祁偉
杜愛民 陳禮琦
一、開發混合動力城市公交客車的必要性
1.1 發展城市公交的重要性
城市公交作為市內交通的重要組成部分，是城市形象和文明的象征，始終處于優先發展的戰略地位。公共交通在為人們帶來便捷、經濟、實惠的同時，也為城市減少交通阻塞創造有利的條件，它能充分利用有限的道路資源，緩解城市交通擁擠狀況。數據顯示，運送同樣數量的乘客，公共交通與小汽車相比，分別節省土地資源3／4，建筑材料4／5，投資5／6，空氣污染只是小汽車的1／10，交通事故率也僅為小汽車的1／100，被普遍認為是效率最高的交通方式，“公交優先”已成為世界上越來越多大中城市認可和執行的城市交通主要發展原則。上海市也在2002年頒布的《上海城市交通白皮書》中確定了公共交通優先發展的方針，城市公交將作為未來公共交通的基礎，充分發揮靈活方便、覆蓋面廣的優點，為市民創造更加快捷和舒適的出行條件。
1.2 城市公交客車發展面臨的問題和挑戰
近年來，由于城市化的迅猛發展，城市規模和城市人口急劇膨脹，城市交通路網建設又往往滯后于機動車的增長速度，再加之舊有的城市交通結構和模式的不合理性，使得世界各國的大中城市都面臨著嚴重的交通擁擠狀況。在這種情況下，作為城市交通主力軍的公交客車時走時停，行車緩慢，傳統的燃油公交客車在這種復雜的城市工況下其固有弊端更為明顯，由于發動機始終運行于低效率高排放的工況下，因而燃油消耗大、排放水平差、黑煙現象嚴重，對城市環境產生了很大的負面影響。
1.3 混合動力電動客車是當前城市公交的首選
隨著人們環保意識的不斷增強以及城市排放法規的日趨嚴格，電動汽車代替傳統燃油汽車的趨勢越來越明顯，電動客車無疑將成為未來城市公交的主流車型。目前電動客車有純電動客車、混合動力電動客車和燃料電池電動客車3種類型。
混合動力電動客車融合了燃油客車和電動客車的優點，它將電力驅動與輔助動力單元(APU)合用在一起協同驅動客車，通過優化多種能源獲得高性能價格比。一方面，由于APU的使用，混合動力電動客車所需的電池能量較純電動客車低，整車重量和成本得以降低，并且獲得了與燃油客車不相上下的動力性能和續航里程。另一方面，由于電機的協同驅動和蓄電池(或超級電容)的能量緩沖調和了復雜行駛工況所帶來的負載波動，使得APU中的原動機得以在較高燃效和較低排放區域工作，顯著提高排放水平和燃油經濟性，制動能量回饋也進一步提高了能量效率，這對于主要在城市工況運行，負載變化大、加速減速頻繁的公交客車而言優勢更為突出。一般來說相比同類型的普通燃油客車，混合動力電動客車能降低有害物排放70％～80％，提高燃油經濟性能50％。在生產成本和維護費用方面，目前一輛混合動力電動客車價格約為普通燃油客車的兩倍，但考慮到燃油經濟性的成倍提高，從成本和經濟之間的平衡來看混合動力電動客車已初具市場競爭力，而且公交客車大規模車隊運行的特點也在很大程度上彌補了混合動力電動客車結構復雜、保養維護難度大的缺點。由此可見，盡管目前混合動力電動客車技術仍需進一步完善，但其在城市公共交通的應用前景卻十分樂觀。
二、混合動力電動客車的發展現狀
2.1 國外混合動力電動客車的發展現狀
1989年日本日野(HINO)公司開發了全球首例柴一電混合驅動系統HIMR(Hybrid
Inverter controlled Motor and Retarder)，目前裝備該系統的汽車已超過300輛，主要為在大城市行駛的客車和公交客車。2002年日野公司又開發了燃油經濟性能和排放性能更完善的混聯式柴一電混合動力系統。在美國，成熟的重型汽車混合動力系統主要有BAE
Systems公司的HybridriveTM系統(與Orion公司合作推出OrionⅥ和OrionVⅡ型混合動力客車)和Allison
Transmission公司的Etp40和Ep50系統(與Newflyer公司合作推出了DFAOLF和DE40LF型混合動力客車)，其他已經推出和正在研制的混合動力電動客車還有AVS(Advanced
Vehicle Sys—tems)公司的AVS一22和AVS一38型混合動力巴士(該車型為世界首輛專門制造的以微型燃氣輪機作為原動機的混合電動巴士)、NABI(Noah
