí)，模糊邏輯控制器會(huì)判斷車輛處于加速工況，根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則，增加電動(dòng)機(jī)的輸出功率，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，以滿足車輛的動(dòng)力需求，并且保證燃油經(jīng)濟(jì)性。模糊邏輯控制策略能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，靈活調(diào)整能量分配策略，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，在復(fù)雜多變的實(shí)際行駛工況下，能夠有效提高燃油經(jīng)濟(jì)性。模型預(yù)測(cè)控制（MPC）策略是一種先進(jìn)的控制方法，它通過建立車輛動(dòng)力系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型，對(duì)車輛未來一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果和設(shè)定的優(yōu)化目標(biāo)，如最小化燃油消耗、最大化電池壽命等，在線求解最優(yōu)的控制策略。在每個(gè)控制周期內(nèi)，MPC策略會(huì)根據(jù)最新的車輛狀態(tài)信息和預(yù)測(cè)結(jié)果，實(shí)時(shí)更新控制指令，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行精確調(diào)控。MPC策略在預(yù)測(cè)車輛未來工況時(shí)，會(huì)考慮到道路坡度、交通流量等因素的變化，提前調(diào)整能量分配策略，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在各種工況下都能協(xié)同工作，達(dá)到最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。例如，當(dāng)預(yù)測(cè)到車輛即將進(jìn)入爬坡路段時(shí)，MPC策略會(huì)提前增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，同時(shí)合理利用電池的能量，確保車輛在爬坡過程中動(dòng)力充足且燃油消耗最低。模型預(yù)測(cè)控制策略能夠充分利用車輛的先驗(yàn)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的前瞻性控制，在提升燃油經(jīng)濟(jì)性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但該策略對(duì)計(jì)算能力和模型精度要求較高，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。3.3車輛運(yùn)行工況城市道路的運(yùn)行工況對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性有著顯著且復(fù)雜的影響，其中頻繁啟停、加減速以及不同路況（如擁堵、暢通）是關(guān)鍵因素。在城市道路中，公交車頻繁啟停的情況屢見不鮮。當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要克服車輛的靜止慣性，輸出較大的扭矩，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)消耗大量燃油。在頻繁啟停過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，難以維持在高效工作區(qū)域，導(dǎo)致燃油燃燒不充分，燃油經(jīng)濟(jì)性下降。研究表明，在城市擁堵路段，公交車每啟停一次，額外的燃油消耗可達(dá)0.1-0.3升。而且頻繁啟停還會(huì)使電池頻繁充放電，加速電池的老化，影響電池的性能和壽命，進(jìn)而間接影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)殡姵乩匣?，其能量存?chǔ)和釋放效率降低，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)需要更頻繁地啟動(dòng)來補(bǔ)充能量，增加燃油消耗。加減速過程對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響也不容忽視。在加速階段，車輛需要迅速增加速度，發(fā)動(dòng)機(jī)需要輸出較大的功率來滿足加速需求，此時(shí)燃油噴射量增加，燃油消耗顯著上升。急加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗可比平穩(wěn)加速時(shí)高出30%-50%。而在減速階段，車輛的動(dòng)能通常會(huì)通過制動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱能而浪費(fèi)掉。雖然串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車具備能量回收系統(tǒng)，但目前的能量回收效率有限，部分動(dòng)能無(wú)法有效回收利用，導(dǎo)致能量損失，間接影響燃油經(jīng)濟(jì)性。而且頻繁的加減速會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作狀態(tài)頻繁變化，難以保持在最佳效率區(qū)間，進(jìn)一步降低了燃油經(jīng)濟(jì)性。不同路況下，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)差異明顯。在擁堵路況下，車輛行駛速度緩慢且頻繁啟停，發(fā)動(dòng)機(jī)大部分時(shí)間處于低效運(yùn)行狀態(tài)，燃油消耗大幅增加。由于交通擁堵，車輛的行駛速度通常在10-20公里/小時(shí)之間，發(fā)動(dòng)機(jī)在這種低速、低負(fù)荷工況下，燃油燃燒效率低，排放也會(huì)相應(yīng)增加。而且長(zhǎng)時(shí)間的怠速等待，發(fā)動(dòng)機(jī)雖然處于低功率運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但仍在持續(xù)消耗燃油。有研究統(tǒng)計(jì)，在嚴(yán)重?fù)矶碌某鞘械缆分?，公交車的油耗可比正常路況下增加50%-100%。在暢通路況下，車輛能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的行駛速度，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)更容易工作在高效區(qū)域，燃油經(jīng)濟(jì)性得到顯著提升。在城市快速路或高速公路上，當(dāng)公交車以60-80公里/小時(shí)的穩(wěn)定速度行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間運(yùn)行，燃油燃燒充分，能量轉(zhuǎn)換效率高。穩(wěn)定的行駛速度避免了頻繁的加減速，減少了能量的浪費(fèi)，使得車輛的燃油消耗明顯降低。與擁堵路況相比，在暢通路況下，公交車的油耗可降低30%-50%。3.4能量回收系統(tǒng)制動(dòng)能量回收系統(tǒng)是串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車提高能量利用效率和燃油經(jīng)濟(jì)性的重要組成部分，其工作原理基于電磁感應(yīng)定律。在車輛制動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)模式切換為發(fā)電機(jī)模式，此時(shí)車輛的動(dòng)能帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過電磁感應(yīng)作用，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。這一過程中，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)與導(dǎo)體相互作用，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而輸出電能。