对美国的混合动力公交车示范运营及其节能环保效应进行了详细说明，为混合动力公交评价研究及我国混合动力公交车示范运营提供参考。随着重型混合动力技术的不断成熟及混合动力公交车成本的不断降低，混合动力公交车必将实现产业化，同时也将推动混合动力技术在轿车及其他车型上的运用。

    城市公共交通拥挤，城市客车时走时停，行车速度慢，制动及怠速时间长。在这种情况下，传统的内燃机汽车油耗和排放都很差；而混合动力电动系统可以回收制动能为动力电池组充电，且能够通过电机改善发动机工况，使其工作在低油耗低排放的区域，从而可以达到节能和降低排放的效果。同时城市客车空间大，承载能力强，运行速度低，对混合动力系统的尺寸、重量及续驶里程要求远低于轿车和其它车型。现在，混合动力技术已广泛应用于城市客车上，在许多国家及地区开始了示范运营，并有部份车型已实现了产业化。

   项目背景
  

    为了建立先进车辆技术研发与产业化的桥梁，在美国能源部(Department Of Energy)自由轿车和车辆技术工程(Freedom CAR and Vehicle Technologies Program)的支持下，开展了先进车辆测试活动Advanced Vehicle Testing Activity(AVTA)，旨在提供综合的、不带偏见的先进车辆技术评价。

    先进车辆测试活动AVTA将收集与分析先进技术车辆(压缩天燃气车、混合动力车、燃料电池车等)及相对比的常规车，在相同的测试线路上试运行的维修、性能、安全、成本及排放特征数据。通过对比先进技术车辆及常规车，AVTA的评价将帮助公交公司做出有科学根据的购买决定。其中，车队的测试及评价Fleet Test & Evaluation项目组由国家可再生能源实验室National Renewable Energy Laboratory(NREL)及Battelle人事处构成，管理AVTA中重型车辆的评价。车队的测试及评价项目组对几家混合动力公交公司的混合动力车进行评价。如表1为参入AVTA项目的混合动力公交公司，表2为混合动力公交车的基本情况。

    美国发展中重型混合动力技术的公司有BAE SYSTEMS、Eaton、Ebus、GM-Allison、ISE Research以及Oshkosh等，其产品广泛应用于民用及军用当中。目前，美国已经有超过30个机构运行着混合动力公交车，令人满意的试运行结果也促使了多家公交公司大量购买混合动力公交车。

   纽约市公交公司(New York City Transit)
  

    纽约市公交公司NYCT是美国最大的公交公司，同时也是清洁公交技术应用的先行者。1998年，NYCT向Orion公共汽车工业(戴姆勒-克莱斯勒北美商用公共汽车公司)订购10辆混合动力城市客车OrionⅥ。Orion混合动力公交车使用BAE SYSTEMS Hybrid DriveTM 串联混合动力系统，如图1所示。在这套混合动力系统中，选择一个相对较小的柴油机，并将其控制运行在最低油耗工况区，同时驱动发电机产生电能供给电机或动力电池组。电机将驱动车辆行驶，当制动时以发电机状态回收制动能量并将其储存到动力电池组中。当车辆加速和爬坡时，动力电池组将提供额外的能量。驱动控制系统将管理整个系统，实现燃油经济性及排放最优。

    AVTA测试与评估项目组于2000年7月开始对在同一路线上运行的Orion Ⅵ混合动力公交车及NovaBUS RTS常规柴油公交车的使用进行为期一年的评估工作。评估结果如下：

    在整个道路测试评估过程中，混合动力公交车的每英里的燃油消耗量(Gallons Per Mile)比常规车低10%。对两种类型的公交车在转鼓实验台上进行排放对比测试，在中央商业区工况不带制动能量再生系统的混合动力公交车可以节约大约6%的燃油，带制动能量再生系统的混合动力公交车23%的燃油；在纽约公交工况混合动力公交车可以节约64%的燃油；在曼哈顿工况混合动力公交车可以节约48%的燃油。在中央商业区工况，通过使用制动能量回收技术可以节约15%的燃油，同时也意味着减少了15%的燃油燃烧产生的尾气排放，制动能量再生系统是混合动力公交车节能减排的重要方式。

    混合动力公交车的维修保养费比常规公交车高76%~150%。将维修保养费分成六大部份：整个驱动系统及与燃料相关的系统(包括排气系统，燃油系统，发动机系统，电机、发电机和电池，非照明电系统，进气系统，冷却系统，传动系统)；驾驶室、车身和附件；制动系统；HVAC系统(加热，通风和空调)；PMA(定期检查)及其它维修保养(转化系统、悬架等)。如图2为不同系统的维修保养费份额。

    由图2，驾驶室、车身和附件、整个驱动系统及与燃料相关的系统的维修保养费份额超过50%。因混合动力车对驱动系统进行较大改动，导致混合动力车的整个驱动系统及与燃料相关的系统的维修保养费份额比常规车高15%。其中，混合动力车的电机、电池维修费用占总维修费用的5.5%(因电池在试运行一年内不需更换，如更换则该系统维修费将更高)。混合动力车制动器维修费比常规车低27.3%。因混合动力车通过使用再生制动能量回收可以有效地增加了制动器的寿命，减少了其维修费用。在试运行阶段，混合动力车各系统的维修费用(除制动系统)均高于常规车。

    通过对两种型式的公交车运行成本(包括燃油费及维修保养费)对比发现混合动力车的运行成本比常规车高46%~92%。同时该混合动力车的售价比常规车高60%，这意味着混合动力公交车的购买及运行都必须通过政府的支持，才能得以进行。就目前来看，混合动力公交车示范运行成本将比常规公交车高许多，且随着运行时间的加长，成本差距将更大。但是随着混合动力公交车产业化规模的不断变大，购买成本及维修保养成本也必将下降。

