计及实时交通特征的电动公交车备用率与充电桩联合优化

为了提高电动公交车及充电站总投资和运营的经济性,需综合考虑公交车和充电桩的购置成本以及充电成本。以道路特征、实时交通特征、环境温度为主要影响因素,计算电动公交车的行驶时间和能耗;在满足公交车运营基本需求和保证车内温度的前提下,以日公交车购置成本、日充电桩建造成本、日充电成本之和最小为目标进行优化,建立电动公交车备用率与充电桩的联合优化模型,并采用改进的离散型自适应粒子群优化算法进行计算,得到公交车和充电桩的最优购置方案以及各季节和全年的日均投资及运营成本。以某公交线路上电动公交车年内多种运营条件为算例,验证所建优化模型的正确性。

纯电动和燃油公交车的火灾发展特性数值模拟研究

为了研究纯电动和燃油公交车火灾发展特性的异同,采用FDS数值模拟方法,考虑动力电池发生热失控喷射释放可燃气体并燃烧形成喷射火,对比电池包和燃油两类典型点火源下,公交车整车燃烧的热烟释放与火灾发展特性。结果表明:对于10.5 m长的纯电动和燃油公交车火灾,火灾增长速率均位于超快速火和快速火之间,在前500 s燃油公交车的热释放速率(Heat Release Rate,HRR)大于电动公交车,然而电动公交车HRR在500 s后大于燃油车;纯电动和燃油公交车峰值热释放速率(Peak Heat Release Rate,PHRR)分别为25.4 MW和24.2 MW,总热释放量(Total Heat Release,THR)分别为20.2 GJ和17.5 GJ,电动公交车相比燃油车具有更高的PHRR和THR,但PHRR达峰时间滞后144 s;在点火源距离后门较近和火灾前期100 s门窗均处于关闭状态最不利情况下,相比燃油公交车,电动车上部内饰的引燃时间提前、下部有所延迟,后天窗附近窗户破窗时间提前;在公交车火灾发展中,电动车窗户等开口部位处溢流火的高度大于燃油车,1 min内是人员逃生关键时间,且车厢内中后部温度均高于前部。

计及电池老化特征的电动公交车静态无线充电设施布局优化

为解决既有静态无线充电(Static Wireless Charging,SWC)设施布局方案容易忽略电池老化成本的问题,提出了计及电池老化特征的电动公交车SWC设施布局优化方法。首先考虑机会充电模式下电动公交车的运行特征,建立兼顾充电设施布设成本与电池老化成本的SWC设施布局优化模型,将电池荷电状态变化区间对电池老化速率的作用机理融入模型,同时引入累积能耗约束以确保SWC设施布局方案满足公交线路运营需求;然后针对模型的计算复杂性,提出一种改进禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法对模型进行求解,依据模型特点构造算法的初始解及邻域结构;最后设计数值算例对模型和算法进行验证。研究结果表明:SWC设施布局对电池老化具有显著影响,相比不考虑电池老化特征的常规模型,文中提出的模型可以使年均总成本降低3.8%;在现阶段电池技术与成本条件下,电池老化成本占年均总成本的比例高达72.3%;文中提出的改进TS算法较原始TS算法在求解效率上有显著提升。文中还通过灵敏度分析探讨了模型的多个关键参数对优化结果的影响,发现电池荷电状态值上界、SWC设施充电功率与年均总成本呈显著的负相关,而电池单位容量成本、SWC设施布设成本、车辆单位行驶能耗与年均总成本呈不同程度的正相关。

计及碳配额的电动公交车⁃配电网协同优化调度策略

考虑个人碳交易机制在电动公交车优化调度中的应用,提出一种基于动态碳价格的碳配额激励机制,电动公交车用户可以通过出售碳配额获取一定的收益。首先,计及路况对电动公交车运行时间产生的影响,根据工作日与休息日交通指数对电动公交车进站时间进行修正,构建电动公交车工作日与休息日充电负荷模型;然后,将基于动态碳价格的碳配额激励机制运用于电动公交车与新能源协同调度策略,构建综合考虑用户与电网利益的多目标函数,并运用鲸鱼算法对目标函数进行求解;最后,基于经济指标和性能指标,对固定碳价格、动态碳价格两种激励机制进行对比分析,通过算例验证了基于动态碳价格的碳配额激励机制的电动公交车与新能源协同调度策略的优越性。