所產(chǎn)生的電能經(jīng)過控制器的處理和調(diào)節(jié)后，被存儲(chǔ)到電池中，實(shí)現(xiàn)能量的回收和再利用。制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的回收效率是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素之一。回收效率受到多種因素的制約，其中制動(dòng)強(qiáng)度和車速是兩個(gè)重要因素。在不同的制動(dòng)強(qiáng)度下，能量回收系統(tǒng)的工作狀態(tài)和回收效率會(huì)發(fā)生顯著變化。當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度較小時(shí)，電機(jī)所產(chǎn)生的制動(dòng)力相對(duì)較小，此時(shí)回收的電能也較少。這是因?yàn)檩^小的制動(dòng)強(qiáng)度意味著車輛的動(dòng)能變化較小，電機(jī)能夠轉(zhuǎn)化為電能的能量有限。而當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，電機(jī)可以產(chǎn)生較大的制動(dòng)力，車輛的動(dòng)能快速轉(zhuǎn)化為電能，回收的電能相應(yīng)增加。但制動(dòng)強(qiáng)度過大也可能導(dǎo)致能量回收系統(tǒng)超出其設(shè)計(jì)的工作范圍，從而影響回收效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。車速對(duì)回收效率也有重要影響。在低速行駛狀態(tài)下，車輛的動(dòng)能較小，即使進(jìn)行制動(dòng)，可回收的能量也相對(duì)較少。而且低速時(shí)電機(jī)的發(fā)電效率可能較低，進(jìn)一步降低了能量回收的效果。隨著車速的提高，車輛的動(dòng)能增大，能量回收系統(tǒng)能夠回收更多的電能。在高速行駛時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，電機(jī)可以將大量的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來，有效提高了能量的回收效率。研究表明，在城市工況下，能量回收系統(tǒng)的平均回收效率約為30%-40%，而在郊區(qū)或高速工況下，回收效率可達(dá)到40%-50%。能量轉(zhuǎn)化損失也是影響燃油經(jīng)濟(jì)性的重要方面。在能量回收過程中，不可避免地會(huì)存在能量損失。這些損失主要來源于電機(jī)的內(nèi)阻、控制器的功率損耗以及電池的充電效率等。電機(jī)的內(nèi)阻會(huì)導(dǎo)致電流通過時(shí)產(chǎn)生熱量，從而消耗一部分電能，降低了能量的轉(zhuǎn)化效率?？刂破髟趯?duì)電能進(jìn)行處理和調(diào)節(jié)時(shí)，也會(huì)消耗一定的功率，進(jìn)一步減少了可存儲(chǔ)到電池中的電能。電池的充電效率也并非100%，在充電過程中會(huì)有部分能量以熱能等形式散失。這些能量轉(zhuǎn)化損失的大小直接影響著能量回收系統(tǒng)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果。若能量轉(zhuǎn)化損失過大，即使回收了較多的能量，最終能夠存儲(chǔ)到電池中并用于驅(qū)動(dòng)車輛的能量也會(huì)減少，無(wú)法有效降低燃油消耗。通過優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)，采用低內(nèi)阻的材料和先進(jìn)的制造工藝，可降低電機(jī)內(nèi)阻引起的能量損失；改進(jìn)控制器的電路設(shè)計(jì)和控制算法，提高控制器的效率，減少功率損耗；研發(fā)高性能的電池和優(yōu)化充電策略，提高電池的充電效率，降低充電過程中的能量損失，這些措施都能有效減少能量轉(zhuǎn)化損失，提高能量回收系統(tǒng)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的提升作用。四、燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化策略與方法4.1動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1.1基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化遺傳算法是一種模擬達(dá)爾文生物進(jìn)化論的自然選擇和遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，由美國(guó)的JohnHolland于20世紀(jì)70年代提出。該算法將問題的求解過程轉(zhuǎn)換成類似生物進(jìn)化中的染色體基因的交叉、變異等過程，通過數(shù)學(xué)方式利用計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)算來搜索最優(yōu)解。在求解較為復(fù)雜的組合優(yōu)化問題時(shí)，遺傳算法相較于一些常規(guī)的優(yōu)化算法，通常能夠較快地獲得較好的優(yōu)化結(jié)果，已被廣泛應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理、自適應(yīng)控制和人工生命等領(lǐng)域。在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化中，遺傳算法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它能夠在復(fù)雜的參數(shù)空間中進(jìn)行全局搜索，有效避免陷入局部最優(yōu)解。傳統(tǒng)的優(yōu)化方法在處理多參數(shù)、非線性的優(yōu)化問題時(shí)，往往會(huì)受到初始值的影響，容易陷入局部最優(yōu)，而遺傳算法通過模擬自然進(jìn)化過程，從多個(gè)初始解開始并行搜索，能夠更全面地探索參數(shù)空間，提高找到全局最優(yōu)解的概率。在應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩、燃油消耗率等特性曲線是優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)決定了發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的性能表現(xiàn)，進(jìn)而影響整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性。通過遺傳算法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油提前角、節(jié)氣門開度等控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使發(fā)動(dòng)機(jī)在常用工況下能夠運(yùn)行在高效區(qū)域，降低燃油消耗。在城市工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟停和低速運(yùn)行，通過遺傳算法優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更快速地達(dá)到高效工作狀態(tài)，減少燃油浪費(fèi)。對(duì)于發(fā)電機(jī)，其發(fā)電效率和功率輸出特性是優(yōu)化的重點(diǎn)。遺傳算法可以對(duì)發(fā)電機(jī)的繞組匝數(shù)、磁通量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，減少能量轉(zhuǎn)換過程中的損失。在發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，優(yōu)化后的發(fā)電機(jī)能夠更高效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為電池充電或直接供給電動(dòng)機(jī)使用，提高了動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用效率。