    西弗吉尼亚大学对两种型式的公交车在重型转鼓上进行指定工况下的排放测试表明，混合动力车具有很好的节能环保性能，如表3所示。表3中，中央商业区工况Central Business District(CBD)是SAE-J1376推荐用来评价重型车排放特性；纽约公交工况The New York Bus Cycle(NY Bus)是通过对纽约市重型车(卡车及公交车)的工况数据收集整理分析得到的典型工况；曼哈顿工况Manhattan Cycle是对近期的曼哈顿地区的公交车运行工况数据发展得到的，它将非常适合评估NYCT的公交车的油耗及排放特性。该常规车没有带微粒捕集器。混合动力车通过使用混合动力技术及微粒捕集器将明显地减少了污染物排放。混合动力车运行了曼哈顿工况上，相比常规车能减少98%以上的CO及PM排放、44%的NOx排放及30%左右的HC及CO2排放。

    考虑到该混合动力技术成熟且节能环保性能优良，NYCT 开始大量订购新一代的OrionⅦ型混合动力车。预测到2010年，NYCT将有接近1700辆的混合动力车，NYCT将有世界上最大的混合公交车队。

   参入AVTA项目的其它混合动力公交公司

    1. 金县城市交通局(King County Metro)

    金县城市交通局KCMT为华盛顿州金县提供交通服务。从1990年开始，金县城市交通局为减少公交运行时间及减轻拥堵，在西雅图市区下开通一条2.09km长的地下公共汽车隧道并使用双模式公共汽车在其通行(即在隧道内通过架空电缆使用电动机驱动，在地上使用发动机驱动)。为了降低运营维护成本，金县城市交通局在2002年改用New Flyer公司的铰链式城市客车。该车主要参数见表2。该车采用通用的Allison Transmission生产的并联式混合动力系统，如图3所示。该系统有柴油机和电机两种驱动模式，可单独使用，也可以同时使用。柴油机将提供主要的能量输出，在爬坡、加速及其它需要大功率输出情况电机将辅助驱动。电机可以独立驱动车辆起步。制动时，电机为发电机的模式将能量回收储存到电池中。混合动力控制模块将协调发动机与电机的工作，使发动机运行在高效率区且将制动能量回收，以提高燃油经济性、降低排放。

    2004年金县城市交通局又订购213辆类型的车，另外，华盛顿Sound公交公司也订购了22辆。

    2. 印第安纳波利斯公共交通公司(Indianapolis Public Transportation)

    印第安纳波利斯公共交通公司(INDYGO)在印第安纳波利斯拥有226辆车，运营28条公交线路。2003年8月，INDYGO在新的公交线路上使用5辆混合动力城市客车，目的是在空气质量未达标区域缓解交通拥堵和排放。空气质量控制项目Congestion Mitigation and Air Quality(CMAQ)提供了购买混合动力城市客车的资金。

    INDYGO采用加利福尼亚Downey生产的22座、低地板串联插电式混合动力城市客车Ebus。该混合动力公交车使用Capstone Micro TrubineTM串联混合动力系统，如图4所示。数字功率控制器监控蓄电池电量，当电池电量不足时，使用一台小型涡轮机为蓄电池充电，这样可以增大公共汽车的续驶里程。同时可以对Ebus施行快速充电，仅需要大概1h的时间就可以将蓄电池电量充满。

    3.诺克斯维尔交通公司(Knoxville Area Transit)

    诺克斯维尔交通公司KAT是田纳西州诺克斯维尔市的主要交通运营商。为清洁能源项目通过降低车辆的排放而提高诺克斯维尔城市地区的空气质量，KAT其特定线路上使用了4辆丙烷混合动力城市客车，同时车队还拥有4辆轻型混合动力车辆。同样，空气质量控制项目Congestion Mitigation and Air Quality(CMAQ)也为KAT提供了购买混合动力城市客车的资金。

    KAT使用的混合动力客车Ebus为加利福尼亚Downey生产的22座、低地板串联式混合动力城市客车Ebus。与前面不同的是，该种车型的小型涡轮机使用丙烷做为燃料将使排放更低，而且诺克斯维尔已经建立了丙烷供应站。

   结论与展望
    

    混合动力车具有很好的节能环保性能，但其发展也面临着许多问题。其中，制约混合动力公交车发展的主要因素是成本问题，其包括购置成本及使用成本。当前的混合动力城市客车购买及使有成本都要高于传统城市客车。随着混合动力车规模化生产后，其售价将出现大幅度的下降。使用成本主要指的就是维修保养费，由于混合动力系统的不成熟导致许多新增加系统的维修成本过高。而成本问题的解决需要的是技术上的突破，如性价比高寿命长的动力电池组的研制及优良电池管理系统的开发、优良的驱动控制策略的开发等。

    我国可以通过政策引导、课题开展(如美国自由轿车和车辆技术工程)、专项基金建立(如美国的缓解拥堵及空气质量控制项目)促进混合动力技术的研发及混合动力公交车的示范运营，进而促进重度混合动力技术的成熟及其在公交车上广泛运行，同时也促进了混合动力公交车的产业化，进而实现技术的不断成熟与产业化之间形成良性循环。混合动力公交车是混合动力技术应用的突破口，重度混合动力技术的不断进步及其公交车的产业化也必将推动混合动力技术在轿车及其它车型上的运用。