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走行動態記録に基づく自動車からの環境負荷量推計モデルの開発
横田久司

鹿島茂*

國領和夫**

田原茂樹***（*中央大学理工学部、**㈱現代企画社、***現廃棄物対策部）

要

旨

自動車からの環境負荷量（NOx、CO、燃費等）の推計方法として、平均車速を指標とする従来の方法に比較して、時間分解能および空間分解能の高い排出量推計モデルを開発した。モデル作成の概要を以下に示す。
① 走行の単位として、時間的移動を表す一つのアイドリング区間および空間的移動を表す一つの走行区間（発進から停止まで）の一対をトリップセグメントとして定義した。
② シャシーダイナモメータによる自動車排出ガス測定結果を用いて、トリップセグメント単位でアイドリング、加速、定速、減速のモード別に走行特性値（速度、加速度等）、環境負荷量（EI）を求めた。これ
らの値について回帰分析を行い、車両毎に環境負荷量を回帰式で表した。

El＝C×f（走行特性値） Ｃ：回帰係数③ 車両固有の係数を車両の諸元値で一般化し、車速データから環境負荷量を推計する汎用モデルを作成した。

El＝α（車両諸元値）β×f（走行特性値）
α, β：回帰係数、車両諸元値：車両重量、総排気量
このモデルの特徴は、走行距離では数メートルから数百メートル、走行時間では数秒から数百秒の広い範囲で環境負荷量を推計できること、デジタルタコメータ等の走行動態記録から自動車排出ガスの環境負荷量を、シャシーダイナモメータを用いずに、間接的な手法で推計できることである。特に、加速度等の走行特性に基づく推計方法であるため、運転者の運転方法の違いを明確に反映できるモデルになっている。
キーワード：トリップセグメント、環境負荷量、推計モデル、自動車排出ガス、走行動態

Development of an estimation model of environmental impact
from automobiles based on actual driving condition record.
YOKOTA Hisashi, KASHIMA Shigeru*, KOKURYO Kazuo**,
TAHARA Shigeki****Faculty of Science and Engineering, Chuo University**Gendaikikakusha Co., LTD.
***Environmental Protection Bureau of Tokyo Metropolitan Government

Summary
We developed an estimation model for the environmental impact from automobiles that has
high resolution in terms of time and space. The scheme of model framing is shown below.
(1) As a unit of running, the pair of the idling section showing time transfer and the running sec東京都環境科学研究所年報 2004─ 41 ─tion (section from start to a stop) showing spatial transfer was defined as a trip segment.
(2) In each mode (idling, acceleration, cruising, and deceleration) in a trip segment unit, runningcharacteristic values (velocity, acceleration, etc.) and the amount of environmental impacts (EI)
was calculated. Regression analysis was applied to these values and EI was expressed with thefollowing formula for each vehicle.

El = C×f (runningcharacterisitic values)

C : parametenpeeculiarto vehisies(3) The parameter C was generalized with the item value of vehicles, and a general-purpose modelthat estimates EI from vehicle speed data was created.

El = α (item value of vehicles)β×f (running characteristic values)α, β : regression coefficient, item value of vehicles : weight of vehicle, displacement
The defining feature of this model is its ability to estimate the amount of environmental impact
from an automobile by indirect technique using the running recording of a digital tachometer, etc.,
without using a chassis dynamometer. Because the estimation method is based on running characteristics such as acceleration, the model can clearly reflect the difference in each driver's operating
method.
Key Words : trip segment, environmental impact, estimation model, automotive exhaust, actual
driving condition

１

はじめに高い排出量手法が検討されている 3)〜8)。これは、平均地域における自動車からの排出ガス排出量を推定す

車速モデルでは長距離における平均的な排出量としてる場合、従来から、次のようないわゆる「平均車速モ算出されるが、車速変化の大きいHot Spotにおけるデル」が使われている。すなわち、各都市における走推計値としては正しいものを得ることができないため

行調査から代表的な実走行モードを複数個抽出し、シである。

ャシーダイナモメータ（以下、「C/D」という。）にお排出量推計モデルは他方面でも必要とされている。

いて試験車による排出ガス測定を行って排出原単位を現在、東京都等いくつかの自治体は、大規模な事業所得る。この結果を平均車速を変数とする関数形で表しに対し、低公害車の導入実績や走行距離、燃料消費量たものを排出係数（通常、g/㎞または、g/トン・㎞を記載した「自動車管理計画」の提出を義務づけていが使用されている。）とし、これに活動量として走行る。この制度では、届け出た計画書に基づいて必要な量（台・㎞）を乗じて排出量を推計する方法1)である。