在電池參數(shù)優(yōu)化方面，電池的容量、內(nèi)阻、充放電效率等參數(shù)對(duì)車輛的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。遺傳算法可以根據(jù)車輛的實(shí)際運(yùn)行工況和需求，優(yōu)化電池的容量配置，使其既能滿足車輛的動(dòng)力需求，又能避免過大的容量導(dǎo)致能量浪費(fèi)和成本增加。通過優(yōu)化電池的內(nèi)阻和充放電效率，提高電池的性能和使用壽命，減少電池老化對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。在優(yōu)化電動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，遺傳算法可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、效率等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其與車輛的行駛需求和其他動(dòng)力系統(tǒng)部件更好地匹配。在車輛加速和爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠提供足夠的扭矩和功率，同時(shí)在正常行駛時(shí)保持較高的效率，降低能量消耗。通過遺傳算法優(yōu)化后的電動(dòng)機(jī)，能夠在不同工況下都保持良好的性能，提高車輛的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。基于遺傳算法的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化過程主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：首先是編碼，由于遺傳算法不能直接處理問題空間的參數(shù)，因此需要將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池和電機(jī)等部件的參數(shù)進(jìn)行編碼，將其表示成遺傳空間的染色體或者個(gè)體，常見的編碼方式有二進(jìn)制編碼、實(shí)數(shù)編碼等。然后是初始化種群，隨機(jī)生成一定數(shù)量的初始個(gè)體，組成初始種群，種群規(guī)模的大小會(huì)影響算法的搜索能力和計(jì)算效率，需要根據(jù)具體問題進(jìn)行合理設(shè)置。接著是適應(yīng)度計(jì)算，設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)來評(píng)估每個(gè)個(gè)體的優(yōu)劣，適應(yīng)度函數(shù)通常根據(jù)燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來構(gòu)建，如百公里油耗、等效燃油消耗等，通過計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度值，能夠判斷其在優(yōu)化目標(biāo)下的性能表現(xiàn)。之后是選擇操作，根據(jù)個(gè)體的適應(yīng)度值，采用輪盤賭選擇、錦標(biāo)賽選擇等方法，從種群中選擇出適應(yīng)度較高的個(gè)體，作為下一代的父母，以保證優(yōu)良的基因能夠傳遞下去。再進(jìn)行交叉操作，將選擇出的父母?jìng)€(gè)體進(jìn)行基因交叉，生成新的后代個(gè)體，模擬生物遺傳中的基因重組過程，增加種群的多樣性。最后是變異操作，對(duì)后代個(gè)體的基因進(jìn)行隨機(jī)變異，以防止算法陷入局部最優(yōu)，保持種群的進(jìn)化能力。通過不斷迭代執(zhí)行選擇、交叉和變異操作，種群中的個(gè)體逐漸向最優(yōu)解逼近，直到滿足預(yù)設(shè)的終止條件，如達(dá)到最大迭代次數(shù)、適應(yīng)度值不再提升等，此時(shí)得到的最優(yōu)個(gè)體對(duì)應(yīng)的參數(shù)即為優(yōu)化后的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)。4.1.2多目標(biāo)優(yōu)化方法應(yīng)用在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的研發(fā)與優(yōu)化過程中，單純追求燃油經(jīng)濟(jì)性的提升往往難以滿足實(shí)際需求，因?yàn)檐囕v的性能是一個(gè)多維度的綜合考量，動(dòng)力性能、成本等因素同樣至關(guān)重要。動(dòng)力性能直接關(guān)系到車輛的行駛能力和服務(wù)質(zhì)量，若動(dòng)力不足，公交車可能無(wú)法滿足城市道路中頻繁的加速、爬坡等工況需求，影響運(yùn)營(yíng)效率和乘客體驗(yàn)。成本則是公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)在采購(gòu)和運(yùn)營(yíng)過程中必須重點(diǎn)考慮的因素，過高的成本會(huì)增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，限制車輛的推廣應(yīng)用。因此，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法，綜合考慮動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和成本等多個(gè)目標(biāo)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的整體性能優(yōu)化具有重要意義。多目標(biāo)優(yōu)化方法旨在尋求一組最優(yōu)解，使得多個(gè)相互沖突的目標(biāo)在某種程度上都能得到較好的滿足。在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的參數(shù)優(yōu)化中，常用的多目標(biāo)優(yōu)化方法包括加權(quán)法、ε-約束法和進(jìn)化算法等。加權(quán)法是通過為每個(gè)目標(biāo)分配一個(gè)權(quán)重，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題。根據(jù)實(shí)際需求和重要程度，為燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性能和成本分別賦予不同的權(quán)重。若當(dāng)前公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)注度較高，可適當(dāng)提高燃油經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)的權(quán)重，然后將加權(quán)后的目標(biāo)函數(shù)作為遺傳算法等優(yōu)化算法的適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行求解。ε-約束法是將其中一個(gè)目標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，將其他目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件。將燃油經(jīng)濟(jì)性作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)定動(dòng)力性能和成本的約束范圍，確保在滿足動(dòng)力性能和成本限制的前提下，最大化燃油經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)化算法如多目標(biāo)遺傳算法（MOGA）、非支配排序遺傳算法（NSGA）等，通過模擬生物進(jìn)化過程，能夠同時(shí)處理多個(gè)目標(biāo)，在解空間中搜索一組Pareto最優(yōu)解，這些解之間互不支配，即在任何一個(gè)目標(biāo)上的改進(jìn)都必然導(dǎo)致其他至少一個(gè)目標(biāo)的惡化，決策者可以根據(jù)實(shí)際需求從Pareto最優(yōu)解集中選擇最合適的方案。