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   對美國的混合動力公交車示范運營及其節能環保效應進行了詳細說明，為混合動力公交評價研究及我國混合動力公交車示范運營提供參考。隨著重型混合動力技術的不斷成熟及混合動力公交車成本的不斷降低，混合動力公交車必將實現產業化，同時也將推動混合動力技術在轎車及其他車型上的運用。

    城市公共交通擁擠，城市客車時走時停，行車速度慢，制動及怠速時間長。在這種情況下，傳統的內燃機汽車油耗和排放都很差；而混合動力電動系統可以回收制動能為動力電池組充電，且能夠通過電機改善發動機工況，使其工作在低油耗低排放的區域，從而可以達到節能和降低排放的效果。同時城市客車空間大，承載能力強，運行速度低，對混合動力系統的尺寸、重量及續駛里程要求遠低于轎車和其它車型。現在，混合動力技術已廣泛應用于城市客車上，在許多國家及地區開始了示范運營，并有部份車型已實現了產業化。

   項目背景
  

    為了建立先進車輛技術研發與產業化的橋梁，在美國能源部(Department Of Energy)自由轎車和車輛技術工程(Freedom CAR and Vehicle Technologies Program)的支持下，開展了先進車輛測試活動Advanced Vehicle Testing Activity(AVTA)，旨在提供綜合的、不帶偏見的先進車輛技術評價。

    先進車輛測試活動AVTA將收集與分析先進技術車輛(壓縮天燃氣車、混合動力車、燃料電池車等)及相對比的常規車，在相同的測試線路上試運行的維修、性能、安全、成本及排放特征數據。通過對比先進技術車輛及常規車，AVTA的評價將幫助公交公司做出有科學根據的購買決定。其中，車隊的測試及評價Fleet Test & Evaluation項目組由國家可再生能源實驗室National Renewable Energy Laboratory(NREL)及Battelle人事處構成，管理AVTA中重型車輛的評價。車隊的測試及評價項目組對幾家混合動力公交公司的混合動力車進行評價。如表1為參入AVTA項目的混合動力公交公司，表2為混合動力公交車的基本情況。

    美國發展中重型混合動力技術的公司有BAE SYSTEMS、Eaton、Ebus、GM-Allison、ISE Research以及Oshkosh等，其產品廣泛應用于民用及軍用當中。目前，美國已經有超過30個機構運行著混合動力公交車，令人滿意的試運行結果也促使了多家公交公司大量購買混合動力公交車。

   紐約市公交公司(New York City Transit)
  

    紐約市公交公司NYCT是美國最大的公交公司，同時也是清潔公交技術應用的先行者。1998年，NYCT向Orion公共汽車工業(戴姆勒-克萊斯勒北美商用公共汽車公司)訂購10輛混合動力城市客車OrionⅥ。Orion混合動力公交車使用BAE SYSTEMS Hybrid DriveTM 串聯混合動力系統，如圖1所示。在這套混合動力系統中，選擇一個相對較小的柴油機，并將其控制運行在最低油耗工況區，同時驅動發電機產生電能供給電機或動力電池組。電機將驅動車輛行駛，當制動時以發電機狀態回收制動能量并將其儲存到動力電池組中。當車輛加速和爬坡時，動力電池組將提供額外的能量。驅動控制系統將管理整個系統，實現燃油經濟性及排放最優。

    AVTA測試與評估項目組于2000年7月開始對在同一路線上運行的Orion Ⅵ混合動力公交車及NovaBUS RTS常規柴油公交車的使用進行為期一年的評估工作。評估結果如下：

    在整個道路測試評估過程中，混合動力公交車的每英里的燃油消耗量(Gallons Per Mile)比常規車低10%。對兩種類型的公交車在轉鼓實驗臺上進行排放對比測試，在中央商業區工況不帶制動能量再生系統的混合動力公交車可以節約大約6%的燃油，帶制動能量再生系統的混合動力公交車23%的燃油；在紐約公交工況混合動力公交車可以節約64%的燃油；在曼哈頓工況混合動力公交車可以節約48%的燃油。在中央商業區工況，通過使用制動能量回收技術可以節約15%的燃油，同時也意味著減少了15%的燃油燃燒產生的尾氣排放，制動能量再生系統是混合動力公交車節能減排的重要方式。

    混合動力公交車的維修保養費比常規公交車高76%~150%。將維修保養費分成六大部份：整個驅動系統及與燃料相關的系統(包括排氣系統，燃油系統，發動機系統，電機、發電機和電池，非照明電系統，進氣系統，冷卻系統，傳動系統)；駕駛室、車身和附件；制動系統；HVAC系統(加熱，通風和空調)；PMA(定期檢查)及其它維修保養(轉化系統、懸架等)。如圖2為不同系統的維修保養費份額。

    由圖2，駕駛室、車身和附件、整個驅動系統及與燃料相關的系統的維修保養費份額超過50%。因混合動力車對驅動系統進行較大改動，導致混合動力車的整個驅動系統及與燃料相關的系統的維修保養費份額比常規車高15%。其中，混合動力車的電機、電池維修費用占總維修費用的5.5%(因電池在試運行一年內不需更換，如更換則該系統維修費將更高)。混合動力車制動器維修費比常規車低27.3%。因混合動力車通過使用再生制動能量回收可以有效地增加了制動器的壽命，減少了其維修費用。在試運行階段，混合動力車各系統的維修費用(除制動系統)均高于常規車。

