驾驶行为对生态驾驶影响的研究进展

沈钰博，王 伊，陆一宾，耿志伟

驾驶行为对生态驾驶影响的研究进展

沈钰博，王 伊，陆一宾，耿志伟

（长安大学 汽车学院，陕西 西安 710064）

生态驾驶通过改变驾驶员的驾驶行为，如平稳起步、避免急加速和急减速、避免长时间怠速等操作方法，提高燃油经济性和减少汽车排放。为了明确驾驶行为对生态驾驶的影响，文章梳理了近几年国内外学者对驾驶行为与生态驾驶关系的研究现状，介绍了将生态驾驶技术进行实际应用的生态驾驶辅助系统。并结合燃油车的生态驾驶研究方法对纯电动公交车生态驾驶行为进行分析。总结发现提高车速避免低速行驶、控制加速度在较小的范围、缓踩油门踏板等驾驶行为可以有效降低燃油消耗，实现节能减排，对于纯电动车还可以通过合理制动减速回收多余释放的能量。为评估驾驶员生态驾驶行为、提高生态驾驶水平提供了新的思路。

生态驾驶；驾驶行为；节能减排；生态驾驶辅助系统

随着中国机动车保有量的不断增加，燃油消耗量和污染排放也快速增长。据中国生态环境部公布的《中国移动源环境管理年报2022》[1]显示，2021年，全国机动车保有量达到3.95亿辆，比2020年增长6.2%，致使污染物排放增长的主要原因为汽车排放，其排放的CO、HC、NOx和颗粒物（Particulate Matter, PM）超过90%，尾气污染已经成为空气污染的重要来源。

汽车在行驶的过程中受到“人-车-路”共同作用，影响汽车油耗和排放的因素主要有车辆运行环境、道路条件、车辆技术和驾驶员驾驶行为。20世纪末，荷兰政府提出了“生态驾驶”理念，生态驾驶技术不需要改变车辆结构，仅改善驾驶行为即可获得车辆节能减排。研究表明，生态驾驶技术可以减少大约30%的燃油消耗量，并降低20%～30%的污染排放[2]。生态驾驶作为一种具有成本效益且能立即显著降低油耗的措施，已引起人们的极大关注。

本文总结了目前国内外对驾驶员行为与生态驾驶关系的研究进展，介绍了生态驾驶技术实际应用的辅助反馈系统，最后结合已有的研究方法对纯电动公交车生态驾驶行为进行分析。

1 驾驶行为对生态驾驶影响

生态驾驶行为指由驾驶员操作引起车辆油耗的变化，是影响生态驾驶技术最主要的因素[3]。了解驾驶员行为对油耗和排放的影响对于制定、告知和更好地针对有效的生态驾驶计划至关重要。HUANG等[4]招募了30名驾驶员进行道路排放测试，其中包括15名经验丰富的驾驶员和15名缺乏经验的驾驶员，使用便携式排放测量系统调查不同驾驶员的性能。测试结果表明，与经验丰富的驾驶员相比，新手驾驶员的平均燃油消耗率略高2%。新手驾驶员的NOX和PM平均排放量分别高出17%和29%，即对新手驾驶员实施生态驾驶技术可以获得更大的节油潜力，并减少污染物排放。

赵晓华等[5]通过采集北京市出租车实际运行数据，应用方差分析方法分析城市基本路段不同工况、服务水平条件下出租车司机驾驶行为对车辆油耗的影响，研究结果表明，加速工况下出租车生态驾驶节油潜力最高，在快速路基本路段生态驾驶综合节油潜力可达11.18%。伍毅平等[6]通过对北京市出租车司机发放油耗调查记录表，对采取生态驾驶培训前后的驾驶员进行为期1月的跟踪调查，调查结果表明，采取生态驾驶行为可减少油耗的潜力为9%～31%，且驾龄较长的司机因为驾驶操作习惯难以改变，生态驾驶的节能潜力小于驾龄较短的司机。