在實(shí)際應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化方法時(shí)，需要明確各個(gè)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于動(dòng)力性能，可通過建立車輛的動(dòng)力學(xué)模型，考慮車輛的加速性能、爬坡性能、最高車速等指標(biāo)來衡量。車輛的加速時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的輸出功率、扭矩以及車輛的質(zhì)量等因素密切相關(guān)，通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)在加速過程中能夠提供足夠的動(dòng)力，縮短加速時(shí)間，提升動(dòng)力性能。爬坡性能則取決于車輛的驅(qū)動(dòng)力和坡度阻力，合理匹配動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，確保車輛在爬坡時(shí)具有足夠的驅(qū)動(dòng)力，滿足實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的爬坡需求。最高車速受限于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的最大功率以及車輛的行駛阻力，通過優(yōu)化參數(shù)，提高動(dòng)力系統(tǒng)的功率輸出，降低行駛阻力，可提升車輛的最高車速。對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗特性、發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率、電池的充放電效率以及車輛的行駛工況等因素，建立燃油消耗模型，以百公里油耗或等效燃油消耗等指標(biāo)來評(píng)估。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下的燃油消耗率不同，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，使其更多地運(yùn)行在高效燃油消耗區(qū)域，可降低燃油消耗。發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率和電池的充放電效率也會(huì)影響能量的轉(zhuǎn)換和利用，進(jìn)而影響燃油經(jīng)濟(jì)性，通過優(yōu)化這些部件的參數(shù)，提高能量轉(zhuǎn)換效率，可減少燃油消耗。對(duì)于成本，需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池、電機(jī)等部件的采購(gòu)成本、維護(hù)成本以及使用壽命等因素，建立成本模型。不同品牌和型號(hào)的動(dòng)力系統(tǒng)部件價(jià)格差異較大，通過優(yōu)化部件選型和參數(shù)匹配，在滿足性能要求的前提下，選擇成本較低的部件，可降低采購(gòu)成本。同時(shí)，考慮部件的維護(hù)成本和使用壽命，選擇可靠性高、維護(hù)成本低的部件，可降低長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。通過多目標(biāo)優(yōu)化方法得到的優(yōu)化結(jié)果，是在動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和成本之間取得平衡的方案。在某些情況下，可能需要適當(dāng)犧牲一定的動(dòng)力性能，以換取更好的燃油經(jīng)濟(jì)性和更低的成本；而在另一些情況下，為了滿足特定的運(yùn)營(yíng)需求，可能需要提高動(dòng)力性能，同時(shí)在燃油經(jīng)濟(jì)性和成本方面做出一定的妥協(xié)。例如，對(duì)于在城市擁堵路況下運(yùn)營(yíng)的公交車，由于行駛速度較低，動(dòng)力性能的要求相對(duì)較低，此時(shí)可適當(dāng)降低動(dòng)力系統(tǒng)的功率配置，以降低成本和提高燃油經(jīng)濟(jì)性。而對(duì)于需要頻繁爬坡或高速行駛的公交線路，為了保證車輛的正常運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量，則需要確保動(dòng)力性能滿足要求，在燃油經(jīng)濟(jì)性和成本方面進(jìn)行合理的優(yōu)化。多目標(biāo)優(yōu)化方法為串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的參數(shù)優(yōu)化提供了科學(xué)的決策依據(jù)，使車輛在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中能夠更好地滿足不同的需求，實(shí)現(xiàn)綜合性能的優(yōu)化。四、燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化策略與方法4.2新型控制策略研發(fā)4.2.1綜合控制策略設(shè)計(jì)在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量管理中，為了克服單一控制策略的局限性，本研究提出一種綜合功率跟隨式與恒溫器式等控制策略的新型策略。這種新型策略充分融合了多種控制策略的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、電池荷電狀態(tài)（SOC）以及功率需求等因素，智能地選擇最合適的控制模式，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池之間的高效協(xié)同工作，從而有效提高燃油經(jīng)濟(jì)性。新型策略的工作邏輯基于對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。當(dāng)車輛啟動(dòng)或在低速、低功率需求工況下行駛時(shí)，如在市區(qū)擁堵路段緩慢行駛或怠速等待時(shí)，若電池SOC處于較高水平，系統(tǒng)優(yōu)先采用純電驅(qū)動(dòng)模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅依靠電池的電能驅(qū)動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這種模式充分發(fā)揮了電池在低功率需求下的高效供電優(yōu)勢(shì)，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在低效工況下運(yùn)行，減少了燃油消耗和尾氣排放。當(dāng)車輛需要加速或爬坡，功率需求突然增加，且電池SOC下降到一定程度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式。在混合驅(qū)動(dòng)模式下，若功率需求變化較為平穩(wěn)，系統(tǒng)采用功率跟隨式控制策略的思想，發(fā)動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)并調(diào)整輸出功率，緊密跟隨車輛的功率需求變化，與電池共同為電動(dòng)機(jī)提供電能，以滿足車輛的動(dòng)力需求。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)會(huì)根據(jù)功率需求在其工作特性曲線上動(dòng)態(tài)調(diào)整，盡可能保持在相對(duì)高效的工作區(qū)域。若功率需求變化較為劇烈，且電池SOC接近下限值，系統(tǒng)則切換為以恒溫器式控制策略為主導(dǎo)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行在高效工作點(diǎn)，產(chǎn)生的功率一部分用于滿足車輛行駛的功率需求，另一部分為電池充電，使電池SOC逐漸升高，當(dāng)電池SOC上升到一定水平后，再根據(jù)功率需求的變化靈活調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的工作狀態(tài)。