Sposób eksploatacji pojazdu

Wytwórcy pojazdów silnikowych na całym świecie stale doskonalą różne sposoby ograniczania uciążliwości eksploatacyjnej swoich produktów w aspekcie oddziaływania na środowisko naturalne. Sposoby te dotyczą m.in. poprawy procesu spalania paliwa w silniku – zwiększenie sprawności konwersji energii – oraz rozwijania zaawansowanych technik oczyszczania spalin. Nie tylko doskonałe jednostki napędowe pod kątem ekologicznym są w stanie zmniejszyć negatywne oddziaływanie pojazdów samochodowych na środowisko naturalne. Ważny w tym względzie jest także sam sposób ich późniejszej eksploatacji.

Przykładem „eksploatacyjnych” sposobów na zmniejszenie zużycia paliwa przez pojazdy oraz emisji spalin, będących dobrym uzupełnieniem dla tych stricte konstrukcyjnych i technologicznych, są metody z zakresu inżynierii i organizacji ruchu.

Zaliczyć do nich można choćby: zastosowanie nowoczesnych narzędzi kontrolingowych w postaci telematycznych systemów zarządzania flotą pojazdów oraz implementację inteligentnych systemów transportowych (ITS – Intelligent Transportation Systems).

Wdrożenie nowoczesnych systemów telematycznych (rys. 2.27), których podstawą działania jest system GPS/GSM, stanowi pewnego rodzaju remedium na poprawę funkcjonowania transportu. Systemy te są rozwiązaniami integrującymi technologie informatyczne i telekomunikacyjne z inżynierią transportu, przy wsparciu takich dziedzin naukowych jak ekonomia, inżynieria systemów procesowych, sterowanie ruchem, itp. To połączenie służy m.in. zwiększeniu bezpieczeństwa transportu, zwiększeniu jego efektywności i wygody oraz zmniejszeniu jego negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne.

Rys. 2.27. Przykładowe elementy składowe systemu telematycznego stosowanego w transporcie [88]

Systemy telematyki transportowej mogą być zastosowane m.in. w następujących obszarach [1]:

‒ sterowanie ruchem pojazdów na trasie; automatyczne systemy telematyki służą tu przede wszystkim zwiększeniu bezpieczeństwa i płynności ruchu oraz zmniejszeniu obciążeń środowiska,

‒ sterowanie ruchem pojazdów w sieci; jest to zadanie operatora systemu transportowego,

‒ informacje o sposobach i warunkach podróży, które powinny być dostępne zarówno przed rozpoczęciem podróży, jak i podczas jej trwania,

‒ ocena stylu jazdy kierowcy; monitoring sposobu prowadzenia pojazdu pozwala np. na skuteczne wdrażanie zasad ekonomicznej jazdy.

Wśród wielu możliwości jakie niesie za sobą stosowanie systemów telematycznych w transporcie osób i ładunków, w aspekcie ekologii szczególną rolę odgrywają te związane z bieżącą kontrolą pracy kierowcy, zwłaszcza stosowanego przez niego stylu jazdy. Z uwagi na wysokie ceny rynkowe paliw, styl jazdy kierowców stał się także jednym z kluczowych elementów możliwości redukcji kosztów w firmach transportowych. Ekologia i ekonomia są ze sobą zatem nierozerwalnie związane.

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele systemów telematyki, wyposażonych w cyfrowego asystenta stylu jazdy. Umożliwia on natychmiastowe wykrycie błędów w technice jazdy i wskazanie kierowcy przyczyn powodujących zwiększone zużycie paliwa. Mogą to być np.: nadmierna prędkość jazdy, częste przyspieszanie i hamowanie, zły dobór przełożeń w skrzyni biegów, nagminne przekraczanie

„zielonego” zakresu prędkości obrotowej silnika, długie lub częste postoje – praca silnika na biegu jałowym.

Przykładowym urządzeniem, będącym asystentem stylu jazdy, jest CarCube firmy Punch Telematix. Łączy ono telematykę, telemetrię, nawigację i telefonię komórkową.

