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第 19 卷 第 94 期 交 通 节 能 与 环 保 Vol.19 No.2 2023 年 04 月 Transport Energy Conservation Environmental Protection April.2023 doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.02.017 基于驾驶模拟技术的车路协同生态驾驶预警系统 节能减排效果分析 靳雯婷 1，白 昀1，付 强2，伍毅平2，赵晓华2（1.北京工业大学城市建设学部，北京 100124；2.北京工业大学北京市交通程重点实验室，北京 100124）摘要：本研究旨在测试车路协同条件下生态驾驶的节能减排潜力。研究基于驾驶模拟技术搭建以生态车道（Ecolane）为路端、生态驾驶人机交互系统（EcoHMI）为车端的车路协同生态驾驶预警系统（Ecolane-HMI-CVIS）。招募 40 名驾驶人开展驾驶模拟实验和主观问卷调查，探究 Ecolane-HMI-CVIS 对机动车能耗排放的影响。与实验对照组相比，Ecolane-HMI-CVIS 降低能耗 1.03%，分别降低 CO2、CO、HC、NOX1.01%，10.72%，1.52%和 9.83%；驾驶人主观认同且客观行为遵循 Ecolane-HMI-CVIS 预警信息时，车辆能耗排放最低。研究结果表明，车路协同生态驾驶预警系统能够促使驾驶人采用生态驾驶行为，从而降低车辆能耗排放；同时，驾驶人主观认知对预警系统的节能减排效果有明显影响，驾驶人感知有用性的影响最为显著。关键字：生态驾驶；车路协同；预警系统；驾驶模拟；生态车道；人机交互 中图分类号：U491.2 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）02-0091-09 Effectiveness Analysis of the Eco-driving Warning System under Vehicle-infrastructure Cooperative Condition on Energy Saving and Emission Reduction Based on Driving Simulator Technology JIN Wenting1,BAI Yun1,FU Qiang2,WU Yiping2,ZHAO Xiaohua2(1.School of Urban Construction,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China；2.Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract:The purpose of this study is to test the energy saving and emission reduction potential of eco-driving under the condition of vehicle-road coordination.Based on the driving simulation technology,an Ecolane-HMI-CVIS with Ecolane as the road end and EcoHMI as the car end were built.Forty drivers were recruited to participate in the driving simulation experiments and fill in subjective questionnaires,which was used to explore the impact of Ecolane-HMI-CVIS on energy consumption and emissions of running vehicles.Compared with the experimental control group,Ecolane-HMI-CVIS reduced energy consumption by 1.03%and reduced CO2,CO,HC and NOX by 1.01%,10.72%,1.52%and 9.83%respectively.When drivers subjectively agreed with and objectively followed the warning information given by the Ecolane-HMI-CVIS,the vehicle energy consumption hit the lowest point.The results showed that the Ecolane-HMI-CVIS was able to promote drivers to adopt eco-driving behaviors,which could reduce energy consumption.Meanwhile,drivers subjective cognition also had a significant impact on the energy saving and emission reduction effect 收稿日期：2022-06-12 基金项目：北京市教委科技项目（KM201910005002）；北京市教委社科一般项目（SM202010005004）作者简介：靳雯婷（2001-），女，北京市人，本科在读，研究方向为交通规划与管理.（）通信作者：伍毅平（1990-），男，四川巴中人，博士，副教授，研究方向为交通运输规划与管理.