駕駛行為對生態駕駛影響的研究進展

沈鈺博，王 伊，陸一賓，耿志偉

駕駛行為對生態駕駛影響的研究進展

沈鈺博，王 伊，陸一賓，耿志偉

（長安大學 汽車學院，陜西 西安 710064）

生態駕駛通過改變駕駛員的駕駛行為，如平穩起步、避免急加速和急減速、避免長時間怠速等操作方法，提高燃油經濟性和減少汽車排放。為了明確駕駛行為對生態駕駛的影響，文章梳理了近幾年國內外學者對駕駛行為與生態駕駛關系的研究現狀，介紹了將生態駕駛技術進行實際應用的生態駕駛輔助系統。并結合燃油車的生態駕駛研究方法對純電動公交車生態駕駛行為進行分析?？偨Y發現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，實現節能減排，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。為評估駕駛員生態駕駛行為、提高生態駕駛水平提供了新的思路。

生態駕駛；駕駛行為；節能減排；生態駕駛輔助系統

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。據中國生態環境部公布的《中國移動源環境管理年報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境、道路條件、車輛技術和駕駛員駕駛行為。20世紀末，荷蘭政府提出了“生態駕駛”理念，生態駕駛技術不需要改變車輛結構，僅改善駕駛行為即可獲得車輛節能減排。研究表明，生態駕駛技術可以減少大約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注。

本文總結了目前國內外對駕駛員行為與生態駕駛關系的研究進展，介紹了生態駕駛技術實際應用的輔助反饋系統，最后結合已有的研究方法對純電動公交車生態駕駛行為進行分析。

1 駕駛行為對生態駕駛影響

生態駕駛行為指由駕駛員操作引起車輛油耗的變化，是影響生態駕駛技術最主要的因素[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駕駛計劃至關重要。HUANG等[4]招募了30名駕駛員進行道路排放測試，其中包括15名經驗豐富的駕駛員和15名缺乏經驗的駕駛員，使用便攜式排放測量系統調查不同駕駛員的性能。測試結果表明，與經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駕駛技術可以獲得更大的節油潛力，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據，應用方差分析方法分析城市基本路段不同工況、服務水平條件下出租車司機駕駛行為對車輛油耗的影響，研究結果表明，加速工況下出租車生態駕駛節油潛力最高，在快速路基本路段生態駕駛綜合節油潛力可達11.18%。伍毅平等[6]通過對北京市出租車司機發放油耗調查記錄表，對采取生態駕駛培訓前后的駕駛員進行為期1月的跟蹤調查，調查結果表明，采取生態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慣難以改變，生態駕駛的節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，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、加速度劃分區間，通過碳平衡法計算不同速度與加速度區間下公交車油耗占比，發現車輛速度控制在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，并提出了公交車節能駕駛的方法。

2 生態駕駛輔助反饋系統

生態駕駛輔助系統可以促使駕駛員改進不良駕駛行為。目前輔助駕駛員實現生態駕駛的反饋系統可分為靜態反饋系統及動態反饋系統。

1.靜態輔助反饋系統

靜態反饋采集車輛行駛參數，通過反饋系統數據處理模塊評估駕駛員生態駕駛水平，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據，提出了兩種生態駕駛行為評估方法，最后利用車載數據采集設備和移動終端以App界面的形式向駕駛員提供靜態的駕駛行為狀況以及節能駕駛建議，輔助駕駛員形成良好的節能駕駛習慣。崔忠偉等[10]提出了一種車載生態駕駛輔助反饋系統，該系統利用數據采集器對車輛的速度、加速度、輪胎氣壓等數據進行采集，并通過藍牙芯片將數據傳輸至智能手機，通過計算速度、加速度、輪胎氣壓對燃油消耗的影響，在行程結束后給予駕駛員不良生態駕駛行為的改進評價。

2.動態輔助反饋系統

動態反饋通過車載系統實時采集車輛速度、怠速時間、油門踏板開度、瞬時行駛距離、瞬時油耗等相關的數據，當車輛出現過急加速、過急減速和長時間怠速等非生態駕駛行為時，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]設計開發了車載綠色安全裝置，并測試該裝置對經驗豐富和缺乏經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）排放開發靜態反饋與動態反饋相結合的生態駕駛輔助系統，以支持駕駛模擬器平臺上的生態駕駛訓練。一方面，該生態駕駛支持系統可用于評估駕駛員當前燃油消耗和排放方面的駕駛行為特征；另一方面，該支持系統可以幫助駕駛員改善其生態駕駛行為。

3 純電動公交車生態駕駛行為分析

以往對生態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]。本節通過總結上述對生態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（Controller Area Network, CAN）數據，包括采樣時間、速度、油門踏板開度、總電壓、總電流等數據，選取行駛速度、加速度、油門踏板開度三個參數，依次分析不同參數對純電動公交車能量消耗的影響。

3.1 行駛速度與能耗關系

將行駛速度分為9個區間，分別計算每個速度區間內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，可見市內行駛狀況較差，公交車大多數時間低速行駛。當行駛速度大于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，若要實現生態駕駛降低能耗，應避免低速行駛，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，一定加速度區間內百公里能耗如圖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的范圍。因此，若要實現生態駕駛，駕駛員應盡可能將加速度控制在較小的范圍。

2）減速工況下，一定加速度區間內百公里能耗如圖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，通過發電機將其轉化為電能，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，當減速度超過0.4 m/s2時，出現制動能量回收的概率變大，平均百公里能耗變為負值，即蓄電池開始儲能。純電動車若要實現生態駕駛，應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系

將油門踏板開度分為10個區間，分別計算每個踏板開度區間內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。當油門踏板開度小于40%時，平均百公里能耗較低，當油門踏板開度大于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，實現生態駕駛的關鍵規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為52.8%，若要實現生態駕駛降低能耗，應輕踩油門踏板。

4 結論與展望

梳理了近些年國內外對駕駛行為與生態駕駛的相關研究，并總結研究方法對純電動公交車生態駕駛行為進行分析，得到以下結論：

1）生態駕駛技術可以有效節能減排，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，實現生態駕駛。

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

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生影響，后續研究應考慮對多維度的數據信息進行融合，提高分析的精確度。

6）目前生態駕駛輔助反饋系統大多基于燃油車，隨著新能源汽車的普及，開發設計基于純電動汽車的駕駛輔助系統，有利于解決純電動汽車續航問題。

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

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

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

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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。