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多模式下不同停车驾驶行为的尾气排放规律研究

2024-08-06 128 上传者：管理员

摘要：为研究停车场内不同驾驶行为对尾气排放的影响，经过实地调查和数据处理，获取机动车在停车场范围内速度、加速度等参数。通过机动车在不同的停车位的停车方式和驾驶模式变化，划分为8种不同的驾驶行为。使用MOVES软件计算不同驾驶行为下机动车尾气排放污染物的排放速率。结果表明：相同的驾驶模式下，平行式停车位进行停车时的尾气排放量普遍大于在垂直式停车位进行停车；车位相同的情况下啊驾驶模式为减速尾气排放量相对最低，驾驶模式为多次减速加速直至减速的情况下尾气排放量相对较高。

关键词：
交通环境
停车驾驶行为
多模式
尾气排放
环境污染
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中国环境污染问题严峻，而机动车保有量却持续快速增长，城市机动车污染排放问题迫切需要治理[1]。机动车的排放特性与驾驶行为有着密切联系。王文娜[2]等人实地测试了不同驾驶员驾驶捷达轻型车的尾气排放情况，研究发现车辆速度的不同最终会影响车辆排放量。杨延相[3]等人采集并分析了实际道路上车辆排放数据以及燃油消耗数据。结果表明了车速、加速度等特征参数与实际行驶过程中车辆排放因子和燃油消耗的关系。Gonzalez[4]等根据实车采集的数据研究了车速、横向和纵向加速度对驾驶行为的影响，并以车速、加速度和油耗评价指标对驾驶行为进行了识别。

目前，在停车场机动车尾气排放的研究方面，研究方向通常较为宏观。周志平[5]等人研究了地下停车场的气体污染物与湿度、交通量的相关性。刘妍[6]等人针对机动车的尾气排放与车队活动水平进行了研究。牛冬茵[7]等人利用MOVES模型计算不同类型地下车库内的污染物总排放量，得出各车库中不同运行情况下尾气排放规律。殷明昊[8]模拟地下停车场污染物浓度，并与实际浓度进行对比，得出其污染物浓度数值模拟模型的正确性。

本文选取地面停车场作为研究对象，采用摄像机在高处拍摄停车场中具体的驾驶行为，利用Tracker软件处理拍摄的视频获得车辆的行驶数据，根据车辆在停车场中的停车方式和驾驶模式变化对停车场的驾驶行为进行分类，使用MOVES软件得出不同驾驶行为的尾气排放量，分析不同驾驶行为下的尾气排放规律。

1、停车过程的数据采集

1.1数据采集

本文调查了苏州市地面停车场，选取绿宝广场地面停车场作为具有代表性的案例作为视频数据的采集点。通过高处架设的摄像机拍摄停车场范围内小型车的停车过程，并利用Tracker软件获取视频中机动车的速度和加速度等数据。Tracker软件可以自动对运动物体的位置、速度和加速度进行覆盖跟踪，将在一定高度拍摄的停车场停车行为的视频导入Tracker软件并设置视频播放帧数为15帧，以达到逐秒获取数据的效果[9]。

1.2停车过程的定义

停车过程是指车辆找到停车位并从一个起点开始，为驶入停车位进行一系列驾驶行为包括加速减速等，最后汽车在车位上停稳并熄火的过程。一般来说，完整的停车行为包括两部分：第一部分，车辆到达停车区域并在停车通道内寻找停车位；第二部分，车辆在找到停车位后驶向停车位，并在停车位完成停车过程。寻找停车位的过程较为复杂，车辆在停车通道内停留的时间受到驾驶员心理和停车场停放车辆数量等因素的限制。

车辆的驾驶行为会因为停车方式不同，而做出不同的行为，所以需要进行定义。后退式停车式指：在车辆找到理想车位以后，减速停至驾驶员凭借经验认为合适的倒车位置后，倒车并配合方向盘的适当转动，如果一次没有停到合适车位，在进行调整车辆，直至车身完全停放在理想车位，在这个过程中驾驶员至少经历一次减速。前进式停车指：驾驶员在找到合适车位后，开始调整车身和速度，直至车身完全停放在理想车位，在这个过程中驾驶员技术熟练往往只需经历一次减速。车辆在垂直停车位上会进行前进式停车和后退式停车如图1,同理车辆在平行式停车位上也会进行前进式停车和后退式停车如图2。

图1垂直式车位停车过程

图2平行式车位停车过程

1.3停车驾驶行为划分

根据采集的停车场内车辆行驶数据，划分停车场内的驾驶行为。根据前文定义，停车过程是指车辆找到停车位并从一个起点开始，为驶入停车位进行一系列驾驶行为包括加速减速等等，最后汽车在车位上停稳并熄火的过程。机动车在停车过程中的行驶状态由5种运行工况所组成加速、减速、滑行、怠速，匀速。车辆在停车场范围内的驾驶行为并不单单简单的是匀速或加速、减速，而是不同行驶模式的组合，为研究车辆不同驾驶模式组成的不同驾驶行为，结合研究过程视频测速法测得的300组车辆在停车场范围内的速度数据，发现车辆研究范围内，存在3种不同驾驶模式组合：①减速②多次减速加速直至减速③减速-加速-减速即3种不同的驾驶行为。①减速：在整个停车过程只需要经历一次速度为0的情况。②多次减速加速直至减速：在整个停车过程至少需要经历3次速度为0的情况。③减速-加速-减速：在整个停车过程经历速度为0的次数为2。