措置を行うこととしているが、事業者が行う措置の中

ここで用いられている代表走行モードについては、我心は最新規制車への代替や低公害車の導入にあるたが国では芳住ら 2)が最初に提案した平均車速別の東京

め、台数としては多数を占める使用過程車についての都実走行パターンがあり、以降、同様な手法で他の自取り組みに欠けるところがある。そして、この使用過治体等により独自の走行モードが作成されている。

程車については、指導が及ばないことも課題としてあ平均車速モデルにより得られた排出係数に走行量をげられている。特に、この計画書の中で事業所ごとの乗じて得られる排出量は、都道府県レベル以上のエリ排出量を算出する場合には、平均車速モデルが使われアの総排出量あるいは国レベルの温室効果ガスインベることが多い。この方法では、排出量の感度は鈍く、ントリーとしてのマクロ的な排出量推計には現在でも走り方の差や事業者の工夫が反映される余地がないた十分精度の高い方法として有用であると考えられる。

め、事業者が排出量を減らすというモチベーションをこれに対し、近年、交差点等の狭い地域をHot高めることができない。これらの問題点を解決するにSpotとよび、これらの地域の大気汚染の改善が進まは、事業者自らが簡便に排出量を管理でき、しかも走ないところから、局地的な地域における道路環境対策り方などを反映した排出量を監視することができるツを進めるために、より推計精度の高い、時間分解能のールが必要である。

東京都環境科学研究所年報 2004─ 42 ─本研究では、平均車速モデルに比較して時間分解能トリップセグメントを、横田ら 9)のモード区分の定及び空間分解能の高い排出量推計モデルの構築をめざ義（表１）を使用して、アイドリング、加速、低速、した。これには、自動車の運転方法や道路条件、交通減速の走行モードに区分した。

条件を反映できるモデルを作成することが必要であ
表１る。

走行モードの定義

具体的には、次のことを目標に研究を行った。
①

C/Dによる実車の測定を必要としないモデル
走行時の速度データの処理を行うだけで環境負荷量の推計が可能なモデル構築、近年開発が進んでいる車載型の排出ガス計測機器も必要としない方法を目指す。
②

上記の区分により、走行モード内での平均加速度等自主管理に使用できるモデルの走行特性を算出し、対応する環境負荷量との関係を自動車ユーザーが簡易に排出量の監視ができるツールとしての「大気汚染メータ」の開発を目指す。
なお、推計の対象にNOx、CO等の汚染物質排出量の他に燃料消費量も含めることとし、本論文ではこれ解析した。これらの結果から、トリップセグメントの走行特性を考慮した環境負荷量推計式を提案する。以下、この方法をトリップセグメントモデルとよぶ。
(2)

らを一括して環境負荷量と呼ぶ。

走行データのトリップセグメント単位への区分

図１に示した方法で、トリップセグメントの抽出とその走行モードへの区分を行った。速度５㎞/h以下

２

トリップセグメントモデルの構築

では、エンジンの出力が実質的にゼロに近いため、ア(1)

モデルの概要イドリングとした。実際のトリップセグメントには、本研究では、走行の単位としてトリップセグメント

走行中の３つのモードは複数個含まれている場合が多という概念を定義し、トリップセグメントに基づく排い。

出量推計モデルの構築とその実証について報告する(3)

推計式に用いる変数の選択9)。トリップセグメントとは、時間的移動を表す一つ各モードの環境負荷量を表す説明変数は、変数間ののアイドリング区間及び空間的移動を表す一つの走行相関解析等を行い、適切と考えられるものを選択した。

区間（発進から停止まで）の一対の組を表す。従来は最終的に用いた変数の定義は以下のとおりである。

走行部分のみを対象として、ショートトリップとして①

計時間呼ばれる場合もあったが、本研究では、改めて一対の組を「トリップセグメント」と呼ぶこととする（図１）。

t i：iトリップセグメント内で各モードが占める合②

ai：iトリップセグメント内の平均加速度③

vi：iトリップセグメント内の平均速度(4)

実走行データによる環境負荷量との関係解析

前項で選択した変数と環境負荷量の回帰分析を行った。モデルの推計には、2002年６月９〜20日にかけて実施した、７トン車による実走行調査のNOｘ排出量データを用いた。実走行実験の概要は表２のとおりである。