纯电动公交车驾驶行为对能耗的影响研究

为深入了解城市纯电动公交车驾驶特性及能耗规律,采集其自然驾驶数据,从运行工况、速度、加速度、踏板开度4个方面分析驾驶行为特征。其次,利用相关性分析寻找影响纯电动公交车能耗的因素,从速度、加速度、运行状态、典型工况4个方面分析驾驶行为对能耗的影响规律。分析结果表明,纯电动公交车能耗与速度呈U型变化曲线,与匀速工况占比呈线性负相关,与加减速工况占比呈二次函数关系;存在能量回收最大的加速度区间;典型工况能耗占公交循环总能耗的82.36%。最后,依据分析结论提出纯电动公交车节能驾驶建议,旨在指导公交车驾驶人降低行车能耗。

面向资源约束的电动公交车充电调度策略

为减少公交运营成本、合理制定插入式充电模式下公交总站的电动公交车充电调度方案,本文基于帝国竞争算法提出了一种面向资源约束的公交车充电调度策略(RCO-CSS)。基于电动公交车运营的时空特点和充放电特性,应用多技能资源约束多项目调度问题(MSRC-MPSP)运筹规划思想对电动公交车充电问题进行抽象建模,以车队规模与充电桩数量为主要资源参数,以最小化充电成本和日均设备购置成本为目标,构建资源约束充电调度模型,进而设计一种二阶段演化帝国竞争算法(TSE-ICA)对模型进行求解,输出最佳的充电调度方案及匹配的行车运营计划。采用4个分别包含5、10、20和36条线路的公交运行实例对RCO-CSS进行了性能评估与有效性验证。在实例探讨中,首先运用Taguich法对资源参数进行了敏感性分析,发现资源越宽裕,模型输出的日充电费用越小,但车辆与充放电设备平摊至每日的购置成本越大;其次,将TSE-ICA与其他4种先进的元启发式算法进行实验数值对比,验证了所提算法的寻优性能;最后,通过与无序充电调度策略和常规有序充电调度策略进行比较,证明了RCO-CSS能够更好地降低用电成本、设备购置成本和电池充放电次数。基于MSRC-MPSP和TSE-ICA的RCO-CSS为公交运营商制定充电调度方案和行车运营计划提供了一种可行且敏捷高效的新思路。

基于数据模型双驱动的电动公交车多时段负荷建模和调节潜力评估

随着电动公交车渗透率的增加,对其进行充电负荷建模及其调节潜力研究愈发具有现实意义。由此,提出一种基于数据模型双驱动的电动公交车多时段负荷建模和调节潜力评估方法。首先通过分析电动公交车负荷特性影响因素,按运营情况对电动公交车进行分类,进而提出时段划分依据。其次基于历史数据确定拟合函数模型,并结合电动公交车多时段充电特性确定负荷模型的各个参数,建立电动公交车多时段负荷解析模型。然后综合考虑电网侧和用户侧的需求约束,分析各时段可参与调节车辆数量变化情况,提出多时段调节潜力解析评估模型。最后结合某地电动公交车的历史实际数据进行实例验证。结果表明所提负荷建模及调节潜力评估方法具有较强的适用性和有效性,为电网削峰填谷提供了有力支撑。

考虑道路交通信息的双源无轨电车与电动公交车协同优化

随着双源无轨电车在城市电动公交领域展现出高效的服务能力,交通网与电网的耦合进一步加深。考虑到双源无轨电车短期内无法完全取代电动公交车,为有效调度两种车型,解决当前城市公交系统生命周期成本高、车辆配置数量多的问题,对双源无轨电车与电动公交车的配置与调度进行联合建模。首先,搭建交通网-电网耦合的城市公交系统运行框架,并考虑道路交通信息建立城市公交的速度模型。然后,分析不同类型公交车的运营模式,综合考虑公交车能耗差异与分时电价,精细化运营成本建模,建立以生命周期成本最小化为目标的城市公交系统生命周期成本模型,并采用遗传算法对模型进行求解。最后,采用中国上海市公共交通现有双源无轨电车路线的数据进行仿真验证。结果表明,所提精细化模型可以在完成既定行程表的情况下,减少车辆配置数量,降低生命周期成本,满足不同规模混合公交车队的合理配置与调度优化。

