公交车辆节能减排驾驶技术研究

王 莹 于 谦 李铁柱 万 涛

1.北京交通大学，交通运输学院，北京 100044

2.东南大学，交通学院，南京 210096

3.北京首都国际机场股份有限公司，北京 100044

0 引 言

近年来，随着我国经济水平的提高，我国城市汽车保有量呈现较大幅度的增长，带来汽车能源消耗和汽车尾气排放环境污染方面的严重问题。在国家的“十二五”规划中，交通也成为节能减排的重点领域[1]。

为了缓解交通压力、节能减排，国家大力提倡“公交优先”发展，因此各城市的公交车保有量大幅增加，公共交通得到迅速发展。道路环境、车辆技术状态、驾驶员的操作都是影响公交车油耗及排放的因素。当公交公司车辆选型完成，保养水平也确定之后，车辆的燃料经济性就取决于驾驶员的操作。由于公交车在城市里特殊的运行工况使得驾驶员的综合素质和安全驾驶技术水平成为公交车节油的根本保障。

很多国家重视汽车节能减排技术的研究和理念的推广。日本推广的生态驾驶及欧洲的经济驾驶（Eco-driving）计划项目，从驾驶员的合理操作方面进行油耗控制，也取得了节能减排的显著效果[2]。

近年来，我国也开始重视机动车节能减排，进行节能减排技术研究，宣传节能减排意识。2010 年由中华人民共和国交通运输部组织编写的《汽车节能驾驶手册》综合了国内外节能驾驶的成熟经验[3]，提供了一些节能驾驶常识和技巧。同时，公交公司也采取了一系列措施来节能减排，降低燃油消耗以降低成本，如选购燃油经济性好的柴油发动机，开展节油竞赛，召开节油经济活动分析会议，组织驾驶员交流节油经验等。

研究显示，不同驾驶员开车油耗相差十分大，有的达到15%，因此，汽车节能减排驾驶操作的研究和推广有极大的经济意义和环保意义[4]。

1 城市公交车运行工况分析

本文应用 GPS 全球卫星定位设备对南京市第30 路公交车进行了行驶工况数据采集，收集数据主要包括时间、经度、纬度和速度等属性信息。

1.1 速度分析

速度是反映公交车运行状况的一个很重要的参数。

将全程速度的分布进行统计，全程平均速度为15.62km/h，平均运营速度为19.86km/h（不包括在站点的停靠时间的平均速度）。

根据实测速度，将速度分为v=0、0＜v≤10、10＜v≤20、20＜v≤30、30＜v≤40、40＜v≤50 六个速度段，将各速度段的比例进行计算，见表1。

表1 不同速度段所占比例Tab.1 Ratio of different speed range

在行驶中速度低于30km/h 的占63%，可见全程运行速度较低，行驶状况较差，速度处于10～30km/h 的时间比例达到约50%。

1.2 加速度分析

加速度与车辆行驶的平稳性以及油耗排放有较大关系。

根据计算出来的加速度，将各加速度段的比例进行计算，见表2、3。加减速时加速度分布都较为分散，各个加速度段都占有较均衡的比例，因此对于后面排放量和油耗量的影响需要分段进行统计分析。

表2 加速段不同加速度区间所占比例Tab.2 Proportion of different acceleration ranges during an acceleration period

表3 减速段不同加速度区间所占比例Tab.3 Proportion of different acceleration ranges during a deceleration period

1.3 工况比例分析

公交车行驶时，其运行工况是非常复杂的，但从各种特征综合考虑，大致可分为四类，即怠速、加速、匀速和减速四种行驶模式[5]。在本研究中，各种工况的判别准则如下：

（1）怠速工况：速度和加速度都为零时的行驶状态；

（2）加速工况：加速度值为正，且大于0.1m/s2的行驶状态；

（3）减速工况：加速度值为负，且小于-0.1m/s2的行驶状态；

（4）匀速工况：加速度绝对值不大于 0.1m/s2且速度不为零的行驶状态；

据此判别标准，对数据加以统计计算，四个工况所占有的时间比例如表4 所列。

表4 工况比例Tab.4 Proportion of different driving modes

从表4 中可以看出，加速、减速工况的比例超过50%，说明公交车在运行过程中加减速频繁，而匀速比例仅25%，比例较低，运行状况较差。

综合以上分析可以得出：本次30 路公交的随车调查，全程共运行里程7.567km，总时间为1744s，全程平均速度为 15.62km/h，平均运行速度为19.86km/h，61%运行时间的速度低于 20km/h，可见全程运行速度较低，匀速比例较低，加减速操作频繁。