程颖等[7]利用车载自动诊断（On-Board Diag- nostics, OBD）系统，对北京市大型货车行驶时间、速度、瞬时能耗等信息进行采集，通过定义急加速、急减速、过急加速、过急减速和超长怠速五种高油耗驾驶行为，建立不良驾驶行为对油耗影响的回归模型。研究结果表明，减少超长怠速时间和过急减速行为，可以使大型货车燃油消耗降低2.6%和3.8%。王莹等[8]对南京市公交车运行状况进行分析，将速度、加速度划分区间，通过碳平衡法计算不同速度与加速度区间下公交车油耗占比，发现车辆速度控制在25 km/h左右，加速度控制在0.1～0.4 m/s2左右，减速度控制在-1～ -0.1 m/s2左右，公交车油耗量较小，并提出了公交车节能驾驶的方法。

2 生态驾驶辅助反馈系统

生态驾驶辅助系统可以促使驾驶员改进不良驾驶行为。目前辅助驾驶员实现生态驾驶的反馈系统可分为静态反馈系统及动态反馈系统。

1.静态辅助反馈系统

静态反馈采集车辆行驶参数，通过反馈系统数据处理模块评估驾驶员生态驾驶水平，以报告的形式向驾驶员提供改进建议。

陈晨[9]基于北京市出租车运行数据，提出了两种生态驾驶行为评估方法，最后利用车载数据采集设备和移动终端以App界面的形式向驾驶员提供静态的驾驶行为状况以及节能驾驶建议，辅助驾驶员形成良好的节能驾驶习惯。崔忠伟等[10]提出了一种车载生态驾驶辅助反馈系统，该系统利用数据采集器对车辆的速度、加速度、轮胎气压等数据进行采集，并通过蓝牙芯片将数据传输至智能手机，通过计算速度、加速度、轮胎气压对燃油消耗的影响，在行程结束后给予驾驶员不良生态驾驶行为的改进评价。

2.动态辅助反馈系统

动态反馈通过车载系统实时采集车辆速度、怠速时间、油门踏板开度、瞬时行驶距离、瞬时油耗等相关的数据，当车辆出现过急加速、过急减速和长时间怠速等非生态驾驶行为时，通过车载的显示仪器向驾驶员进行视觉、听觉矫正提醒。

NG等[11]设计开发了车载绿色安全装置，并测试该装置对经验丰富和缺乏经验的驾驶员的有效性以及驾驶行为对油耗和排放的影响。WU等[12]基于机动车比功率（Vehicle Specific Power, VSP）排放开发静态反馈与动态反馈相结合的生态驾驶辅助系统，以支持驾驶模拟器平台上的生态驾驶训练。一方面，该生态驾驶支持系统可用于评估驾驶员当前燃油消耗和排放方面的驾驶行为特征；另一方面，该支持系统可以帮助驾驶员改善其生态驾驶行为。

3 纯电动公交车生态驾驶行为分析

以往对生态驾驶行为的研究大多基于燃油车，纯电动车由于能量来源不同以及制动时存在能量回收的特性，在分析时与燃油车有所差异[13]。本节通过总结上述对生态驾驶行为分析研究的方法，采集了广州124路公交车行驶控制器局域网（Controller Area Network, CAN）数据，包括采样时间、速度、油门踏板开度、总电压、总电流等数据，选取行驶速度、加速度、油门踏板开度三个参数，依次分析不同参数对纯电动公交车能量消耗的影响。

3.1 行驶速度与能耗关系

将行驶速度分为9个区间，分别计算每个速度区间内公交车平均百公里能耗，如表1所示。

公交车速度占比大多集中在0～25 km/h，可见市内行驶状况较差，公交车大多数时间低速行驶。当行驶速度大于25 km/h时，百公里能耗降低。公交车行驶最高速度为45 km/h，平均行驶速度为19.22 km/h，若要实现生态驾驶降低能耗，应避免低速行驶，提高平均车速。

表1 不同速度与百公里能耗关系

行驶速度/(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 加速度与能耗关系

由于纯电动公交车制动减速时存在能量回收，所以将加速度与减速度分开讨论。

1）加速工况下，一定加速度区间内百公里能耗如图1所示。

图1 加速工况下加速度与百公里能耗关系

车辆加速时，在加速度范围处于0.15～0.9 m/s2时，随着加速度的增大，百公里能耗明显增加，从135.9 kWh/100 km增加至273.65 kWh/100 km，之后变化趋势处于比较平稳的范围。因此，若要实现生态驾驶，驾驶员应尽可能将加速度控制在较小的范围。

