RASTU RASKAS AJONEUVOKALUSTO: TURVALLISUUS, YMPÄRISTÖOMINAISUUDET JA UUSI TEKNIIKKA Interaction 6.8.2007 Kimmo Erkkilä & Nils-Olof Nylund
LAAJAT TUTKIMUSHANKKEET Päättynyt tutkimusvaihe 2003-2005 - Raskaan kaluston energiankäytön tehostaminen ajoneuvo- ja käyttöteknisin ratkaisuin HDENERGIA 13 tutkimuksellista alaprojektia, 6 tutkijaosapuolta, 20 rahoittajaa Ajoneuvotekniikka & järjestelmätutkimus Uusi vuodet 2006 2008 kattava hanke Raskas ajoneuvokalusto: Turvallisuus, ympäristövaikutukset ja uusi tekniikka RASTU 9 tutkimuksellista alaprojektia, 7 tutkijaosapuolta, 22 rahoittajaa Uutena elementtinä turvallisuus www.rastu.fi 2
HDENERGIA: MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Yhteistoiminta rahoittajien, tutkimuslaitosten ja liikennöitsijöiden kesken selvää synergiahyötyä jatkuva prosessi energiatehokkuuden parantamiseksi kriittistä massaa: antaa mahdollisuuden myös viestinnälle ja tulosten jalkauttamiselle vahva kytkentä Kuorma- ja pakettiautoliikenteen energiansäästöohjelmaan (ESS) ja sen tavoitteisiin Menetelmät ja metodiikka kaupunkibussit, pitkän matkan bussit ja kuorma-autot laboratoriossa maantiemittaukset (CAN -väylä mittaukset, rullauskokeet, perävaunumittaukset) olennaisten polttoaineenkulutukseen vaikuttavien seikkojen tunnistaminen (paino, ilmanvastus, voimalinja, voiteluaineet, renkaat jne.) riittävä tarkkuus kulutusmittauksiin 3
MITÄ SAATIIN AIKAISEKSI? Säästöpotentiaalien kvantifiointi, esim.: ajoneuvon paino ja aerodynamiikka jopa 30 % kuljettajan opastus teknisin apuvälinein 5-15 % autojen merkkikohtaiset erot 5 15 % renkaat 5-15 % yhdistelmän ilmanohjaimen vaikutus 4 8 % perävaunun tyyppi 3 5 % voiteluaineet 1 2 % Innovaatioplatformi hybridibussi, etenee Kabus Oy:n yrityshankkeena ajo-opastin kuorman tunnistus liukkauden tunnistus 4
www.rastu.fi 5
RASTUN ALAPROJEKTIT 1. Euro 4/5 ajoneuvojen suorituskyky (VTT) 2. Euro 4/5 ajoneuvojen poltto- ja voiteluaineet (VTT) 3. Ajoneuvotekninen kehitystyö (TKK, VTT) 4. Ajoneuvojen IT-sovellukset (VTT, OY) 5. Linja-autojen liikennöinnin optimointi (VTT) 6. Kuorma-autoalan energiatehokkuuden hallinta ja kannustinjärjestelmät (TTY) 7. Energiansäästötoimenpiteiden tehokkuuden arviointi (VTT, TTY) 8. Menetelmäkehitys (VTT) 9. Pakokaasututkimus (VTT) 10.Koordinaatio ja viestintä (TEC, Motiva, VTT) 6
MUUTAMIA ESIMERKKITULOKSIA Euro 4/5 autot Rengasmittaukset Ajo-opastinlaite 7
EURO 4/5 AUTOT - ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUKSET Todellisen ajotapahtuman jäljittelemiseksi dynamometrilla tarvitaan käyttötarkoitusta kuvaava ajoprofiili Muodostettu todellista ajoa kuvaavia testisyklejä (HDEnergia) kaupunkilinja-autoille Helsingin keskustassa ja väylillä kuorma-autoille jakeluajossa raskaille ajoneuvoyhdistelmille moottoritie- ja maantieajossa pikavuorolinja-autoille moottoritie- ja maantieajossa Tien kaltevuusmuutokset mukana ajo-ohjelmissa, pois lukien kaupunkibussisykleissä 8
EURO 4/5 AUTOT ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUKSET VTT on jo mitannut yli 80 bussia ja yli 70 kuorma-autoa! Mittaustarkkuus: polttoaineen kulutus +1 % pakokaasupäästöt +15 % 9
350 300 250 EURO 4/5 AUTOT - ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUKSET Freeway cycle, original onroad data, 420 hp / 50 t Engine power Driving 2.00 speed Road gradient 1.50 1.00 Engine power kw Driving speed km/h 200 150 100 50 0-50 -2.50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Time s 0.50 0.00-0.50-1.00-1.50-2.00 Road gradient % 10
EURO 4/5 AUTOT KUORMA-AUTOJEN POLTTOAINEENKULUTUS 45 40 Highway Costs (Fuel 0.74 /litre, Urea 0.55 /litre) on highway and freeway cycles. Full trailers (max. 60t) Freeway Euro 3 average Scania R 470 Euro4 MAN TGA 26.430 Euro4 Iveco Stralis 420 Euro4 Volvo FH 480 Euro4 MB Actros 1844 Euro4 Costs /100 km 35 30 25 20 15 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 0-Load 1/2-Load 2/2-Load 11
EURO 4/5 AUTOT KUORMA-AUTOJEN PÄÄSTÖT NOx-emission (g/kwh at driven wheel) 12 10 8 6 4 2 Full trailers (max. 60t) PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles Euro3 Average Scania R 470 Euro4 MAN TGA 26.430 Euro4 Iveco Stralis 420 Euro4 Volvo FH480 Euro4 MB Actros 1844 Euro4 Freeway Highway 0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 PM-emission (g/kwh at driven wheel) 12