2 公交车燃油消耗量分析

2.1 基于碳平衡法的油耗量计算

碳平衡法的原理，是指根据质量守恒定律，汽（柴）油经过发动机燃烧后，排气中碳质量总和与燃烧前的燃油中碳质量总和相等[6]。

我国常常采用百公里油耗来表示燃油经济性，并根据在实验中测得柴油密度为0.85kg/L，假定柴油中碳质量比CWF 为0.865 8，而且排气中的碳氢化合物的碳质量比率 CWFHC=0.866，本次研究中获得车辆CO2、CO、HC 逐秒排放数据，单位为g/s。

计算得到油耗公式为：

式中：

F 为汽车百公里油耗，L/100 km；

ECO为尾气中CO 排放因子，g/km；

EHC为尾气中HC 排放因子，g/km。

根据上述公式求出各采样点的百公里油耗值，便于进行以下的分析。

2.2 不同参数对油耗量的影响

选取行驶工况、速度、加速度三个参数，依次分析其对公交车油耗量的影响。

2.2.1 行驶工况与油耗的关系

计算出四个工况各自的油耗量，以及三个工况的百公里油耗，如表5 所示。

表5 不同工况下油耗统计Tab.5 Fuel consumption of different driving modes

从表 5 中数据中可以得出：全程总油耗量为1.94L，平均百公里油耗为25.66 L/100km。加速工况在整个车辆运行工况中时间比例最高，为30.79%，其油耗比例也是最多，为58.91%。加速时，油门突然加大，进气量和供油量都随之增大，加速过程中大量的燃料参加燃烧，其百公里油耗也远高于其他工况，达到了39.32 L/100km，高出整个行驶工况平均百公里油耗50%以上。其次油耗贡献率较大的是匀速工况，时间比例为24.94%，油耗比例为23.93%，百公里油耗为18.11 L/100km。由于城市道路复杂的交通环境，公交车辆匀速行驶速度较低。研究结果表明在一定范围内，百公里油耗量随着速度的增加会逐渐减小。正是由于较低的行驶速度导致了较高的油耗率，从而使得匀速工况下对总体油耗量贡献率大。可见，在匀速工况下，需要选择合理的速度行驶来控制油耗。相对而言，怠速和减速工况油耗量较低，怠速工况时间比例为21.33%，油耗比例仅为7.87%，但是由于怠速工况时车辆不行进，因此这部分油耗量也应该加以控制。减速工况时间比例为 22.94%，油耗比例为9.29%，接近于怠速工况的油耗，这是由于减速工况时进气量小，车辆接近滑行，百公里油耗为8.62 L/100km。

因此要控制公交车辆的油耗量，必须改善车辆的加速工况，并选择合理的速度匀速行驶以控制匀速工况下的油耗量。

2.2.2 速度与油耗量的关系

公交车的行驶速度与燃油经济性有较大的影响，因此将采样点数据根据工况不同分别研究在减速、匀速、加速三种工况下速度与油耗的关系。

当a＜-0.1m/s2时，即减速工况下，速度与百公里油耗关系曲线如图1 所示。从图中可以看出，随着速度的增加公交车的百公里油耗总体呈下降趋势，但是有一些波动。特别当速度处于0～25km/h 的时候波动频繁并且油耗量较高，当速度大于25km/h时，百公里油耗量基本不变，位于10L/km 以下。

图1 减速工况下速度与百公里油耗关系Fig.1 Relationship between fuel consumption per 100 km and different speeds during a deceleration mode

当-0.1 m/s2＜a＜0.1m/s2时（匀速工况），速度与百公里油耗关系曲线如图2 所示。从图中可以看出，在匀速工况下，随着速度的增加油耗量总体呈下降的趋势，但是分布不规律，较为分散，当速度处于0～30km/h 的时候百公里油耗值较高，当速度大于30km/h 时，油耗量显著下降。