公交车司乘冲突引发事故循环影响研究

为有效提升公交车行驶的安全性,降低事故的发生率,明确司机与乘客(以下简称司乘)冲突对公交车事故发生的影响作用,通过系统动力学因果关系回路对事故发生的因果关系进行分析,探究引发事故的相关因素及事故发展与演变过程,并借助微分博弈从微观角度对比分析冲突中止与持续进行对事故发生的不同影响。结果表明:司乘双方均可成为事故的引发者,但司机可引发事故的因素较乘客多,更易导致事故的发生;司乘一方产生不满情绪后,这种情绪既会对自身也会对另一方的情绪与行为产生影响;一定时间内若司乘冲突停止,会降低事故风险,若持续进行,这种情绪与行为会在两者间形成循环性的影响,使双方的情绪反应程度循环累加,导致冲突升级最终引发事故。

一种复合电源纯电动公交车再生制动控制策略

为了提高纯电动公交车制动能量的回收效率,考虑电机转速特性与电池充电功率的限制,计算电机在约束条件下能提供的最大再生制动力,结合I曲线确定前、后轮制动力分配,以及摩擦制动力与再生制动的分配比例,提出了一种充分利用电机特性的再生制动控制策略。针对单一动力电池功率密度低、循环寿命短等问题,设计了由动力电池与超级电容组成的复合能源系统,并提出利用实时小波控制策略将需求功率分解成高频成分与低频成分,其中高频功率由超级电容承担,避免动力电池受到冲击,低频功率则由动力电池承担。最后,利用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,在中国典型城市循环工况下进行仿真,仿真结果表明:采用动力电池单一能量源时,电池SOC增加了19.03%,制动能量回收率提高了13.10%;采用复合电源时,电池的电流、功率与电压明显减小,波动更加平缓,电池SOC增加了17.51%,制动能量回收率提高了10.24%,可有效提高纯电动公交车的动力电池寿命与整车经济性。

无人驾驶公交车基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法

为了提高无人驾驶公交车的避障安全,针对循迹控制不确定性和目标测量不确定性导致地碰撞风险问题,提出了一种基于循迹误差观测和目标测量误差观测的避障路径规划算法。首先利用均值方差模型描述循迹误差,并引入Gaussian过程回归量化目标测量误差。随后,建立了目标横向空间概率分布模型,为安全横向偏移值的求解提供理论支持。最后,通过Bézier路径模型实现避障路径规划,并建立综合评价体系对避障规划性能进行评价。在仿真环境下,探究了循迹误差以及测量误差等不确定因素对避障品质的影响,并在天津大学无人驾驶智能公交的测试道路上进行了实车数据仿真验证,对3种算法的效果进行评价。结果表明:实际行驶中,避障安全性提高了17.61%,具有较好的鲁棒性,提出的算法平均耗时7.43 ms,具有良好的实时性。

电液混合动力城市公交车控制策略研究

针对城市公交车电池寿命短、续航里程低的问题,提出了一种电液混合动力系统,并针对此系统设计了一种基于规则的控制策略,确定了公交车的相关参数,对混合动力系统的关键元件进行了选型,使用AMESim软件搭建了电液混合动力系统仿真模型和控制策略仿真模型,结果表明:所提出的电液混合动力系统电池提供大电流的次数减少了60%,续航里程相较于原系统增加了25%,验证了控制策略的有效性。对系统切换工作模式时耦合转矩出现波动的现象进行了研究,结果表明:通过选择合适的泵/马达结构参数可以减少耦合转矩的波动,以提高模式切换过程中整车动力传递的平稳性。

考虑实时质量的公交车预测能量管理策略研究

现有关于混合动力公交车能量管理策略的研究多基于固定质量,无法体现车辆实际行驶过程中整车载荷变化,因此提出一种考虑车辆实时质量变化的预测能量管理策略。利用混合动力公交车整车模型和基于规则的能量管理策略,探究车辆质量变化对公交车行驶能耗的影响。提出基于强跟踪扩展卡尔曼滤波(STEKF)算法的车辆质量估计方法,仿真发现该算法估计结果相对误差控制在3%以内,具有较高的估计精度及较快的收敛速度。基于长短期记忆网络(LSTM)预测的车辆未来工况信息和STEKF模型所获得的质量信息,提出一种基于DP-MPC的混合动力公交车分层预测能量管理策略,通过仿真发现,相较于基于规则的能量管理策略,所提出的控制策略节油效果提高14.85%,显著提升整车燃油经济性,对未来车辆的精细化管理具有重要的现实意义。