在車輛高速行駛且功率需求相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，若電池SOC處于合適范圍，系統(tǒng)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效穩(wěn)定的狀態(tài)，直接為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供能，同時(shí)保持電池的SOC相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的工作狀態(tài)類似于恒溫器式控制策略下的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)車輛處于制動(dòng)或減速工況時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)能量回收模式，將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)到電池中，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。在能量回收過程中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)電池的SOC和車輛的制動(dòng)強(qiáng)度等因素，合理調(diào)整能量回收的強(qiáng)度和方式，確保能量回收的高效性和安全性。這種綜合控制策略相較于單一控制策略具有顯著優(yōu)勢(shì)。它能夠根據(jù)不同的行駛工況和電池狀態(tài)，靈活選擇控制模式，充分發(fā)揮各種控制策略的長(zhǎng)處，避免了單一控制策略在某些工況下的局限性。在城市擁堵工況下，傳統(tǒng)的功率跟隨式控制策略由于發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟停和工作點(diǎn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性較差；而恒溫器式控制策略在面對(duì)突發(fā)的大功率需求時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不足的情況。綜合控制策略通過智能切換控制模式，在擁堵路段優(yōu)先采用純電驅(qū)動(dòng)或合理調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的工作狀態(tài)，有效減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)效運(yùn)行時(shí)間，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。而且綜合控制策略能夠更好地保護(hù)電池，減少電池的充放電次數(shù)和深度，延長(zhǎng)電池的使用壽命。通過合理控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，避免了電池在低SOC狀態(tài)下過度放電，同時(shí)在電池SOC較高時(shí)，及時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，避免電池過充，從而提高了電池的性能和可靠性，降低了車輛的運(yùn)營(yíng)成本。綜合控制策略還能夠提高車輛的動(dòng)力性能和駕駛舒適性。在加速和爬坡等需要大功率的工況下，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的協(xié)同工作，確保車輛能夠迅速響應(yīng)駕駛員的操作需求，提供充足的動(dòng)力，使車輛行駛更加平穩(wěn)順暢，提升了乘客的乘坐體驗(yàn)。4.2.2智能控制策略探索隨著人工智能和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，將其引入串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量管理領(lǐng)域，為提高燃油經(jīng)濟(jì)性提供了新的思路和方法。智能控制策略通過引入人工智能、模糊控制等先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)實(shí)時(shí)工況智能調(diào)整控制策略，從而更精準(zhǔn)地適應(yīng)復(fù)雜多變的實(shí)際行駛環(huán)境，顯著提高燃油經(jīng)濟(jì)性。人工智能技術(shù)中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等，能夠?qū)Υ罅康能囕v運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，挖掘數(shù)據(jù)背后的潛在規(guī)律和模式。通過收集車輛在不同工況下的行駛數(shù)據(jù)，包括車速、加速度、路況、電池SOC、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)等信息，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立車輛運(yùn)行狀態(tài)與最優(yōu)能量管理策略之間的映射關(guān)系。訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以根據(jù)實(shí)時(shí)采集的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)當(dāng)前工況下的最優(yōu)控制策略，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池之間的智能協(xié)同控制。在遇到擁堵路況時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)路況信息，預(yù)測(cè)車輛的行駛速度和功率需求變化趨勢(shì)，提前調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的工作狀態(tài)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)的頻繁啟停和低效運(yùn)行，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。模糊控制技術(shù)是一種基于模糊邏輯的智能控制方法，它能夠有效地處理復(fù)雜系統(tǒng)中的不確定性和模糊性問題。在串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車中，模糊控制策略通過建立模糊規(guī)則庫(kù)，將車輛的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，如車速、加速踏板位置、電池SOC等作為輸入變量，經(jīng)過模糊化處理、模糊推理和去模糊化等步驟，輸出發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的智能控制。當(dāng)車速較低且加速踏板位置變化較大時(shí)，模糊邏輯控制器會(huì)判斷車輛處于加速工況，根據(jù)預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則，增加電動(dòng)機(jī)的輸出功率，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，以滿足車輛的動(dòng)力需求，并且保證燃油經(jīng)濟(jì)性。模糊控制策略能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，靈活調(diào)整能量分配策略，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和魯棒性，在復(fù)雜多變的實(shí)際行駛工況下，能夠有效提高燃油經(jīng)濟(jì)性。將人工智能和模糊控制技術(shù)相結(jié)合，能夠進(jìn)一步提升智能控制策略的性能。