图2 匀速工况下速度与百公里油耗关系Fig.2 Relationship between fuel consumption per 100 km and different speeds during a cruise mode

当a＞0.1m/s2时（加速工况），速度与百公里油耗关系曲线如图3 所示。从图中可以看出，在匀速工况下，随着速度的增加油耗量总体呈下降的趋势，当速度处于0～20km/h 的时候，油耗量随着速度增加急剧下降，当速度处于20～30km/h 的时候油耗量较稳定,但数值仍在波动，当速度大于 30km/h的时候百公里油耗比较稳定且处于较低的值。

图3 加速工况下速度与百公里油耗关系Fig.3 Relationship between fuel consumption per 100 km and different speeds during an acceleration mode

将速度分为九个速度区间，分别计算各个速度区间的平均百公里油耗，如表6 所示。随着速度的增加，油耗值不断下降，当v＜15km/h 的时候，油耗量较高，均大于 40L/100km，但是当 v＞25km/h的时候，数值均在20L/100km 以下。

表6 各速度区间油耗比例及百公里油耗值Tab.6 Fuel consumption per 100 km under different speed ranges

综合以上分析，可以发现公交车以大于25km/h的速度行驶时，油耗量较小，因此应将速度控制在25km/h 以上，以实现公交车节能减排的目标。但是根据实验测得，全程平均速度为15.62km/h，平均运营速度为19.86km/h，公交车驾驶技术仍需要改善。

2.2.3 加速度与油耗量的关系

加速度也是公交车油耗的一个重要影响因素，但是相同加速度所对应的油耗由于受到速度的影响而有较大差异，在不同工况下作加速度与百公里油耗曲线来考察其影响。

（1）减速工况下，统计一定的加速度范围内的平均百公里油耗，如图4 所示。

图4 减速工况下加速度与百公里油耗关系Fig.4 Relationship between fuel consumption per 100 km and different acceleration during a deceleration mode

减速度越大，百公里油耗值越大，特别是当减速度超过-1m/s2的时候，油耗值上升幅度较大，当减速度处于-0.1～-1m/s2的时候，数值变化较小，维持在7L/100km 左右。

因此加速度在-0.1～-1m/s2范围内，可以有效控制油耗量。从减速度分布比例看，加速度在-0.1～-1m/s2范围的比例达到80%，说明减速工况油耗量不算高，属于较合理状况。

（2）加速工况下，统计一定的加速度范围内的平均百公里油耗，如图5 所示。

加速工况下的油耗值都远高于减速工况，从图中看当加速度处于0.1～0.4m/s2的时候，百公里油耗在30L/100km 左右波动，比较稳定，当加速度大于 0.4m/s2的时候，油耗值迅速增长到 50 L/100km 左右。

图5 加速工况下加速度与百公里油耗关系Fig.5 Relationship between fuel consumption per 100 km and different acceleration during an acceleration mode

因此加速度在 0.1～0.4m/s2范围内，即柔和加速，可以有效控制油耗量。从加速度分布比例看，加速度在0.1～0.4m/s2范围的比例仅为40%，说明突然加速的状况存在比例较大，有较大改进空间。

因此公交车驾驶员应将行车速度控制在25km/h 以上，加速度控制在0.1～0.4 m/s2左右，加速度控制在-0.1～-1 m/s2左右。

3 公交车节能减排驾驶技术分析

3.1 公交车车速控制方法

从以上分析中可以看出公交车辆的油耗量和排放量随车速的不同而变化，因此车速控制是公交车节能减排的重要环节。

从前面的速度对油耗量的影响中分析得：车辆的平均速度控制在25km/h 左右比较有利于车辆的节能减排。在实际测量中，30 路公交车瞬时车速一般在50km/h 以下，全程平均速度为15.62km/h，平均运营速度为 19.86km/h，还是有较大的提升空间的。另外，公交驾驶员选择稳定车速行驶后，应控制好加速踏板，保持其位置不变，尽量维持车辆匀速行驶。