EURO 4/5 AUTOT KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle 20 15 Diesel Euro 1 Diesel Euro 2 Diesel Euro 3 Diesel Euro 4 Diesel Euro 5 Diesel + CRT Euro 2 & 3 CNG Euro2 CNG Euro3 CNG EEV Euro limits (by factor 1.8) Euro 3 calibration NOx g/km 10 Euro 4 Calibration curve of typical Euro 3 engine 5 Euro 5 / EEV Euro 3 Euro 2 Euro 1 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 PM g/km vain kaksi v. 2006 Euro 4/5 busseista vastasivat todellisilta päästöiltään likimain Euro -luokkaansa 13
EURO 4/5 AUTOT KAUPUNKIBUSSIEN MOOTTORIN KUORMITUS -ESIMERKKI 1000 Braunschweig ETC 800 Torque Nm 600 400 200 0 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 Engine Speed rpm 14
RENGASMITTAUKSET Kesällä 2006 tutkittiin kuorma-auton renkaiden vaikutusta polttoaineen kulutukseen ja rullausvastukseen. Kokeita tehtiin sekä maantiellä että alustadynamometrillä. Koelaitteisto 15
RENGASMITTAUKSET Tutkittavia renkaita oli kolmeen eri tarkoitukseen soveltuvia Vetoakselin renkaat Perävaunun renkaat Etuakselin renkaat Renkaita oli useaa eri merkkiä ja mallia Vetoakselin renkaat: 6 eri mallia Perävaunun renkaat: 5 eri mallia Etuakselin renkaat: 5 eri mallia 16
RENGASMITTAUKSET Perävaunun renkaat 17
RENGASMITTAUKSET Perävaunun renkaat Ero polttoaineen kulutuksessa samantyyppisten renkaiden välillä jopa 3.5 % Suurin ero talvipintaisen ja kesäpintaisen renkaan välillä (jopa 9 %) Polttoaineen kulutus (l/100km) 42 40 38 36 34 32 30 Peräkärryn renkaiden (5 aks.)vaikutus polttoaineen kulutukseen moottoritiesyklissä Nokia NTR-843 Bridgestone R168 Hankook TH10 Noktop 72 Reference level 18
AJO-OPASTINLAITE
Ajoprofiilin vaikutus energiantarpeeseen 50 Teoreettiset energiantarpeet Pysäkkiväli, sama aika ja matka (336m) eri ajotavalla max 35 km/h, ajonopeus max 41 km/h, ajonopeus max 35 km/h, työkertymä max 41 km/h, työkertymä 0.5 Kiihdytys 15 kn / 120 kw Jarrutus 20 kn Kiihdytys 40 25 kn / 150 kw 0.4 +22.40% Ajonopeus km/h 30 20 Jarrutus 35 kn 0.3 0.2 10 0.1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Aika s 0 20
Todellinen Helsingin keskustan ajoprofiili RTE:n validoima 60 Helsinkisykli2 ajan suhteen Pysäkit [kpl/km] 1.7 Muut pysähd. [kpl/km] 1.5 Matkanopeus [km/h] 19.5 50 Nopeus [km/h] 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Aika [s] = pysäkki? = Muu pysähdys 21
1. Prototyyppi 22
1. Prototyyppi vko 38 ja vko 41 testit Ajonopeus km/h 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 West-Itä1 to 9:20, Hemmo Ylinopeudet leikkaantuvat tehokkaasti Ajonopeus to Ajonopeus to a-o Rajoitukset Opastusnopeus 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 Työ to 30000 Ajomatka m Työ to a-o 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Työmäärä 23
Ajo-opastin prototyypin testitulokset Opastinlaitteen logiikka toimi suunnitellusti edellä ollessa lasketaan tavoitenopeutta ja jäljessä ollessa ajetaan maksimissaan nopeusrajoituksien mukaan onnistuttiin vaikuttamaan kuljettajan ajamiseen halutulla tavalla Opastin parantaa palvelun laatutasoa opastin pitää huolen aikataulussa pysymisestä erityisesti edellä aikataulusta ajaminen rajoittuu tehokkaasti Kuljettajan viihtyvyys paranee opastin poistaa kuljettajalta vastuun aikataulussa pysymisestä, ts. ei jatkuvaa tarvetta arvioida aikataulun toteutumista ei houkutetta (~velvoitetta) ylinopeuden ajamiselle Numeroina pienestä otoksesta (yksi kuljettaja, kolme vertailukelpoista ajoa) polttoaineenkulutus laski keskimäärin 5 % yli 5km/h ylinopeudet laskivat 80% yli 10 km/h ylinopeudet laskivat 90% 24
Ajo-opastin status 06/07 Laitteet asennettu Concordian (5kpl) ja Pohjolan Liikenteen (5kpl) busseihin Koiviston Auton (5kpl) asennukset vaiheessa Tiedonkeruut käynnissä, dataa käytetään mm. Linja-autojen liikennöinnin optimointi (alatehtävä 5.) tarpeisiin Kehitetty automaattisia opastimen logiikkaa hyödyntäviä kuljettajan ajotavan indeksointimenetelmiä ohjelmointi päätelaitteeseen valmis Varsinainen opastus tavoitteissa saada käyntiin linjoilla 58 ja 550 kesäkuun aikana Käytännön vaikutuksia analysoidaan heti opastuksen käynnistyttyä 25
Kiitos mielenkiinnosta! 26