駕駛行為對生態(tài)駕駛影響的研究進展

沈鈺博，王 伊，陸一賓，耿志偉

駕駛行為對生態(tài)駕駛影響的研究進展

沈鈺博，王 伊，陸一賓，耿志偉

（長安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

生態(tài)駕駛通過改變駕駛員的駕駛行為，如平穩(wěn)起步、避免急加速和急減速、避免長時間怠速等操作方法，提高燃油經(jīng)濟性和減少汽車排放。為了明確駕駛行為對生態(tài)駕駛的影響，文章梳理了近幾年國內(nèi)外學(xué)者對駕駛行為與生態(tài)駕駛關(guān)系的研究現(xiàn)狀，介紹了將生態(tài)駕駛技術(shù)進行實際應(yīng)用的生態(tài)駕駛輔助系統(tǒng)。并結(jié)合燃油車的生態(tài)駕駛研究方法對純電動公交車生態(tài)駕駛行為進行分析?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)提高車速避免低速行駛、控制加速度在較小的范圍、緩踩油門踏板等駕駛行為可以有效降低燃油消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，對于純電動車還可以通過合理制動減速回收多余釋放的能量。為評估駕駛員生態(tài)駕駛行為、提高生態(tài)駕駛水平提供了新的思路。

生態(tài)駕駛；駕駛行為；節(jié)能減排；生態(tài)駕駛輔助系統(tǒng)

隨著中國機動車保有量的不斷增加，燃油消耗量和污染排放也快速增長。據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部公布的《中國移動源環(huán)境管理年報2022》[1]顯示，2021年，全國機動車保有量達到3.95億輛，比2020年增長6.2%，致使污染物排放增長的主要原因為汽車排放，其排放的CO、HC、NOx和顆粒物（Particulate Matter, PM）超過90%，尾氣污染已經(jīng)成為空氣污染的重要來源。

汽車在行駛的過程中受到“人-車-路”共同作用，影響汽車油耗和排放的因素主要有車輛運行環(huán)境、道路條件、車輛技術(shù)和駕駛員駕駛行為。20世紀(jì)末，荷蘭政府提出了“生態(tài)駕駛”理念，生態(tài)駕駛技術(shù)不需要改變車輛結(jié)構(gòu)，僅改善駕駛行為即可獲得車輛節(jié)能減排。研究表明，生態(tài)駕駛技術(shù)可以減少大約30%的燃油消耗量，并降低20%～30%的污染排放[2]。生態(tài)駕駛作為一種具有成本效益且能立即顯著降低油耗的措施，已引起人們的極大關(guān)注。

本文總結(jié)了目前國內(nèi)外對駕駛員行為與生態(tài)駕駛關(guān)系的研究進展，介紹了生態(tài)駕駛技術(shù)實際應(yīng)用的輔助反饋系統(tǒng)，最后結(jié)合已有的研究方法對純電動公交車生態(tài)駕駛行為進行分析。

1 駕駛行為對生態(tài)駕駛影響

生態(tài)駕駛行為指由駕駛員操作引起車輛油耗的變化，是影響生態(tài)駕駛技術(shù)最主要的因素[3]。了解駕駛員行為對油耗和排放的影響對于制定、告知和更好地針對有效的生態(tài)駕駛計劃至關(guān)重要。HUANG等[4]招募了30名駕駛員進行道路排放測試，其中包括15名經(jīng)驗豐富的駕駛員和15名缺乏經(jīng)驗的駕駛員，使用便攜式排放測量系統(tǒng)調(diào)查不同駕駛員的性能。測試結(jié)果表明，與經(jīng)驗豐富的駕駛員相比，新手駕駛員的平均燃油消耗率略高2%。新手駕駛員的NOX和PM平均排放量分別高出17%和29%，即對新手駕駛員實施生態(tài)駕駛技術(shù)可以獲得更大的節(jié)油潛力，并減少污染物排放。

趙曉華等[5]通過采集北京市出租車實際運行數(shù)據(jù)，應(yīng)用方差分析方法分析城市基本路段不同工況、服務(wù)水平條件下出租車司機駕駛行為對車輛油耗的影響，研究結(jié)果表明，加速工況下出租車生態(tài)駕駛節(jié)油潛力最高，在快速路基本路段生態(tài)駕駛綜合節(jié)油潛力可達11.18%。伍毅平等[6]通過對北京市出租車司機發(fā)放油耗調(diào)查記錄表，對采取生態(tài)駕駛培訓(xùn)前后的駕駛員進行為期1月的跟蹤調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，采取生態(tài)駕駛行為可減少油耗的潛力為9%～31%，且駕齡較長的司機因為駕駛操作習(xí)慣難以改變，生態(tài)駕駛的節(jié)能潛力小于駕齡較短的司機。