基于改进K均值和马尔科夫链的公交车行驶工况构建

目的为填补目前缺少符合重庆城区地形特点的公交车行驶工况空白。方法提出一种改进的K均值聚类算法与马尔科夫链结合的行驶工况构建方法。通过滤波算法对采集到的重庆城区805路公交车有效行驶数据进行平滑处理,从平滑后的行驶数据中提取出1721条运动学片段;采用核主成分分析法对各运动学片段的特征参数矩阵进行降维处理,以粒子群算法选择适合的K均值初始聚类中心,并通过改进后的K均值聚类算法对运动学片段进行分类标记;最后通过马尔科夫链筛选出合理的运动学片段,构建出时长为1310 s的重庆城区公交车行驶工况。结果将构建的行驶工况与实车采集数据及国内外部分典型工况进行对比,结果表明:所构建的工况与原始数据在速度-加速度的联合分布趋势一致,构建的行驶工况与实车采集数据各特征值误差均小于7%,所构建的工况与原始数据特征高度吻合且能较好地反映出重庆城区公交车怠速时间比例高、加减速频繁等符合区域特点的实际交通状况。结论构建的工况能为重庆市公交车行驶路线规划、排放及油耗测试等方面提供基础标准,同时其涉及的研究方法能为新能源汽车能量管理、控制策略及其他城市工况构建和城市公交线路优化提供参考。

PDCA循环法在纯电动公交车充电管理中的应用——以东莞市某公交公司为例

基于PDCA循环的充电管理方法,可以帮助公交企业不断优化充电管理流程,提高充电效率和质量,降低充电成本,为公交企业的可持续发展做出贡献。

纯电动公交车充电连接装置故障分析及预防措施

纯电动公交车运行一定里程后,需补充电能(即充电)。电动公交车到充电站充电,车与站的充电连接装置(充电插座和充电插头)如果出现故障,不仅不能正常充电,而且还有安全风险。现以北京公交运营使用的纯电动公交车为例,阐述纯电动车辆在充电过程中充电连接装置损坏的原因和产生故障的机理。并对规避纯电动车辆充电过程中存在的风险提供参考解决措施,以及充电过程中产生故障时的解决方案。

基于远程传输车辆数据的纯电动公交车能耗分析

纯电动公交车的应用是实现双碳目标的重要途径,续驶里程较短和充电站相对不足,使其推广应用受到了一定的限制。实现纯电动公交车运营能耗测算及分析,对纯电动公交车的应用推广具有重大意义。本文基于远程传输的车辆数据,通过数据计算对纯电动公交车能耗及其影响因素进行研究:基于远程传输数据对车辆行驶能耗及各零部件能耗进行计算和统计,并对能耗影响因素进行分析。结果说明空调和驱动电机是最大的能耗部件,季节、路况、运营时间段不同对运营能耗影响较大。

室内轨道公交车UWB定位系统设计

某室内磁悬浮三线轨道公交车采用超宽带(ultra-wideband,UWB)定位,为满足其定位需求,设计了一种室内轨道公交车UWB定位系统,研究了一种神经网络定位算法。该系统采用时分多址和码分多址技术,为多个车辆提供定位服务。神经网络定位算法以UWB测距值作为输入,定位误差作为输出,校正最小二乘法的位置误差。搭建了UWB定位试验系统,结果表明:标签与基站完成组网后,神经网络定位算法的平均定位误差为47.09 mm,均方根误差为30.50 mm,最大误差为152.64 mm,该系统提供了高精度的位置服务。

纯电动公交车高压系统的安全分析及预防措施

纯电动客车采用大容量、高电压的锂离子动力电池系统,高压电器总成包括驱动电机、电机控制器,高压辅助设备(油泵变频器、气泵变频器、DC/DC电源变换器、PDU集成控制器等)。高压系统的安全隐患及高压电伤害问题会出现在车辆运行和维修中。

基于马尔科夫链的示范线路燃料电池公交车行驶工况构建

为反映成都市燃料电池示范线路道路实际工况特征以及燃料电池公交车工况独特性,基于8个月的数据采集,采用聚类分析和马尔可夫链相结合的方法构建成都示范区燃料电池公交车行驶工况。为验证所用方法的有效性,将示范线路工况与数据库总体样本特征值进行对比。结果表明:所建工况与验证数据的平均绝对值偏差为4.66%,且各参数偏差均小于7%。为体现燃料电池公交车工况独特性,将其与国内外其他代表性工况进行比较。对比结果显示:燃料电池公交车工况速度比例分布不均,其平均车速、平均运行车速和怠速比例介于国内一、二线城市之间。匀速比例高,平均加速度和加速比例低于普通燃油公交车工况。该文所建工况符合燃料电池公交车运行特征,可作为示范区代表性行驶工况。