図１トリップセグメントとその走行モードの分類

東京都環境科学研究所年報 2004─ 43 ─表２

実走行調査の概要

３

C/Dデータによるトリップセグメントモデルの汎用化
前章では、１台の試験車による走行データをトリップセグメント単位に分割し、その単位ごとにNOx排出量を精度良く推計できることを示した。続いて、多数の車両へのトリップセグメントモデルの適用可能性について検討した結果について述べる。
(1)

実走行モードデータの概要

このモデル開発では、東京都環境科学研究所が保有している大型C/Dにおける東京都実走行パターンによる自動車排出ガス測定結果ファイルを使用した。実験結果は、車両毎に１秒間隔で車速及び排出ガスの排出量が保存されている。通常、排出ガスとしてNOx、トリップ数は168であり、これを2,856のトリップCO、THC、CO 2 等が測定されているが、PMについセグメントに分割した。その結果、当てはまりの良かては、連続測定が可能な分析計は装備されていない。

った（決定係数がより大きいこと）回帰式は、各モー

なお、東京都実走行パターンの平均車速は4.6〜53.3㎞/hの範囲にあり、それぞれのパターンに対すドについて以下のとおりであった。
アイドリングモード

q 1＝ c 1t(1)

るトリップセグメント数は１〜22であった（表３）。

加速モード

q2＝c2avt(2)

また、№11、12の高速道路走行を除く１セグメント定速モード

q3＝c3vt(3)

当たりの走行距離は４〜5,100m、走行時間は３〜

減速モード

q4＝c4vt(4)391秒である。

ただし、q j：jモードの排出量（g）、a：加速度（㎞

本稿では、排出寄与の大きい大型ディーゼル車を対/h/s）、v：速度（㎞/h）、t：モード合計時間（s）、象とし、短期規制（平成６年規制）適合車19台、長cj：回帰係数

期規制（平成10、11年規制）適合車14台の実走行モ(5)ードによるデータファイルを使用した。また、通常のトリップセグメント単位での排出量推計式

トリップセグメント合計でのNOx排出量推計値

実験時の等価慣性重量は、１/２積載で行われている。

（Σq i ）を算出し、トリップセグメント単位での実測車両諸元を表４に示す。

値の比較をした（図２）。この推計式の重決定係数は、(2)0.88という高い値が得られた。

車両毎の基本モデルの作成

各車両について、実走行パターン毎に以下の処理を行った。まず、車速を表１にしたがい、１秒単位で４モードに区分する。区分したトリップセグメント毎に、２(3)で示した走行特性値ti、ai、viから式(1)〜(4)の指標を計算した。同様に、環境負荷量についてもモード別の集計値を求めた。
各車両別に回帰分析を行ったが、ここでは、短期規制適合車S-5によるNOx排出量の例を図３に示した。
決定係数は0.94〜１と非常に高い値が得られている。
基本モデルでは、各モードの回帰式(1)〜(4)の勾配c iが車両毎に異なることを確認した。

図２ トリップセグメント単位での実測値と推計値の比較

東京都環境科学研究所年報 2004─ 44 ─表３(3)

東京都実走行パターンの概要

表４

解析対象車両の諸元

車両諸元値と基本モデル回帰係数の関係分析

基本モデルの回帰係数c iを車両の諸元値で表すことを検討した。指標として、アイドリング及び減速モードの場合には、車両のエンジン負荷状態にかかわらず排出量が決定される要素が大きいことから総排気量を選択した。
加速及び定速モードの場合には、エンジン負荷状態が排出量を変化させる要素が大きいため、等価慣性重量を選択した。これは、モデルの実用化に当たって、積載重量を含めた走行時の車両の実重量を指標とするためでもある。また、車両総重量の大きい車両の方がエンジンの余裕駆動力が大きく、そのため車両総重量の大きいほど仕事量当たりの排出量、燃費率が少なくなっている11)ため、回帰式はべき乗式を使用した。
モード毎に車両諸元値と回帰係数c iの回帰分析を行った結果を図４に示す。図には、短期規制適合車19台について、NOx排出量の例を示した。図中の記号を表すことができる。
アイドリングモード
加速モード
定速モード

c1＝α1Vβ1(5)c 2＝ α 2Wβ2(6)c 3＝ α 3W

β3(7)