程穎等[7]利用車載自動診斷（On-Board Diag- nostics, OBD）系統(tǒng)，對北京市大型貨車行駛時間、速度、瞬時能耗等信息進行采集，通過定義急加速、急減速、過急加速、過急減速和超長怠速五種高油耗駕駛行為，建立不良駕駛行為對油耗影響的回歸模型。研究結(jié)果表明，減少超長怠速時間和過急減速行為，可以使大型貨車燃油消耗降低2.6%和3.8%。王瑩等[8]對南京市公交車運行狀況進行分析，將速度、加速度劃分區(qū)間，通過碳平衡法計算不同速度與加速度區(qū)間下公交車油耗占比，發(fā)現(xiàn)車輛速度控制在25 km/h左右，加速度控制在0.1～0.4 m/s2左右，減速度控制在-1～ -0.1 m/s2左右，公交車油耗量較小，并提出了公交車節(jié)能駕駛的方法。

2 生態(tài)駕駛輔助反饋系統(tǒng)

生態(tài)駕駛輔助系統(tǒng)可以促使駕駛員改進不良駕駛行為。目前輔助駕駛員實現(xiàn)生態(tài)駕駛的反饋系統(tǒng)可分為靜態(tài)反饋系統(tǒng)及動態(tài)反饋系統(tǒng)。

1.靜態(tài)輔助反饋系統(tǒng)

靜態(tài)反饋采集車輛行駛參數(shù)，通過反饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊評估駕駛員生態(tài)駕駛水平，以報告的形式向駕駛員提供改進建議。

陳晨[9]基于北京市出租車運行數(shù)據(jù)，提出了兩種生態(tài)駕駛行為評估方法，最后利用車載數(shù)據(jù)采集設(shè)備和移動終端以App界面的形式向駕駛員提供靜態(tài)的駕駛行為狀況以及節(jié)能駕駛建議，輔助駕駛員形成良好的節(jié)能駕駛習(xí)慣。崔忠偉等[10]提出了一種車載生態(tài)駕駛輔助反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集器對車輛的速度、加速度、輪胎氣壓等數(shù)據(jù)進行采集，并通過藍牙芯片將數(shù)據(jù)傳輸至智能手機，通過計算速度、加速度、輪胎氣壓對燃油消耗的影響，在行程結(jié)束后給予駕駛員不良生態(tài)駕駛行為的改進評價。

2.動態(tài)輔助反饋系統(tǒng)

動態(tài)反饋通過車載系統(tǒng)實時采集車輛速度、怠速時間、油門踏板開度、瞬時行駛距離、瞬時油耗等相關(guān)的數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛出現(xiàn)過急加速、過急減速和長時間怠速等非生態(tài)駕駛行為時，通過車載的顯示儀器向駕駛員進行視覺、聽覺矯正提醒。

NG等[11]設(shè)計開發(fā)了車載綠色安全裝置，并測試該裝置對經(jīng)驗豐富和缺乏經(jīng)驗的駕駛員的有效性以及駕駛行為對油耗和排放的影響。WU等[12]基于機動車比功率（Vehicle Specific Power, VSP）排放開發(fā)靜態(tài)反饋與動態(tài)反饋相結(jié)合的生態(tài)駕駛輔助系統(tǒng)，以支持駕駛模擬器平臺上的生態(tài)駕駛訓(xùn)練。一方面，該生態(tài)駕駛支持系統(tǒng)可用于評估駕駛員當(dāng)前燃油消耗和排放方面的駕駛行為特征；另一方面，該支持系統(tǒng)可以幫助駕駛員改善其生態(tài)駕駛行為。

3 純電動公交車生態(tài)駕駛行為分析

以往對生態(tài)駕駛行為的研究大多基于燃油車，純電動車由于能量來源不同以及制動時存在能量回收的特性，在分析時與燃油車有所差異[13]。本節(jié)通過總結(jié)上述對生態(tài)駕駛行為分析研究的方法，采集了廣州124路公交車行駛控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）數(shù)據(jù)，包括采樣時間、速度、油門踏板開度、總電壓、總電流等數(shù)據(jù)，選取行駛速度、加速度、油門踏板開度三個參數(shù)，依次分析不同參數(shù)對純電動公交車能量消耗的影響。

