RASTU – RASKAS AJONEUVOKALUSTO: TURVALLISUUS, YMPÄRISTÖOMINAISUUDET JA UUSI TEKNIIKKA

Interaction6.8.2007

Kimmo Erkkilä & Nils-Olof Nylund

2

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

3

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, perävaunu-

mittaukset)• olennaisten polttoaineenkulutukseen vaikuttavien seikkojen tunnistaminen

(paino, ilmanvastus, voimalinja, voiteluaineet, renkaat jne.)• riittävä tarkkuus kulutusmittauksiin

4

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

5

www.rastu.fi

6

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)

7

MUUTAMIA ESIMERKKITULOKSIA

• Euro 4/5 –autot

• Rengasmittaukset

• Ajo-opastinlaite

8

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

9

VTT on jo mitannutyli 80 bussia ja yli 70 kuorma-autoa!

Mittaustarkkuus:•polttoaineen kulutus +1 %•pakokaasupäästöt +15 %

EURO 4/5 AUTOT -ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUKSET

10

Freeway cycle, original onroad data , 420 hp / 50 t

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Time s

Engi

ne p

ower

kW

Dri

ving

spe

ed k

m/h

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

Roa

d gr

adie

nt %

Engine powerDriving speedRoad gradient

EURO 4/5 AUTOT -ALUSTADYNAMOMETRIMITTAUKSET

11

Costs (Fuel 0.74 €/litre, Urea 0.55 €/litre)on highway and freeway cycles. Full trailers (max. 60t)

15

20

25

30

35

40

45

Cos

ts €

/100

km

Euro 3 averageScania R 470 Euro4MAN TGA 26.430 Euro4Iveco Stralis 420 Euro4Volvo FH 480 Euro4MB Actros 1844 Euro4

Highway Freeway

0-Load 1/2-Load 2/2-Load 0-Load 1/2-Load 2/2-Load

EURO 4/5 AUTOT – KUORMA-AUTOJEN POLTTOAINEENKULUTUS

12

Full trailers (max. 60t)PM- and NOx-emissions on highway and motorway cycles

0

2

4

6

8

10

12

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)

NO

x-em

issi

on (g

/kW

h at

driv

en w

heel

)

Euro3 AverageScania R 470 Euro4MAN TGA 26.430 Euro4Iveco Stralis 420 Euro4Volvo FH480 Euro4MB Actros 1844 Euro4FreewayHighway

EURO 4/5 AUTOT – KUORMA-AUTOJEN PÄÄSTÖT

13

NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle

0

5

10

15

20

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

PM g/km

NO

x g/

km

Diesel Euro 1Diesel Euro 2Diesel Euro 3Diesel Euro 4Diesel Euro 5Diesel + CRT Euro 2 & 3CNG Euro2CNG Euro3CNG EEVEuro limits (by factor 1.8)Euro 3 calibration

Euro 1Euro 2Euro 3

Euro 4

Euro 5 / EEV

Calibration curve of typical Euro 3 engine

vain kaksi v. 2006 Euro 4/5 busseista vastasivattodellisilta päästöiltään likimain Euro -luokkaansa

EURO 4/5 AUTOT – KAUPUNKIBUSSIEN PÄÄSTÖT

14

0

200

400

600

800

1000

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Engine Speed rpm

Torq

ue N

m

BraunschweigETC

EURO 4/5 AUTOT – KAUPUNKIBUSSIEN MOOTTORIN KUORMITUS -ESIMERKKI

15

RENGASMITTAUKSET

Kesällä 2006 tutkittiin kuorma-auton renkaiden vaikutusta polttoaineen kulutukseen ja rullausvastukseen. Kokeita tehtiin sekä maantiellä ettäalustadynamometrillä.

Koelaitteisto

16

• 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

RENGASMITTAUKSET

17

• Perävaunun renkaat

RENGASMITTAUKSET

18

• Perävaunun renkaat• Ero polttoaineen

kulutuksessa samantyyppisten renkaiden välillä jopa 3.5 %

• Suurin ero talvipintaisen ja kesäpintaisen renkaan välillä (jopa 9 %)

Peräkärryn renkaiden (5 aks.)vaikutus polttoaineen

kulutukseen moottoritiesyklissä

30

32

34

36

38

40

42

Pol

ttoai

neen

kul

utus

(l/1

00km

)Nokia NTR-843Bridgestone R168Hankook TH10Noktop 72Reference level

RENGASMITTAUKSET

AJO-OPASTINLAITE

20

Teoreettiset energiantarpeetPysäkkiväli, sama aika ja matka (336m) eri ajotavalla

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Aika s

Ajo

nope

us k

m/h

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

max 35 km/h, ajonopeusmax 41 km/h, ajonopeusmax 35 km/h, työkertymämax 41 km/h, työkertymä

Kiihdytys 25 kN / 150 kW

Kiihdytys 15 kN / 120 kW Jarrutus 20 kN

Jarrutus 35 kN

+22.40%

Ajoprofiilin vaikutus energiantarpeeseen

21

Helsinkisykli2 ajan suhteen

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500Aika [s]

Nop

eus

[km

/h]

¦ = pysäkki ? = Muu pysähdys

Pysäkit [kpl/km] 1.7Muut pysähd. [kpl/km] 1.5Matkanopeus [km/h] 19.5

Todellinen Helsingin keskustan ajoprofiiliRTE:n validoima

22

1. Prototyyppi

23

1. Prototyyppi vko 38 ja vko 41 testit

West-Itä1 to 9:20, Hemmo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000Ajomatka m

Ajo

nope

us k

m/h

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Työm

äärä

Ajonopeus to

Ajonopeus to a-o

Rajoitukset

Opastusnopeus

Työ to

Työ to a-o

Ylinopeudet leikkaantuvat tehokkaasti

24

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%

25

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

26

Kiitos mielenkiinnosta!