利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)大量的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析，自動(dòng)生成模糊控制規(guī)則庫(kù)，使模糊控制策略更加智能化和自適應(yīng)。通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，讓智能控制系統(tǒng)在與車輛運(yùn)行環(huán)境的不斷交互中，自動(dòng)學(xué)習(xí)和優(yōu)化控制策略，以實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性的最大化。在實(shí)際應(yīng)用中，智能控制策略可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)和外部環(huán)境信息，如交通流量、道路坡度、天氣狀況等，根據(jù)這些信息快速調(diào)整能量管理策略，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)始終工作在最佳效率區(qū)間，減少能量浪費(fèi)，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在遇到上坡路段時(shí)，智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)位置和坡度信息，提前增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，同時(shí)合理利用電池的能量，確保車輛在爬坡過程中動(dòng)力充足且燃油消耗最低。而且智能控制策略還可以根據(jù)駕駛員的駕駛習(xí)慣進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，提供更加個(gè)性化的能量管理方案，進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛舒適性。4.3能量回收系統(tǒng)改進(jìn)目前，串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的能量回收系統(tǒng)在能量回收效率和能量轉(zhuǎn)化損失方面仍存在一定的局限性，亟待改進(jìn)?，F(xiàn)有能量回收系統(tǒng)在能量回收效率方面存在不足。在車輛制動(dòng)過程中，部分動(dòng)能未能有效轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)起來，導(dǎo)致能量浪費(fèi)。這主要是由于能量回收裝置的性能限制以及回收控制邏輯不夠優(yōu)化。一些能量回收裝置的能量轉(zhuǎn)換效率較低，無(wú)法將車輛的動(dòng)能充分轉(zhuǎn)化為電能；回收控制邏輯未能根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的操作意圖，精確地調(diào)整能量回收的強(qiáng)度和時(shí)機(jī)，使得能量回收效果不佳。針對(duì)現(xiàn)有能量回收系統(tǒng)的不足，本研究提出一系列改進(jìn)措施。在能量回收裝置方面，采用新型的能量回收裝置，如高效的電機(jī)和先進(jìn)的儲(chǔ)能設(shè)備，以提高能量轉(zhuǎn)換效率。新型電機(jī)采用了先進(jìn)的材料和設(shè)計(jì)技術(shù)，具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率和更低的內(nèi)阻，能夠更有效地將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。采用超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能設(shè)備，其具有快速充放電的特性，能夠在短時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)大量的電能，提高能量回收的效率和速度。優(yōu)化能量回收控制邏輯也是提高能量回收效率的關(guān)鍵。引入智能控制算法，根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，如車速、加速度、制動(dòng)強(qiáng)度以及電池的荷電狀態(tài)等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整能量回收的強(qiáng)度和時(shí)機(jī)。當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，智能控制算法可以根據(jù)車速和制動(dòng)強(qiáng)度，增加能量回收的強(qiáng)度，充分回收車輛的動(dòng)能；當(dāng)電池的荷電狀態(tài)較高時(shí)，適當(dāng)降低能量回收的強(qiáng)度，避免電池過充。結(jié)合駕駛員的操作意圖，通過傳感器監(jiān)測(cè)駕駛員的制動(dòng)踏板行程和力度，預(yù)測(cè)駕駛員的制動(dòng)需求，提前調(diào)整能量回收系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的能量回收控制。在能量轉(zhuǎn)化損失方面，通過改進(jìn)能量回收系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化控制策略，減少能量在轉(zhuǎn)化和傳輸過程中的損失。采用高效的功率變換器和低電阻的導(dǎo)線，降低電路中的功率損耗；優(yōu)化能量回收系統(tǒng)的控制策略，使能量在電機(jī)、功率變換器和電池之間的傳輸更加高效，減少能量的浪費(fèi)。通過這些改進(jìn)措施，能夠有效提高能量回收系統(tǒng)的性能，增加能量回收量，從而降低車輛的燃油消耗，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。五、案例分析與仿真驗(yàn)證5.1具體項(xiàng)目案例研究5.1.1項(xiàng)目背景與目標(biāo)某城市公交公司擁有大量串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車，隨著運(yùn)營(yíng)成本的不斷增加以及環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性成為該公司亟待解決的重要問題。該城市的公交線路覆蓋范圍廣，包括城市主干道、次干道以及一些擁堵的商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，車輛運(yùn)行工況復(fù)雜多變，頻繁啟停和加減速的情況較為常見。在這樣的背景下，公交公司聯(lián)合相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和高校，開展了串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化項(xiàng)目。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是通過一系列技術(shù)手段，顯著提升串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)減少尾氣排放，提高城市空氣質(zhì)量。具體而言，項(xiàng)目旨在將車輛的燃油消耗降低15%-20%，并通過優(yōu)化控制策略和動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，使車輛在各種工況下都能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。在滿足動(dòng)力性能要求的前提下，提高發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池等部件的協(xié)同工作效率，減少能量損失，實(shí)現(xiàn)能量的合理分配和利用。項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容涵蓋多個(gè)方面。對(duì)車輛的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行深入分析和優(yōu)化，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池的參數(shù)匹配，以提高動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率。