2）减速工况下，一定加速度区间内百公里能耗如图2所示。

图2 减速工况下加速度与百公里能耗关系

不同于燃油车，纯电动汽车在制动减速过程中，制动能量回收系统回收制动时车辆释放出的多余能量，在保证制动效能的前提下，通过发电机将其转化为电能，并储存在储能装置中。随着制动减速度增大，平均百公里能耗逐渐减小，当减速度超过0.4 m/s2时，出现制动能量回收的概率变大，平均百公里能耗变为负值，即蓄电池开始储能。纯电动车若要实现生态驾驶，应合理利用制动和空挡滑行时的回收能量，降低行驶能耗。

3.3 油门踏板开度与能耗关系

将油门踏板开度分为10个区间，分别计算每个踏板开度区间内公交车平均百公里能耗，如表2所示。

表2 不同油门踏板开度与百公里能耗关系

油门踏板开度/%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

纯电动公交车油门踏板开度主要集中在30%～80%之前，可见驾驶员在中等踏板开度位置上花费的时间较多。当油门踏板开度小于40%时，平均百公里能耗较低，当油门踏板开度大于60%时，平均百公里能耗明显增大，可见纯电动车与燃油车一样，实现生态驾驶的关键规则都需要轻踩油门踏板。公交车行驶过程中最高油门踏板开度为98.8%，油门踏板开度中位数为52.8%，若要实现生态驾驶降低能耗，应轻踩油门踏板。

4 结论与展望

梳理了近些年国内外对驾驶行为与生态驾驶的相关研究，并总结研究方法对纯电动公交车生态驾驶行为进行分析，得到以下结论：

1）生态驾驶技术可以有效节能减排，减少30%左右的燃油消耗，降低20%～30%的污染物排放。

2）纯电动车与燃油车一样，都可以通过提高行驶车速、缓踩油门踏板、控制加速度范围等方式降低能耗。

3）对于纯电动车，还可以通过长时制动或空挡滑行回收能量，实现生态驾驶。

4）生态驾驶辅助反馈系统可以通过对驾驶员进行实时干预矫正，或者在行程结束后给予不良驾驶行为改进建议，提高驾驶员生态驾驶水平。

5）除了驾驶员操作行为，交通状况、道路坡度、电附件消耗等因素也对纯电动车能耗产生影响，后续研究应考虑对多维度的数据信息进行融合，提高分析的精确度。

6）目前生态驾驶辅助反馈系统大多基于燃油车，随着新能源汽车的普及，开发设计基于纯电动汽车的驾驶辅助系统，有利于解决纯电动汽车续航问题。

7）基于驾驶行为对生态驾驶影响的研究，开设针对不同驾驶员群体的生态驾驶培训，提高驾驶员的生态驾驶水平，促进节能减排。

[1] 生态环境部发布的《中国移动源环境管理年报(2022年)》认为移动源污染已成为我国大中城市空气污染的重要来源[J].商用汽车,2022(12):7.

[2] 付锐,张雅丽,袁伟.生态驾驶研究现状及展望[J].中国公路学报,2019,32(3):1-12.

[3] 杨洋,蔡宝.商用车生态驾驶应用研究[J].汽车实用技术,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] 赵晓华,陈晨,伍毅平,等.出租车驾驶员驾驶行为对油耗的影响及潜力分析[J].交通运输系统工程与信息,2015,15(4):85-91.

[6] 伍毅平,赵晓华.基于跟踪调查的生态驾驶行为节油潜力初探[J].道路交通与安全,2014,14(1):53-55,59.

[7] 程颖,张佳乐,张少君,等.大型货运车辆生态驾驶及节油潜力评估[J].交通运输系统工程与信息,2020,20 (6):253-258.

[8] 王莹,于谦,李铁柱,等.公交车辆节能减排驾驶技术研究[J].交通运输工程与信息学报,2013,11(2):114-120.

[9] 陈晨.城市道路驾驶员生态驾驶行为评估方法研究[D].北京:北京工业大学,2016.

[10] 崔忠伟,左羽,熊世桓,等.一种车载生态驾驶辅助系统设计与实现[J].毕节学院学报,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] 严英,庄继晖,谢辉.纯电动公交客车司机驾驶行为差异对能耗的影响[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),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

沈钰博（1999－），男，硕士研究生，研究方向为驾驶行为及汽车安全，E-mail:597321741@qq.com。