β4(8)

c 4＝ α 4V

は、車両IDを示す。この結果、決定係数は減速モー

減速モード

ドを除いて、NOx排出量では0.80（アイドリングモ

た だ し 、 V ： 総 排 気 量 （ c c ）、 W ： 等 価 慣 性 重 量ード）〜0.97（加速モード）と高くなっている。減（㎏）、αi、βi：回帰係数

速モードについては､0.39と低く、減速時の燃料カッ

なお、車両（S-3）について、積載量を空積、１/２トの状況等が影響しているものと考えられる。しか積載、２/２積載、３/２積載に変化させたときのデー

し､減速モードの寄与率は相対的に小さいため、実用

タについても、ほぼ回帰曲線上に乗って変化しており、的には推計値に大きな影響はないと予想される。

指標として等価慣性重量を選択することの妥当性を確

この結果、以下のように各モードの回帰係数推計式

認している。

東京都環境科学研究所年報 2004─ 45 ─図３ 短期規制適合車S-5によるNOx排出量の回帰分析
図４(4)

車両諸元値と回帰係数の回帰分析

負荷量（g）、E ts ：トリップセグメント合計環境負荷

汎用モデル式の作成(1)〜(4)式と(5)〜(8)式を合成し、下記の汎用モデルを得た。なお、汎用化に当たって、C/Dでの実験時量（g）、α i 、β i ：回帰係数、V：総排気量（㏄）、W：車両実重量（㎏）
規制年次及び排出ガス別に、汎用モデルの回帰式をの車両重量（１/２積載の等価慣性重量）を車両実重一覧表にして表５に示した。長期規制適合車のNOx量に置き換えている。
β1

アイドリングモード

E 1＝ α 1V(9)以外の項目については別途報告予定である。なお、こ加速モード

E2＝α2Wβ2avt (10)の設定係数については、最終的な確定値をホームペー

定速モード

β3vt(11)β4vt(12)E1s＝ΣEi(13)減速モードtE 3＝ α 3W
E 4＝ α 4V

トリップセグメント合計

ただし、E i：各モードのトリップセグメントの環境ジ等により公開する予定である。

４汎用モデルの検証
前項において作成した汎用モデルについて、実走行

東京都環境科学研究所年報 2004─ 46 ─表５

汎用モデルの回帰係数調査による検証結果を示す。なお、C/Dにおける短期えられた。今後は、車載型計測装置を装着した多数の規制適合車両の全データについての実測結果と比較車両による走行データによって検証を行い、モデルのし、良好な相関を確認している 12) が本稿では省略す有効範囲を拡げることが必要である。

る。
車載型計測装置を搭載した積載量２トン車（車両型５まとめ式KC-NKR66EAV、排気量4,334cc）による実走行自動車からの環境負荷量を推計するため、走行の１調査 13）、同４トン車（車両型式KC-FRR33D3、排気単位としてのトリップセグメントを定義し、東京都が量8,220cc）による実走行調査 14)の２台の実走行調査

保有するC/Dデータを基礎データとしてモデル開発をのデータを用いて汎用モデルの検証を行った。これら行った。従来の平均車速を指標とする方法に比較して、はモデル作成に用いていない独立したデータである。

時間分解能及び空間分解能の高い排出量推計モデルを２トン車は、車載型計測装置OBS-1000（MEXA1170HNDIR、MEXA-720NOx（NOx、A/F分析計）開発することができた。
トリップセグメントモデルの特徴及び課題は以下のを装備、㈱堀場製作所）を搭載している。試験車両のとおりである。

走行は、東京都内の一般道、高速道路、茨城県つくば(1)市の一般道の３コースで行った。４トン車の走行は、・デジタルタコメータ等の走行動態記録から自動車か川崎市池上新町交差点周辺で行った。