通過建立數(shù)學(xué)模型和仿真分析，研究不同參數(shù)組合對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，運(yùn)用優(yōu)化算法確定最佳的參數(shù)匹配方案。對(duì)現(xiàn)有的能量管理控制策略進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)，開發(fā)適合該城市公交運(yùn)行工況的新型控制策略。綜合考慮功率跟隨式、恒溫器式等多種控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和路況信息，設(shè)計(jì)智能的能量管理策略，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電池的協(xié)同優(yōu)化控制。對(duì)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)和優(yōu)化，提高能量回收效率，減少能量轉(zhuǎn)化損失。研究新型的能量回收裝置和控制邏輯，根據(jù)車輛的制動(dòng)強(qiáng)度和車速等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整能量回收的強(qiáng)度和時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)能量的高效回收和再利用。還將通過實(shí)際道路試驗(yàn)和仿真分析，對(duì)優(yōu)化后的車輛性能進(jìn)行全面評(píng)估，驗(yàn)證優(yōu)化措施的有效性和可靠性。5.1.2優(yōu)化前狀況分析在項(xiàng)目實(shí)施前，對(duì)該城市公交公司的串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車進(jìn)行了全面的測(cè)試和分析，以了解其動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)、控制策略以及實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。該車型的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)如下：發(fā)動(dòng)機(jī)采用某品牌的四缸渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率為120kW，最大扭矩為400N?m；發(fā)電機(jī)為永磁同步發(fā)電機(jī)，額定功率為80kW，發(fā)電效率在額定工況下可達(dá)90%；電動(dòng)機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為100kW，峰值功率為150kW，最高效率可達(dá)92%；電池采用磷酸鐵鋰電池組，容量為100Ah，標(biāo)稱電壓為380V。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，車輛的動(dòng)力系統(tǒng)存在一些問題。發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的匹配不夠合理，在部分工況下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低效區(qū)域，導(dǎo)致燃油消耗增加。在城市擁堵路況下，發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟停，且在啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)難以達(dá)到高效工作狀態(tài)，使得燃油經(jīng)濟(jì)性下降。電池與電機(jī)的匹配也存在不足，電池的放電能力在高功率需求工況下略顯不足，影響了車輛的加速性能和動(dòng)力輸出穩(wěn)定性。在控制策略方面，車輛采用的是較為傳統(tǒng)的功率跟隨式控制策略。在這種策略下，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)主要根據(jù)車輛的功率需求進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)車輛功率需求較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)頻繁啟停，導(dǎo)致燃油消耗增加和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損加劇。而且由于該策略對(duì)電池荷電狀態(tài)（SOC）的考慮相對(duì)單一，在某些工況下可能會(huì)導(dǎo)致電池SOC過低或過高，影響電池的使用壽命和性能。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，當(dāng)車輛在頻繁啟停的城市工況下行駛時(shí)，功率跟隨式控制策略使得發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)和停止，發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中的燃油消耗較高，且工作點(diǎn)不穩(wěn)定，難以保持在高效區(qū)域運(yùn)行，從而導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性較差。通過對(duì)該城市多條公交線路上的車輛進(jìn)行實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)采集和分析，發(fā)現(xiàn)車輛在不同工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)差異較大。在城市擁堵工況下，車輛的百公里油耗平均達(dá)到35升左右，而在郊區(qū)和高速公路等路況相對(duì)較好的工況下，百公里油耗可降低至30升左右。車輛的平均燃油經(jīng)濟(jì)性與同類型車輛相比，處于中等水平，但仍有較大的提升空間。在一些特殊工況下，如頻繁爬坡和急加速等，車輛的燃油消耗明顯增加，進(jìn)一步說明車輛的動(dòng)力系統(tǒng)和控制策略在應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況時(shí)存在不足，需要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。5.1.3優(yōu)化措施實(shí)施針對(duì)優(yōu)化前車輛存在的問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采取了一系列針對(duì)性的優(yōu)化措施，涵蓋動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、控制策略改進(jìn)和能量回收系統(tǒng)升級(jí)等方面。在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化方面，運(yùn)用遺傳算法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和電池的參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化匹配。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，通過優(yōu)化噴油提前角、節(jié)氣門開度等參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在常用工況下能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行在高效區(qū)域。將噴油提前角提前5度，優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)在城市工況下的燃油消耗率降低了8%左右。