    通過對兩種型式的公交車運行成本(包括燃油費及維修保養費)對比發現混合動力車的運行成本比常規車高46%~92%。同時該混合動力車的售價比常規車高60%，這意味著混合動力公交車的購買及運行都必須通過政府的支持，才能得以進行。就目前來看，混合動力公交車示范運行成本將比常規公交車高許多，且隨著運行時間的加長，成本差距將更大。但是隨著混合動力公交車產業化規模的不斷變大，購買成本及維修保養成本也必將下降。

    西弗吉尼亞大學對兩種型式的公交車在重型轉鼓上進行指定工況下的排放測試表明，混合動力車具有很好的節能環保性能，如表3所示。表3中，中央商業區工況Central Business District(CBD)是SAE-J1376推薦用來評價重型車排放特性；紐約公交工況The New York Bus Cycle(NY Bus)是通過對紐約市重型車(卡車及公交車)的工況數據收集整理分析得到的典型工況；曼哈頓工況Manhattan Cycle是對近期的曼哈頓地區的公交車運行工況數據發展得到的，它將非常適合評估NYCT的公交車的油耗及排放特性。該常規車沒有帶微粒捕集器。混合動力車通過使用混合動力技術及微粒捕集器將明顯地減少了污染物排放。混合動力車運行了曼哈頓工況上，相比常規車能減少98%以上的CO及PM排放、44%的NOx排放及30%左右的HC及CO2排放。

    考慮到該混合動力技術成熟且節能環保性能優良，NYCT 開始大量訂購新一代的OrionⅦ型混合動力車。預測到2010年，NYCT將有接近1700輛的混合動力車，NYCT將有世界上最大的混合公交車隊。

   參入AVTA項目的其它混合動力公交公司

    1. 金縣城市交通局(King County Metro)

    金縣城市交通局KCMT為華盛頓州金縣提供交通服務。從1990年開始，金縣城市交通局為減少公交運行時間及減輕擁堵，在西雅圖市區下開通一條2.09km長的地下公共汽車隧道并使用雙模式公共汽車在其通行(即在隧道內通過架空電纜使用電動機驅動，在地上使用發動機驅動)。為了降低運營維護成本，金縣城市交通局在2002年改用New Flyer公司的鉸鏈式城市客車。該車主要參數見表2。該車采用通用的Allison Transmission生產的并聯式混合動力系統，如圖3所示。該系統有柴油機和電機兩種驅動模式，可單獨使用，也可以同時使用。柴油機將提供主要的能量輸出，在爬坡、加速及其它需要大功率輸出情況電機將輔助驅動。電機可以獨立驅動車輛起步。制動時，電機為發電機的模式將能量回收儲存到電池中。混合動力控制模塊將協調發動機與電機的工作，使發動機運行在高效率區且將制動能量回收，以提高燃油經濟性、降低排放。

    2004年金縣城市交通局又訂購213輛類型的車，另外，華盛頓Sound公交公司也訂購了22輛。

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

    印第安納波利斯公共交通公司(INDYGO)在印第安納波利斯擁有226輛車，運營28條公交線路。2003年8月，INDYGO在新的公交線路上使用5輛混合動力城市客車，目的是在空氣質量未達標區域緩解交通擁堵和排放。空氣質量控制項目Congestion Mitigation and Air Quality(CMAQ)提供了購買混合動力城市客車的資金。

    INDYGO采用加利福尼亞Downey生產的22座、低地板串聯插電式混合動力城市客車Ebus。該混合動力公交車使用Capstone Micro TrubineTM串聯混合動力系統，如圖4所示。數字功率控制器監控蓄電池電量，當電池電量不足時，使用一臺小型渦輪機為蓄電池充電，這樣可以增大公共汽車的續駛里程。同時可以對Ebus施行快速充電，僅需要大概1h的時間就可以將蓄電池電量充滿。

    3.諾克斯維爾交通公司(Knoxville Area Transit)

    諾克斯維爾交通公司KAT是田納西州諾克斯維爾市的主要交通運營商。為清潔能源項目通過降低車輛的排放而提高諾克斯維爾城市地區的空氣質量，KAT其特定線路上使用了4輛丙烷混合動力城市客車，同時車隊還擁有4輛輕型混合動力車輛。同樣，空氣質量控制項目Congestion Mitigation and Air Quality(CMAQ)也為KAT提供了購買混合動力城市客車的資金。

    KAT使用的混合動力客車Ebus為加利福尼亞Downey生產的22座、低地板串聯式混合動力城市客車Ebus。與前面不同的是，該種車型的小型渦輪機使用丙烷做為燃料將使排放更低，而且諾克斯維爾已經建立了丙烷供應站。

   結論與展望
    

    混合動力車具有很好的節能環保性能，但其發展也面臨著許多問題。其中，制約混合動力公交車發展的主要因素是成本問題，其包括購置成本及使用成本。當前的混合動力城市客車購買及使有成本都要高于傳統城市客車。隨著混合動力車規模化生產后，其售價將出現大幅度的下降。使用成本主要指的就是維修保養費，由于混合動力系統的不成熟導致許多新增加系統的維修成本過高。而成本問題的解決需要的是技術上的突破，如性價比高壽命長的動力電池組的研制及優良電池管理系統的開發、優良的驅動控制策略的開發等。

    我國可以通過政策引導、課題開展(如美國自由轎車和車輛技術工程)、專項基金建立(如美國的緩解擁堵及空氣質量控制項目)促進混合動力技術的研發及混合動力公交車的示范運營，進而促進重度混合動力技術的成熟及其在公交車上廣泛運行，同時也促進了混合動力公交車的產業化，進而實現技術的不斷成熟與產業化之間形成良性循環。混合動力公交車是混合動力技術應用的突破口，重度混合動力技術的不斷進步及其公交車的產業化也必將推動混合動力技術在轎車及其它車型上的運用。