3.1 行駛速度與能耗關(guān)系

將行駛速度分為9個區(qū)間，分別計算每個速度區(qū)間內(nèi)公交車平均百公里能耗，如表1所示。

公交車速度占比大多集中在0～25 km/h，可見市內(nèi)行駛狀況較差，公交車大多數(shù)時間低速行駛。當(dāng)行駛速度大于25 km/h時，百公里能耗降低。公交車行駛最高速度為45 km/h，平均行駛速度為19.22 km/h，若要實現(xiàn)生態(tài)駕駛降低能耗，應(yīng)避免低速行駛，提高平均車速。

表1 不同速度與百公里能耗關(guān)系

行駛速度/(km/h)所占比例/%百公里能耗/(kWh/100 km) 0～511.19299.09 5～1014.72171.35 10～1515.96126.52 15～2015.53110.67 20～2513.91102.71 25～309.8694.43 30～358.5074.54 35～405.9962.65 40～454.3359.67

3.2 加速度與能耗關(guān)系

由于純電動公交車制動減速時存在能量回收，所以將加速度與減速度分開討論。

1）加速工況下，一定加速度區(qū)間內(nèi)百公里能耗如圖1所示。

圖1 加速工況下加速度與百公里能耗關(guān)系

車輛加速時，在加速度范圍處于0.15～0.9 m/s2時，隨著加速度的增大，百公里能耗明顯增加，從135.9 kWh/100 km增加至273.65 kWh/100 km，之后變化趨勢處于比較平穩(wěn)的范圍。因此，若要實現(xiàn)生態(tài)駕駛，駕駛員應(yīng)盡可能將加速度控制在較小的范圍。

2）減速工況下，一定加速度區(qū)間內(nèi)百公里能耗如圖2所示。

圖2 減速工況下加速度與百公里能耗關(guān)系

不同于燃油車，純電動汽車在制動減速過程中，制動能量回收系統(tǒng)回收制動時車輛釋放出的多余能量，在保證制動效能的前提下，通過發(fā)電機將其轉(zhuǎn)化為電能，并儲存在儲能裝置中。隨著制動減速度增大，平均百公里能耗逐漸減小，當(dāng)減速度超過0.4 m/s2時，出現(xiàn)制動能量回收的概率變大，平均百公里能耗變?yōu)樨?fù)值，即蓄電池開始儲能。純電動車若要實現(xiàn)生態(tài)駕駛，應(yīng)合理利用制動和空擋滑行時的回收能量，降低行駛能耗。

3.3 油門踏板開度與能耗關(guān)系

將油門踏板開度分為10個區(qū)間，分別計算每個踏板開度區(qū)間內(nèi)公交車平均百公里能耗，如表2所示。

表2 不同油門踏板開度與百公里能耗關(guān)系

油門踏板開度/%所占比例/%百公里能耗/(kWh/100 km) 0～106.5188.67 10～207.26110.22 20～308.98118.70 30～4011.22127.74 40～5013.09147.63 50～6013.85186.92 60～7012.79265.59 70～8011.34330.87 80～909.19368.29 90～1005.76370.39

純電動公交車油門踏板開度主要集中在30%～80%之前，可見駕駛員在中等踏板開度位置上花費的時間較多。當(dāng)油門踏板開度小于40%時，平均百公里能耗較低，當(dāng)油門踏板開度大于60%時，平均百公里能耗明顯增大，可見純電動車與燃油車一樣，實現(xiàn)生態(tài)駕駛的關(guān)鍵規(guī)則都需要輕踩油門踏板。公交車行駛過程中最高油門踏板開度為98.8%，油門踏板開度中位數(shù)為52.8%，若要實現(xiàn)生態(tài)駕駛降低能耗，應(yīng)輕踩油門踏板。

4 結(jié)論與展望

梳理了近些年國內(nèi)外對駕駛行為與生態(tài)駕駛的相關(guān)研究，并總結(jié)研究方法對純電動公交車生態(tài)駕駛行為進行分析，得到以下結(jié)論：

1）生態(tài)駕駛技術(shù)可以有效節(jié)能減排，減少30%左右的燃油消耗，降低20%～30%的污染物排放。

2）純電動車與燃油車一樣，都可以通過提高行駛車速、緩踩油門踏板、控制加速度范圍等方式降低能耗。

3）對于純電動車，還可以通過長時制動或空擋滑行回收能量，實現(xiàn)生態(tài)駕駛。

4）生態(tài)駕駛輔助反饋系統(tǒng)可以通過對駕駛員進行實時干預(yù)矯正，或者在行程結(jié)束后給予不良駕駛行為改進建議，提高駕駛員生態(tài)駕駛水平。