（）92 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 of the warning system,among which the perceived usefulness of drivers was the most influential one.Key words:eco-driving;cooperative vehicle infrastructure;warning system;driving simulator;ecolane;human machine interaction 0 引言 2020 年 9 月我国明确提出“碳达峰”与“碳中和”的“双碳”目标。顺应此目标，国家发改委发布了 节能中长期专项规划1，交通运输部印发了关于修改公路、水路交通实施中华人民共和国节约能源法办法的决定2。根据两项决定发布，道路交通运输作为未来能耗排放监管的重点领域，机动车节能减排任务迫在眉睫。大量研究表明生态驾驶是机动车节能减排的有效手段之一。刘真3证明生态驾驶能降低5%10%的机动车油耗、减少 10%温室气体排放。此外，随着信息感知、通信等技术的快速发展，车路协同在提升车辆安全、高效绿色运行等方面具有显著优势。朱鹏兴4利用实车道路试验采集的车辆行驶数据、实际道路环境和 ADVISOR 仿真软件等，验证了车辆在车路协同环境下的节能减排策略可行。陆道军5对车路协同应用场景进行了理论研究，并对 V2X 场景进行了现场测试。得知车载 App 可以正确显示原车的信息和位置，且在距离后车 30 米时会发出预警消息，有助于行车安全。可以预测，车路协同技术和生态驾驶行为相结合，有望成为降低机动车能源消耗和尾气排放新的途径。因此，有必要探究明确车路协同生态驾驶在道路车辆中的节能减排潜力。目前生态驾驶行为在节能潜力的研究主要针对单个车辆，通过对比实验等测试来分析生态驾驶行为培训前后车辆能源消耗及尾气排放的变化。王继龙等6监测出租车驾驶人的实际路况驾驶行为，综合分析不同的驾驶行为对车辆油耗的影响，从而进一步评估 北 京 市 实 施 生 态 驾 驶 的 节 能 减 排 潜 力。BARKENBUS 等7着眼于改变司机的行为或风格，来促进生态驾驶成为常态。ZARKADOULA 等8通过分析希腊可再生能源中心、雅典城市交通组织和热巴士公司合作进行的生态驾驶试点研究数据，评估城市公交驾驶人生态驾驶的效果。伍毅平9构建驾驶行为数据感知及生态驾驶行为测试的平台，以此评估生态驾驶的节能减排潜力等，形成了针对生态驾驶行为的优化方法。受到信息感知等技术手段的限制，以往的生态驾驶研究中较少考虑到道路环境条件以及周边其他车辆的影响。车路协同技术的出现可以为生态驾驶行为反馈优化提供更丰富的预警信息，从而为提升生态驾驶行为节能减排潜力提供了可能。目前，车路协同技术主要针对运行安全层面开展信息预警的研究。ZHAO 等10研究了不同雾天条件下连通车辆变速限速的影响，有助于在能见度条件发生变化时减少碰撞。WANG 等11通过仿真实验研究将单个信号交叉口上的每辆车与控制器进行通信的情况下，进行优化分流和循环。Wu 等12设计了基于抬头显示仪的防碰撞预警系统来帮助驾驶人在雾天条件下进行减速。对车路协同效用评价重点关注车路预警系统对降低车辆运行风险和交通事故的影响。ABDEL-ATY 等13提出智能交通系统策略以实时降低碰撞风险，用于评估在两种速度状态下发生碰撞风险的独立逻辑回归模型。鲁光泉等14以车路协同环境下的驾驶行为变化来评估其对驾驶人行为和驾驶安全可靠性的影响，并探讨最大限度发挥车路协同安全保障作用的方法。荣洋15分析车路协同技术架构，探究其在智慧高速建设和客观实际中的应用情况。李振龙等16研究驾驶人对CVIS 的接受度和影响因素，为设计 CVIS 提供理论依据。目前研究中，车路协同条件下生态驾驶行为的节能减排效果尚不明确。由于受到政策、技术和测试成本等的限制，当前大多车路协同技术研究测试依靠软件数值仿真完成，也有少量研究利用封闭试验场测试等手段针对特定场景开展17。贺安欣等18探讨了基于当前技术的车路协同发展路径。赵龙刚等19通过基于数字孪生的信息空间数字化模型映射技术、智能仿真平台的研究，提出基于数字孪生的交通仿真平台研究方法作为车路协同技术的测试手段。以上研究成果对探究车路协同技术及其预警系统的效用具有重要贡献，但其普适性有限。由于驾驶模拟技术逐渐成熟，可以通过虚拟现实联通实现不同场景高精度还原，能第 2 期 靳雯婷等，基于驾驶模拟技术的车路协同生态驾驶预警系统节能减排效果分析 93 够充分考虑驾驶人人为因素对车路协同系统效用的影响，成为研究车路协同技术的重要支撑20。基于此，本研究拟采用驾驶模拟技术搭建车路协同生态驾驶预警系统，通过开展驾驶模拟实验测试车路协同生态驾驶预警系统降低车辆能耗排放的作用。考虑到驾驶人对预警系统的态度、接受意愿和服从度等也是影响预警系统效果的重要因素，本研究结合问卷测试进一步探索驾驶人主观认知对车路协同生态驾驶预警系统效用的影响。研究结果以期为客观量化车路协同生态驾驶预警系统效用，进而为优化车路协同生态驾驶预警系统提供数据支撑。1 车路协同生态驾驶预警系统搭建 1.1 平台框架 本研究旨在基于驾驶模拟技术设计生态车道与车路协同人机交互终端相结合的车路协同生态驾驶预警系统（图 1）。预警系统由驾驶模拟器、协同处理中心、人机交互终端（Human Machine Interaction，HMI）3 个部分组成。其中，驾驶模拟系统具有道路场景开发、交通要素设计、实验数据采集等功能；协同处理中心能够对车辆和交通环境数据进行融合处理，生成驾驶预警信息；HMI 以图形、文字和语音的形式为驾驶人提供实时驾驶反馈建议。首先，根据实际高速道路参数设计搭建生态车道（Ecolane），完成预警系统路端场景研发。然后，研发车路协同人机交互终端（EcoHMI），采用文字、图片、声音结合的方式设计生态驾驶预警信息，并根据信息重要性、使用频率等原则设计终端功能及界面布局，完成预警系统车载终端研发。最后，通过协同处理中心融合路端和车端，