A—merican Bus Idustries)公司的30CL—F型CNG一電力混合客車以及ISE
Research公司與Newflyer及NOVA合作推出的兩輛樣車等。
在歐洲，沃爾沃客車公司早于1995年就開始了“環保概念客車”(Environmental
Concept Bus)的研究，開發了以乙醇為燃料的燃氣輪機電動混合客車，并于1999年開始在瑞典進行路試檢測；斯堪尼亞公司也在S11和S15客車基礎上開發了混合動力電動客車樣車；曼商用車公司也和福伊特驅動技術有限公司(VoithTurbo)及西門子汽車科技公司聯合開發了使用EPCOS超級電容的柴一電混合動力電動客車，并于1998年3月首次在德國紐倫堡投人試運行。
需要指出的是，各國的城市公交系統始終在混合動力電動客車的開發和測試過程中起著關鍵作用，它們很早就認識到了燃油客車對城市空氣質量的負面影響，并在環保法案和政府資助項目的推動下積極促進環保公交客車的運用。根據美國交通研究會(TCB)的報告，1999年共有約70輛混合動力客車在美國各城市公交系統中運營，而到了2001年這一數字激增到300輛。2004年另外200臺OrionVⅡ混合電動巴士也將交付使用，到2006年混合動力電動客車總量將達到385輛，占全部公交客車的8％。
2.2 國內混合動力電動客車的發展現狀
在我國，解決大城市公共交通問題，改善城市大氣環境，滿足人民健康需求歷來受到黨和國家的重視。從目前的技術發展水平來看，混合動力電動客車無疑將是最為切實可行和最具商業化前景的方案。它的整車開發已被列入國家十五“863計劃”電動汽車重大專項中，受到國家從政策到資金各個方面的扶持，發展前景十分樂觀。與此同時，國內的相關企業和科研院所的強強聯手充分發揮了各自優勢，進一步加快了混合動力電動客車的產業化步伐。目前已開發出來的樣車有北京嘉捷恒信混合動力大巴、東風EQ61
10HEV混合動力電動客車以及深圳明華復合動力客車等。北京嘉捷博大和常州客車廠共同推出的46座混合動力電動客車，它裝備了兩組Capstone的燃氣輪機和最大功率為240kW的交流變頻電機，最高時速78km／h。這些樣車的研制成功標志著我國混合動力電動客車研究躍上了一個嶄新的臺階。下一階段將主要致力于完善車輛性能、降低整車成本并盡可能采用成熟技術以加快產業化步伐，早日實現商業化運營。
三、上海發展混合動力電動客車的機遇、挑戰及對策
3.1 發展機遇
目前上海全市共有公共汽車1．8萬輛左右，公交線路近1000條，線路總長度超過2萬km，日均運客750多萬人次，公交車輛配備數、線路運營長度和日均運客量均創世界城市公共交通之最，公交線路已覆蓋全市各個角落，能滿足不同層次乘客的出行需要。在十五期間還將更新8000多輛客車，以使市民享受到更加舒適、快捷的出行服務。在2010年上海將舉辦舉世矚目的世博會，屆時高效、環保的公共交通系統將極大提高上海的城市品味，完美體現“城市，讓生活更美好”的主題，使上海以一個生態都市的形象呈現在世界面前。
而目前燃油客車仍是上海城市公交客車的主力，雖經多次更新換代，在動力性、舒適性和車輛外觀等方面有明顯提高，但急極加速的“黑煙”現象和行駛噪音問題一直難以解決，已成為困擾上海公交發展的主要問題之一。隨著上海市排放法規的日趨嚴格和綠色公交改造步伐的不斷加快，傳統燃油客車的發展空間將越來越小，而混合動力電動客車由于具有廢氣排放低、燃油經濟性好、適合城市運行、技術可行性高等特點必將逐步取代燃油客車成為上海城市公交的生力軍。
3.2 挑戰及對策
現在距離上海2010年世博會的召開還有不到6年的時間，上海混合動力電動客車的研究還處于起步階段，離大規模產業化生產和商業化運營還有相當長一段距離，要實現跨越式發展，在2010年以前交出一份完美的答卷，任務相當艱巨。所以在上海發展混合動力電動客車，不僅需要充分集成汽車、電子、控制、電力驅動、化工技術、新型材料等高新技術，還需凝聚來自政府、工業界、研究機構、交通部門和公交系統的優勢，進行大協作，風險共擔，成果共享。在發展過程中要充分利用國內外現有成熟的混合電動汽車技術，同時集中主要力量進行技術創新，爭取在一些關鍵技術方面擁有自主知識產權，從科研機制和管理體制兩方面保證混合動力電動客車研究的順利進行。
|
