混合动力公交车能耗费用分析

2018.No19
摘 要 汽车是人类社会最重要的交通工具之一,为人类社会带来了极大的便利和经济利益，近年来混合动力汽车新技术均取得了较大的成果，但存在燃油效率问题。

通过在WOLFMAP 中获取各条路线中各个公交站台的三维坐标，结合公交车运行时刻表，求出公交车在相邻站台间的运行距离、行驶坡度和行驶速度，通过上述参数拟合求解引入百公里油耗模型。

利用混合动力公交车驱动模式选择模型求解出混合动力公交车的油耗和电耗，通过纯柴油油耗费用和混合动力消耗费用的差值建立混合动力公交车相对费用消耗模型，用于确定最适合混合动力公交车运行的路线。

关键词 WOLFMAP 混合动力公交车 油耗 电耗
1 速度计算模型
由于两关键站之间的车站到达出发时间未知，故将两关键站之间车站的时间平均分配，如A站到B站历时6分钟，其间有两个车站，则每个车站到下一站的时间为2分钟。

从一个车站到下一个车站的过程可视为加速—匀速—减速—停靠四个过程。

汽车加速时加速度和减速时加速度相等可取1.919m 3/s，汽车停靠时间取25s，则有如下方程：
1)通过时刻表获取车辆行驶时间，对总时间建立方程，见式1：
T =t 1+t 2+t 3+t 4 (1)t 1表示公交车加速时间，t 2表示公交车匀速行驶时间，t 3
表示公交车减速时间，t 4表示公交车停靠时间。

将方程简化，由于加速和减速时的加速度大小相同，所以加速和减速的时间相同，见式2：
t 1=t 3 (2)简化后方程见式3：
T =2t 1+t 2+t 4 (3)2)通过获取所有站台的三维坐标，从而求出相邻站台的距离，对距离建立方程见式4。

(4)
(5)
表示启动或制动时的加速度，表示匀速行驶时的速度。

由以上方程可求出公交车在各个站台间的运行速度和运行时间。

2 柴油公交车油耗模型
运用周育峰在分析长平高速公路油耗数据时采用油耗关于坡度、速度、平整度(IRI =1.0)的模型[1]见式6：
(6)
通过WOLFMAP得出各个站点的三维坐标，通过相邻站点的
高差与距离之比求出相邻站台的坡度见式7：
(7)
其中：A,B,C,D,E表示回归参数，
表示百公里油耗，表示匀速行驶时的速度，IRI 表示国际平整度，表示坡度，表
示相邻站台的高程差。

混合动力公交车能耗费用分析
张 帅
（重庆交通大学河海学院 重庆南岸 400074）
通过代入,IRI
,相关数据拟合求出5个油耗回归参数的数值，见表1。

表1 油耗回归参数值
将油耗回归参数带入油耗模型得出柴油公交车百公里油耗模型：
3 混合动力公交车能耗计算模型
3.1 混合动力公交车油耗模型
混动公交车在使用柴油行驶的过程中，柴油的消耗除了为公交车提供牵引力和克服阻力，还要为电动机发电，此时混动公交车柴油用量取为柴油公交车柴油用量的1.2倍，见式8：
(8)
3.2 混合动力公交车电耗模型
混和动力公交车电力驱动时耗电量与柴油驱动时耗油量受到的影响因素相同，均为车辆行驶速度、地面坡度与平整度。

故将式6代入数据拟合，得到5个电耗回归参数的数值，见表2。

表2 电耗回归参数
将回归参数带入6式得出混合动力公交车电耗模型，见式9：
(9)
3.3 电池模型
由于客车每天运行的路线和里程相对固定，要求动力电池一次充电满足一天行驶能量要求，引用曾小华的电池模型[2]，见式10：
(10)
式中：
分别表示电池能量，附件功率，制动能
量回收功率和电机每天运行时间。

表示电池放电窗。

3.4 电池充电模型
在行驶过程中，蓄电池充电的方式有两种，一种是混和动力公交车通过柴油驱动时，在匀速行驶过程中为蓄电池充电，另一种是在刹车时，利用混和动公交车搭配的再生制动器为蓄电池充电，蓄电池的充电一般在8～10小时完成，两种充电方式见表3。

1）柴油驱动时充电量，见式11：
(11)2）制动时充电量，见式12：
(12)其中，I 表示充电速度，t 2表示匀速运动时间，t 3表示制动时间，U表示电池电压，表示充电效率。

表3 混合动力公交车两种充电方式
2018.No19
4 混合动力公交车相对油费模型
通过速度计算模型、柴油公交车能耗模型和混合动力公交车能耗模型，对每一段路线计算纯柴油公交车的耗油费用和混合动力公交车的耗油费用，利用纯柴油的耗油费用和混合动力公交车的耗油费用的差值建立差值最大的优化模型，见式13：
(13)
0 引言
房屋建筑结构设计是按照现行的规范和要求，结合建筑结构在计算方面的基本原理和要求，符合安全、经济和美观的要求，易于施工技术的实现，满足安全的基本需求，达到适用耐久、结构安全、可靠稳定的基本设计标准和要求，其可靠性是影响建筑结构整体根本和基础。