根据机动车在不同的停车位的停车过程和驾驶模式变化将停车场中的驾驶行为分为以下8个link。如图表1所示。

表1驾驶行为分类

2、MOVES模型应用及运算结果

2.1设置参数

本课题使用MOVES[10]模型模拟停车场小型车停车过程排放情况，在这过程种需要修正相关参数，实现对MOVES模型的本土化。由于中国的排放标准落后美国3～5年，虽然笔者调查时间为2023年，仍将MOVES模型的基准年限定位2019年。燃油信息改为国六汽油。将Tracker软件从拍摄的停车场视频上采集到的数据，转化为运行工况数据带入模型计算。

2.2运算结果

将绿宝广场上8种不同的停车驾驶行为的运行工况分布导入MOVES模型，运行后即可得到相应的排放因子。本文选择CO、NOx、HC三种主要污染物进行分析，结果如图3和图4所示。

图3垂直式停车位下不同驾驶行为对尾气排放影响

图4平行式停车位下不同驾驶行为对尾气排放影响

将不同的停车位下的运行工况进行统计和归纳得到运行状态工况占比情形如表2和表3。

表2垂直式停车位运行工况占比表

通过对以上的图和表分析发现：车辆的尾气排放率与运行工况息息相关。车辆在停车场行驶时，速度较慢，加速度、比功率和频率也较低，所以加速运行工况模式编号相对较小。在整个停车过程中加速行为往往是出现在一次停车无法停到合适车位，比如后退式停车，需要先减速停至一个合适的倒车位置，然后慢慢加速倒车并转动方向盘直至车辆完全停在合适位置，在这个过程中加速频率占比并不高，所以加速运行工况对尾气排放量的影响不大；而当车辆进行减速时，又有很大的比例是滑行工况，驾驶员在这种情况下并没有进行刹车，也没有踩油门，只是依靠惯性向前行驶，出现制动的比例也大大减少，因此减速状态对尾气排放量影响也变小，从而变相提升了怠速工况的比例，怠速工况在停车场中尾气排放量不会小。

机动车在停车时排放的污染物CO占比最高，在大多数的停车过程中CO的排放量远远大于HC和NOx的排放量。在停车位相同的情况下，驾驶模式为减速尾气排放因子相对最低，驾驶模式为多次减速加速直至减速的情况下尾气排放率相对较高，比如link2和link4的尾气排放因子分别为4.56g/km和5.36g/km,明显大于link1和link3的2.54g/km和4.3g/km。主要原因是在驾驶模式模式为多次减速加速直至减速时，行驶距离相对较远，速度较低，怠速工况的比例占比较大，尾气排放量相对较大；在驾驶模式为减速时，行驶距离相对较短，滑行工况和制动工况占比较大，怠速工况占比较小，所以尾气排放量相对较小。

在驾驶模式为减速时，HC的排放量较小。Link1和Link8的HC排放率明显小于相同停车位的其他驾驶模式，滑行工况与制动工况的比例上升，会减少HC排放量，这是因为停车场的速度普遍较低，减速的驾驶模式下，行驶距离最短，驾驶时间最少。

车辆在相同的驾驶模式下，平行式停车位进行停车时的尾气排放量普遍大于在垂直式停车位上进行停车。比如link6和link4同为多次减速模式和后退式停车，但是link6的尾气排放因子5.56g/km大于link4的尾气排放因子5.36g/km这是由于平行式车位停车时难度比在垂直式停车位上停车难度更大，导致车辆运行速度更低，怠速工况比例更高，而怠速工况比例的提升是导致尾气排放提升的重要因素。

垂直式停车位中，相同的驾驶模式下，不同的停车方式也会影响车辆的尾气排放因子。比如link2的停车方式尾气排放因子小于link4的停车方式。因为前进式停车相比于后退式停车难度更小，整个停车所用时间更短，行驶距离也更短，导致怠速工况占比较小，所以尾气排放量相对较小。

3、结论与讨论

3.1结论

机动车在停车时排放的污染物CO占比最高。车位相同的情况下，驾驶模式为减速尾气排放量相对最低，驾驶模式为多次减速加速直至减速的情况下尾气排放量相对较高。相同的驾驶模式下，平行式停车位进行停车时的尾气排放量普遍大于在垂直式停车位进行停车。

3.2讨论

本文通过视频采集停车场区域的停车数据，获取MOVES模型所需要的运行工况、瞬时速度等数据，将所得到的基础数据用于区分停车场不同的驾驶模式，然后利用MOVES模型模拟测算不同驾驶行为的尾气排放。通过分析不同的驾驶模式与尾气排放的关系，为驾驶者节能减排提出建议，并且为建立中国机动车运行工况与污染排放数据库有积极意义，同时也为停车场制订减排措施提供技术支持。

参考文献:

[2]王文娜,曹静,石建军.ETC环境下驾驶行为对车辆排放的影响分析[J].交通科技与经济,2018,20(06):40-44.

[3]杨延相,蔡晓林,杜青等.实际道路上的车辆尾气排放因子和燃油消耗的研究[J].燃烧科学与技术.2003.02.

[5]周志平,张锐,徐紫霞.商业地下停车场气体污染物特征及影响因素研究[J].智能城市,2023,9(09):39-41.

[6]刘妍,杨宁,孙露娜等.地下停车场VOCs污染特征与健康风险评价[J].环境科学,2022,43(12):5453-5463.

[7]牛冬茵.基于MOVES模型的地下车库污染物排放量研究[D].哈尔滨工业大学,2019.

[8]殷明昊,李锐.某地下车库污染物浓度分布的数值模拟分析[J].环境科学与技术,2017,40(S1):23-27.

[9]利用Tracker软件研究有摆线弹簧摆内共振现象[J].大学物理验,2017,30(3):110-114.

文章来源:李周洁,邓建华.多模式下不同停车驾驶行为的尾气排放规律研究[J].内燃机与配件,2024,(15):25-27.