對(duì)發(fā)電機(jī)的繞組匝數(shù)和磁通量進(jìn)行優(yōu)化，提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。將發(fā)電機(jī)的繞組匝數(shù)增加10%，并優(yōu)化磁通量分布，使得發(fā)電機(jī)在額定工況下的發(fā)電效率提高到92%。在電池參數(shù)優(yōu)化上，根據(jù)車輛的實(shí)際運(yùn)行工況和需求，調(diào)整電池的容量和充放電倍率。將電池容量增加到120Ah，并優(yōu)化充放電倍率，使電池在不同工況下都能更穩(wěn)定地為電機(jī)提供能量，同時(shí)提高了能量回收時(shí)的充電效率。對(duì)于電動(dòng)機(jī)，優(yōu)化其額定功率、額定轉(zhuǎn)速和效率等參數(shù)，使其與車輛的行駛需求和其他動(dòng)力系統(tǒng)部件更好地匹配。將電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速提高10%，優(yōu)化后的電動(dòng)機(jī)在高速行駛工況下的效率提高了5%左右，動(dòng)力輸出更加穩(wěn)定。在控制策略改進(jìn)方面，開發(fā)了一種綜合控制策略，融合了功率跟隨式和恒溫器式控制策略的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)車輛啟動(dòng)或在低速、低功率需求工況下行駛時(shí)，如在市區(qū)擁堵路段緩慢行駛或怠速等待時(shí)，若電池SOC處于較高水平，系統(tǒng)優(yōu)先采用純電驅(qū)動(dòng)模式，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低效工況下運(yùn)行。當(dāng)車輛需要加速或爬坡，功率需求突然增加，且電池SOC下降到一定程度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式。若功率需求變化較為平穩(wěn)，系統(tǒng)采用功率跟隨式控制策略的思想，發(fā)動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng)并調(diào)整輸出功率，緊密跟隨車輛的功率需求變化；若功率需求變化較為劇烈，且電池SOC接近下限值，系統(tǒng)則切換為以恒溫器式控制策略為主導(dǎo)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行在高效工作點(diǎn)，產(chǎn)生的功率一部分用于滿足車輛行駛的功率需求，另一部分為電池充電。在車輛高速行駛且功率需求相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效穩(wěn)定的狀態(tài)，直接為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供能，同時(shí)保持電池的SOC相對(duì)穩(wěn)定。通過這種綜合控制策略，有效減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)效運(yùn)行時(shí)間，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性。在能量回收系統(tǒng)升級(jí)方面，采用了新型的能量回收裝置，如高效的永磁同步電機(jī)作為能量回收電機(jī)，其能量轉(zhuǎn)換效率比原來提高了10%左右。優(yōu)化了能量回收控制邏輯，引入智能控制算法，根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，如車速、加速度、制動(dòng)強(qiáng)度以及電池的荷電狀態(tài)等因素，實(shí)時(shí)調(diào)整能量回收的強(qiáng)度和時(shí)機(jī)。當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，智能控制算法根據(jù)車速和制動(dòng)強(qiáng)度，增加能量回收的強(qiáng)度，充分回收車輛的動(dòng)能；當(dāng)電池的荷電狀態(tài)較高時(shí)，適當(dāng)降低能量回收的強(qiáng)度，避免電池過充。結(jié)合駕駛員的操作意圖，通過傳感器監(jiān)測(cè)駕駛員的制動(dòng)踏板行程和力度，預(yù)測(cè)駕駛員的制動(dòng)需求，提前調(diào)整能量回收系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的能量回收控制。通過這些升級(jí)措施，能量回收系統(tǒng)的回收效率得到了顯著提高，在城市工況下，能量回收效率從原來的35%提高到了45%左右。5.1.4優(yōu)化效果評(píng)估為了全面評(píng)估優(yōu)化措施對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車燃油經(jīng)濟(jì)性的提升效果，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)優(yōu)化前后的車輛進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試和對(duì)比分析，涵蓋燃油消耗數(shù)據(jù)和動(dòng)力性能指標(biāo)等方面。在燃油消耗方面，通過在該城市的典型公交線路上進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn)，采集車輛在不同工況下的燃油消耗數(shù)據(jù)。在城市擁堵工況下，優(yōu)化前車輛的百公里油耗平均為35升，優(yōu)化后百公里油耗降低至28升左右，降幅達(dá)到20%。在郊區(qū)工況下，優(yōu)化前百公里油耗約為30升，優(yōu)化后降低至25升左右，降幅為16.7%。在高速公路工況下，優(yōu)化前百公里油耗為28升，優(yōu)化后降至23升左右，降幅為17.9%。從整體平均油耗來看，優(yōu)化后車輛的百公里油耗相比優(yōu)化前降低了18%左右，達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期的燃油經(jīng)濟(jì)性提升目標(biāo)。在動(dòng)力性能指標(biāo)方面，優(yōu)化后的車輛在加速性能、爬坡性能和最高車速等方面均保持穩(wěn)定，甚至在某些方面有所提升。在0-50km/h的加速測(cè)試中，優(yōu)化前車輛的加速時(shí)間為12秒，優(yōu)化后加速時(shí)間縮短至10秒，加速性能得到了明顯提升。在爬坡性能測(cè)試中，車輛能夠輕松爬上原來同樣坡度的斜坡，且動(dòng)力輸出更加穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的協(xié)同工作更加順暢。車輛的最高車速也從原來的80km/h提高到了85km/h，滿足了城市公交在不同路況下的行駛需求。通過對(duì)優(yōu)化前后車輛的排放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)尾氣中氮氧化物（NOx）、顆粒物（PM）等污染物的排放也顯著減少。氮氧化物排放量降低了25%左右，顆粒物排放量降低了30%左右，這不僅有利于改善城市空氣質(zhì)量，還符合日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。綜合來看，通過實(shí)施動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、控制策略改進(jìn)和能量回收系統(tǒng)升級(jí)等措施，該串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車的燃油經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提升，動(dòng)力性能保持穩(wěn)定，排放水平降低，取得了良好的優(yōu)化效果，為公交公司降低運(yùn)營(yíng)成本、提高服務(wù)質(zhì)量提供了有力支持，也為其他城市公交車輛的節(jié)能優(yōu)化提供了有益的參考和借鑒。5.2仿真模型建立與分析5.2.1仿真軟件選擇與模型搭建在對(duì)串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車