基于可靠度理论，进行建筑结构设计，达到安全稳定、经济适用、美观耐久的目的，是我们长期关注的重点，因此具有研究的意义，相关学者和研究人员从建筑材料选择、荷载计算、构件设计、优化调整等多个方面进行了分析和研讨，并取得了一些成熟的理论、实践经验[1-3]。

本文首先论述基于结构可靠度理论结构设计实现，建立相关函数，根据三峡库区某一建筑进行实践，通过工程实例表明：基于可靠度理论计算和设计，在建筑结构设计中是必须的，具有为建筑结构实现优化改进、经济适用的优势，可为类似设计提供参考和优化。

1 基于可靠度理论的结构设计理论
在进行建筑结构设计之时，利用可靠度理论进行优化和调整是必须的。

进行建筑结构设计，常常选择《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）进行设计。

1.1 可靠度理论
一般而言，结构可靠度常常收到材料强度、荷载（作用）、几何截面参数等多个因素的影响，这些变量具有随机性，专业上称为“随机变量”，记为X i =(i=1,2,…,n)。

针对建筑结构或结构构件常按极限状态进行设计，针对建筑结构所需要的各种结构功能，比如适用性、安全性、耐久性等方面，常常建立包含各种随机变量的关系式：
Z=g(X 1,X 2,…,X n ) (1)对于建筑结构而言，影响其结构功能的因素为两大类，作用效应S和结构抗力R，故有：
Z=g(R,S)=R-S (2)其中，Z代表结构的功能函数，当Z=g(R,S)=R-S=0则为极限状态，故称为极限状态方程。

Z与0关系决定可靠与否：
当Z＞0时，则R＞S，结构处于可靠状态；当Z=0 时，则R=S，结构处于极限状态；
基于结构可靠度理论的山地建筑结构优化设计及实践
晏先治
（重庆弘创时代建筑设计有限公司 重庆万州 404100）
当Z＜0时，则R＜S，结构处于失效状态。

根据建筑结构理论，结构按照极限状态设计时，应符合下列基本要求：
Z=g(S,R)=R-S≥0 (3)1.2 制约建筑结构设计可靠度的因素
运用建筑结构的可靠度理论进行设计时，需要进行多目标的选择和应用，常常需要考虑目标函数的选择、变量的选择和约束条件的选择。

一般而言，在建筑结构中荷载的变化、结构抗力和效应具有代表性意义。

1）建筑结构设计的荷载变化水平的参数分布。

通常情况下，不同的建筑结构在承受不同的作用时其基本要求是不同的，荷载变化的水平和能力一般会直接影响建筑结构的可靠性[4-5]。

结构参数计算和变化、荷载计算和分配在结构的可靠性设计中的影响是深远的，建筑结构常常受到活荷载和恒载的作用，活荷载是处于变化中的，比如建筑结构受到大自然中风雪雨等多方面影响，还有楼地板设备及相应荷载的影响，每个荷载的变化及改变都将影响建筑结构的设计，对于可靠性范围的变动也会引起波动。

因此，对于建筑结构而言，荷载的选择和变化参数对可靠性来说是关键的，也是重要的[6]。

2）建筑结构效应和抗力影响。

建筑结构按照可靠度理论进行设计时，不仅受到荷载的影响，而且还会受到荷载环境的变化，比如不同的环境和不同的作用，建筑材料表现出不同的情况，可能会出现材料性能的稍微变化，也可能会引起材料功能性的大大老化，甚至腐蚀，使得建筑结构可靠性大大降低或者衰减，结构的效应和抗力受到影响。

在建筑介绍设计时，需要根据可靠度理论进行设计，考虑荷载变化、结构阻力的变化，寻找合适目标函数适当的表征结构效应和抗力。

一般而言，先进行整体结构和材料衰减计算，根据变化和规定进行计算，找到合适有效方法和措施提高结构的可靠性、耐久性和稳定性。

1.3 基于可靠度的多目标分层优化理论模型
根据建筑结构中的约束条件，一般选择材料性能、结构抗力或结构效应等参数，在g u (x )≥0(u =1,…,m )、h v (x)=0(v=1,2,…,l;l＜N)的前提下，求建筑结构的设计变量
其中，E 0表示美国油价，E e
表示美国电价，表示纯柴油
公家车百公里电耗，
表示混合动力公交车百公里油耗，表
示混合动力公交车百公里电耗。

最终，差值最大的路线，优先选用混合动力公交车，此时
其效率最大。

参考文献
[1]周育峰,张浩然.路面表面特性与汽车燃料消耗关系研究[J].公路,2005(1):30-36.
[2]张小华.混合动力汽车的节能机理和参数设计方法研究
[D].长春:吉林大学汽车工程学院,2006.。