3.2 公交车加减速控制方法

公交车辆在行驶过程中，起步、超车和通过交叉路口，以及在固定的站点停靠等驾驶行为，都会涉及加减速操作，因此公交车加减速度的控制也是节能减排的一个重要环节。

根据加速度对油耗量的影响分析，得到结论为：加速度控制在0.1～0.4m/s2范围，加速度为-0.1～-1m/s2左右时，油耗量较小。

3.2.1 加速控制

加速工况在车辆行驶工况中占到约 30%的时间比例，而且加速工况的燃油消耗量和排放量都较大，排放总量的比例为58.8%，燃油消耗比例也达到58.91%。因此加速控制直接影响到公交车辆的节能减排。

公交车起步时，关键在于驾驶员正确掌握离合器踏板和加速踏板的配合操作要领，做好“油离配合”，起步应缓慢，加速应平稳。公交车起步后提速时，应当缓慢均匀轻踩加速踏板，而不是采用急加速方式的猛踩踏板[7]。

总之，公交车驾驶员要柔和缓慢操作加速踏板，避免急加速行为，并尽量将加速度控制在0～0.4m/s2范围内，有利于公交车辆节能减排及安全平稳运行。

3.2.2 减速控制

在前文对车辆减速度对公交车辆运行过程中的油耗量和排放量的研究中发现，减速度的变化对油耗量和排放量的影响并不显著，减速工况的时间比例为22.94%，但是其排放总量比例仅为9.35%，燃油消耗比例也仅为 9.29%，而且实测公交车辆的减速度在-0.1～-1m/s2时油耗量和排放量波动较小。

公交驾驶员行车过程中需减速时，尽量采取滑行减速，保持加速度在-1m/s2～0 范围内，可带档滑行，利用惯性“以滑带刹”进行减速，节油效果显著[8]，只有在紧急情况和进站停车时才使用制动减速，有利于车辆安全平稳减速及节能减排。

3.3 绿色驾驶理念

公交驾驶员除了需要掌握节能驾驶操作的技术之外，应该提高节能意识，保持平和的心态进行绿色驾驶，驾驶员应善于进行心态调节及预见性驾驶，才能保证车辆平稳安全行驶，养成良好的节能驾驶习惯，以最少的燃油消耗和尾气排放，实现最经济、最高效的出行。

柔和驾驶要求公交驾驶员保持平和心态，温和地控制行车速度，尽量减少急加或减速行为，不争不抢，不乱变更车道，维持车辆匀速行驶。对于车速和加速度的柔和控制，在前面驾驶技术中已经进行了阐述，不再赘述。预见性驾驶要求公交驾驶员集中精力驾驶，尽可能的观察到前方较远的路况及车辆前后左右的情况，准确地预测即将发生的动态交通状况，采取相应的预备驾驶操作[9]。

4 结 论

本文通过对南京市第 30 路公交车实测的工况数据进行分析，并以实测排放数据为基础，通过碳平衡法计算油耗量，研究了行驶工况与油耗量的关系，并讨论了速度、加速度对油耗量的影响，分析出控制油耗量的最佳速度范围为25km/h以上，加速度范围为0.1～ 0.4 m/s2，减速度范围为-0.1～-1m/s2。最终提出公交车驾驶员车速、加速度控制方法、绿色驾驶理念下的节能减排驾驶操作要点。

[1]百度百科.“十二五”规划[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/2192926.htm，2012-02-21.

[2]百度百科.生态驾驶[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/2979376.htm,2010-11-08.

[3]刘兴增.交通运输部派发《汽车节能驾驶手册》倡导“绿色驾驶”[EB/OL].http://news.163.com/10/0613/02/691B9237000146BC.html,2010-0 6-13.

[4]殷明杰.汽车驾驶与维护对汽车油耗的影响[J].实用汽车技术，2007，（3）：37-38.

[5]潘姝月.城市公交车行驶工况的研究[D]：大连：大连理工大学汽车工程学院，2009.

[6]艾国和.典型城市道路车辆燃油消耗研究[D]：武汉：武汉理工大学汽车学院，2005.

[7]曾 诚，蔡凤田，刘 莉，等.不同驾驶操作方法下的汽车运行燃料消耗量分析[J].交通节能与环保，2010，（2）：23-26.

[8]邱继武.城市公交汽车驾驶员如何节油浅析[J].科技传播，2010，（11）：75.

[9]李春成.城市公交车节油驾驶操作技术[J].城市车辆，2002，(1)：53.