5）除了駕駛員操作行為，交通狀況、道路坡度、電附件消耗等因素也對純電動車能耗產(chǎn)生影響，后續(xù)研究應(yīng)考慮對多維度的數(shù)據(jù)信息進行融合，提高分析的精確度。

6）目前生態(tài)駕駛輔助反饋系統(tǒng)大多基于燃油車，隨著新能源汽車的普及，開發(fā)設(shè)計基于純電動汽車的駕駛輔助系統(tǒng)，有利于解決純電動汽車?yán)m(xù)航問題。

7）基于駕駛行為對生態(tài)駕駛影響的研究，開設(shè)針對不同駕駛員群體的生態(tài)駕駛培訓(xùn)，提高駕駛員的生態(tài)駕駛水平，促進節(jié)能減排。

[1] 生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國移動源環(huán)境管理年報(2022年)》認(rèn)為移動源污染已成為我國大中城市空氣污染的重要來源[J].商用汽車,2022(12):7.

[2] 付銳,張雅麗,袁偉.生態(tài)駕駛研究現(xiàn)狀及展望[J].中國公路學(xué)報,2019,32(3):1-12.

[3] 楊洋,蔡寶.商用車生態(tài)駕駛應(yīng)用研究[J].汽車實用技術(shù),2020,45(21):250-252.

[4] HUANG Y H,NG E C Y,ZHOU J L,et al.Impact of Drivers on Real-driving Fuel Consumption and Emis- sions Performance[J].Science of the Total Environ- ment,2021,798(1):149297.

[5] 趙曉華,陳晨,伍毅平,等.出租車駕駛員駕駛行為對油耗的影響及潛力分析[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2015,15(4):85-91.

[6] 伍毅平,趙曉華.基于跟蹤調(diào)查的生態(tài)駕駛行為節(jié)油潛力初探[J].道路交通與安全,2014,14(1):53-55,59.

[7] 程穎,張佳樂,張少君,等.大型貨運車輛生態(tài)駕駛及節(jié)油潛力評估[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2020,20 (6):253-258.

[8] 王瑩,于謙,李鐵柱,等.公交車輛節(jié)能減排駕駛技術(shù)研究[J].交通運輸工程與信息學(xué)報,2013,11(2):114-120.

[9] 陳晨.城市道路駕駛員生態(tài)駕駛行為評估方法研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2016.

[10] 崔忠偉,左羽,熊世桓,等.一種車載生態(tài)駕駛輔助系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].畢節(jié)學(xué)院學(xué)報,2013,31(8):83-88.

[11] NG E C Y,HUANG Y H,HONG G,et al.Reducing Vehicle Fuel Consumption and Exhaust Emissions from the Application of a Green-safety Device under Real Driving[J].Science of the Total Environment, 2021,793: 148602.

[12] WU Y,ZHAO X,CHEN C,et al.Development and Application of an Ecodriving Support Platform Based on Internet+:Case Study in Beijing Taxicabs[J].Trans- portation Research Record,2017,2645(1):57-66.

[13] 嚴(yán)英,莊繼暉,謝輝.純電動公交客車司機駕駛行為差異對能耗的影響[J].天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2014,47(3):231-236.

Research Progress on the Impact of Driving Behavior on Ecological Driving

SHEN Yubo, WANG Yi, LU Yibin, GENG Zhiwei

( School of Automobile, Chang'an University, Xi'an 710064, China )

Ecological driving improves fuel economy and reduces vehicle emissions by changing the driver's driving behavior, such as starting smoothly, avoiding sharp acceleration and deceleration, and avoiding prolonged idling. In order to clarify the impact of driving behavior on ecological driving, this paper sorts out the research status of driving behavior and ecological driving by domestic and foreign scholars in recent years, and introduces the ecological driving assistance system that applies ecological driving technology in practice. Combined with the ecological driving research method of fuel vehicles, the ecological driving behavior of pure electric buses is analyzed. It is found that driving behaviors such as increasing vehicle speed, avoiding low-speed driving, controlling acceleration in a small range, and slowly pressing the accelerator pedal can effectively reduce fuel consumption and achieve energy saving and emission reduction, and for pure electric vehicles, excess energy can be recovered through reasonable braking and deceleration. It provides a new idea for evaluating the driver's ecological driving behavior and improving the level of ecological driving.

Ecological driving; Driving behavior; Energy saving and emission reduction; Ecologicaldriving assistance system

U471

A

1671-7988(2023)20-189-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.038

沈鈺博（1999－），男，碩士研究生，研究方向為駕駛行為及汽車安全，E-mail:597321741@qq.com。