特徴

らの環境負荷量を、シャシーダイナモメータを用い実証結果は東京、及び川崎の燃料消費量とつくばのずに、間接的な手法で推計できること

NOx排出量に関して、トリップセグメント合計値の・トリップセグメント単位のモデルであるため、走行比較を図５に示した。いずれのコースにおいても、実距離では数メートルから数百メートル、走行時間で測値と推計値の相関は非常に高い値が得られているは数秒から数百秒の広い範囲で環境負荷量を推計でが、つくばコースの場合には推計値がやや高めになっきることている。これは、車載型NOx計の感度変化が影響している可能性もある。モード別に見ると、減速モード・運転者の運転方法の違いを明確に反映できるモデルになっていることの相関係数が0.81から0.85程度に低い場合があり、・加速度等の走行特性に基づく推計方法であるため、前述した減速時の燃料カットの影響等がでていると考交差点周辺等の加減速度の大きい局地的な地域にお東京都環境科学研究所年報 2004─ 47 ─・東京都実走行パターンに基づくモデルであるため、都内と異なる地域における走行特性をもつ場合（平均車速が高い地域等）には適用性が未知であること
・PMについては、C/Dにおける連続分析計が実用化されていないため、汎用モデル開発が出来なかったこと
トリップセグメントモデルは、事業者自らが管理を簡便にでき、しかも走り方などを反映した排出量を監視することができるツールとして活用が可能である。
今後は、トリップセグメントモデルとGPSを用いた運行管理システムとの一体化や、乗用車を含む多様な車種へのトリップセグメントモデルの応用実証について検討を進める予定である。さらに、本モデルを用いた環境負荷の低減に係わる行政施策への支援・活用策についても検討を行っていく予定である。

本研究は、環境省平成13〜15年度環境技術開発等推進費（実用化研究課題）「車載型機器による実走行時自動車排ガス計測・管理システムの実証」（研究課
題代表者：独立行政法人国立環境研究所森口祐一）において実施したものである。

引用文献１）(財)計量計画研究所（平成13年度東京都環境局委託）、東京都内自動車走行量及び自動車排出ガス量算出調査報告書（2001）
２）芳住邦雄・井上浩一・阿部幸・渡辺武春・飯田靖
雄・鈴木正次・梅原秀夫・石黒辰吉・中村健・田中豊・小林義胤・池田健二：東京都内走行パターンの解析（自動車排出ガスに関する調査研究、東京都公害研究所、東京）、pp.1-27.（1977）
３）矢島岳幸・古屋秀樹：車両挙動を考慮した自動車排出ガス総量の算出手法に関する研究、第27回土木学会関東支部技術研究発表会講演要旨集第４部
門、pp.662-663.（2001）４）林誠司・平井洋：JCAPⅡ排出量推計モデルの開図５ 汎用モデルの実証結果（東京、つくば、川崎における実走行調査）

発、自動車研究、25、495-498.（2003）
５）平島浩一郎・古屋秀樹・川嶋弘尚：道路勾配を考いて精度の高い推計が可能であること(2)

慮した自動車排出ガス量算出手法と車両巡回計画問

課題

題、土木計画学研究・講演集、No.24(2)、221-・車載型計測機器を搭載した車両による実走行データに基づき、多数の車両による検証を行う必要がある。

224.（2001）
６）古屋秀樹・金山直司・岡本直久・石田東生：交差

東京都環境科学研究所年報 2004─ 48 ─点における排出ガス量推計のための車両挙動特性分
析、土木計画学研究・論文集、No.19 (1)、831838.（2002）
７）金山直司・古屋秀樹・岡本直久・石田東生：交差点における自動車排出ガス量推計手法の開発、土木
計 画 学 研 究 ・ 講 演 集 、 No.24 (2)、 225-228.
（2001）
８）ONEYAMA, H., T. OGUCHI and M. KUWAHARA：Estimation Model of Vehicle Emission
Considering Variation of Running Speed,
Journal of the Eastern Asia Society forTransportation Studies.Vol.4、No.5、105-118.
（2001）
９）鹿島茂・横田久司・国領和夫：自動車の走行モードを明示的に考慮した排出量推計モデルの開発−

トリップセグメントモデルの提案−（大気環境学会誌投稿中）.
10）横田久司・中村健・福岡三郎・舟島正直：車載計測システムによるディーゼル・トラックからのNOx排出特性の把握（幹線道路走行時）、大気汚染
学会誌、24（4）、276-286.（1989）
11）横田久司・福岡三郎・竹永裕二・坂西丕昌：平成元年規制適合大型ディーゼル車の汚染物質排出実態について、東京都環境科学研究所年報1995、
168-175.（1995）
12）横田久司、鹿島茂、国領和夫、田原茂樹：走行動態記録に基づく自動車からの環境負荷量推計モデ
ルの開発（トリップセグメントモデルの汎用化）、（大気環境学会誌投稿中）.
13）「車載型機器による実走行時自動車排ガス計測・管理システムの実証」（環境省平成13〜15年度環境技術開発等推進費（実用化研究課題）研究課題代表
者：独立行政法人国立環境研究所森口祐一）（2001〜2003）.
14）川崎市：自動車交通対策検討調査報告書（平成14年３月）.（2002）

東京都環境科学研究所年報 2004