Podczas jazdy mierzy takie parametry, jak zużycie paliwa, prędkość obrotowa silnika, hamowanie i przyspieszanie, oraz sygnalizuje kierowcy na wyświetlaczu i sygnałem dźwiękowym, w jaki sposób może on zmniejszyć zużycie paliwa (rys. 2.28). Tego rodzaju cyfrowy asystent stylu jazdy ma za zadanie motywować kierowców do korygowania, stosowanego przez nich stylu jazdy.

Dane, na podstawie których można określić styl jazdy kierowcy mogą pochodzić również z samego tachografu zamontowanego w pojeździe, wykonującym pracę przewozową. Tego rodzaju urządzenie rejestruje dane dotyczące prędkości pojazdu, przebytego odcinka drogi, czasu jazdy i pracy kierowcy, a także prędkości obrotowej silnika (opcjonalnie). Dane pomiarowe mogą być zapisywane w postaci graficznej na okrągłej tarczy (tachografy analogowe lub elektroniczne), bądź w pamięci urządzenia (tachografy cyfrowe) – istnieje wtedy możliwość wydrukowania potrzebnych danych [39].

Rys. 2.28. Asystent stylu jazdy firmy Punch Telematix – CarCube [33]

Inteligentne systemy transportowe – połączenie technologii informacyjnych i komunikacyjnych z infrastrukturą transportową i pojazdami – są kolejnym przykładem na to, jak można pozytywnie wpływać na sposób eksploatacji pojazdów, a tym samym uzyskiwać korzyści ekologiczne i ekonomiczne (większa efektywność; rys. 2.29).

Ponadto zwiększają one bezpieczeństwo transportu, gdyż dostarczają wiele narzędzi do zarządzania nim, począwszy od zaawansowanych systemów sterowania ruchem z wykorzystaniem sygnalizacji świetlnej do systemów ostrzegania o wypadku.

Inteligentne systemy transportowe wpływają zatem na poprawę warunków podróżowania, i to w zakresie multimodalnym – zajmując się prywatnymi i publicznymi środkami transportu drogowego, morskiego oraz lotniczego. Od wielu lat są wdrażane w Ameryce Północnej, Japonii oraz w zachodniej i północnej części Europy [18].

Działanie współczesnych inteligentnych systemów transportowych jest realizowane w trzech płaszczyznach. Pierwszą z nich jest infrastruktura, w której zainstalowane elementy systemów ITS pozwalają na realizację wielu usług opisanych normą ISO 14813. Do elementów tych należą m.in.: tablice informacyjne, synoptyczne i znaki zmiennej treści, bramki poboru opłat, punkty automatycznej weryfikacji typu i klasy pojazdów, radiolatarnie. Wymienione elementy najczęściej wchodzą w interakcję z urządzeniami zainstalowanymi w pojazdach, a te stanowią drugą płaszczyznę inteligentnych systemów transportowych.

Podstawowe urządzenia instalowane na pokładzie pojazdu to: systemy nawigacyjne, systemy nadzoru pojazdu oraz jego ładunku. Aby zapewnić właściwą interakcję z urządzeniami zainstalowanymi w infrastrukturze drogowej, pojazdy wyposaża się w liczne czujniki. Przekazywanie informacji o pojeździe odbywa się dzięki zastosowaniu modemów i nadajników teletransmisyjnych funkcjonujących najczęściej w paśmie 900 MHz i 2,4 GHz [61].

Ostatnią płaszczyznę inteligentnych systemów transportowych stanowią aplikacje i ośrodki zarządzające. Ich zadaniem jest przetwarzanie informacji, które są zbierane z dwóch wcześniej opisanych płaszczyzn, i na podstawie tych informacji oddziaływanie

na kształtowanie potoku ruchu przez sterowanie elementami infrastruktury lub urządzeniami pokładowymi pojazdów.

Jednym z najważniejszych zastosowań systemów ITS jest budowa zaawansowanych systemów zarządzania ruchem drogowym (ATMS – Advanced Traffic Management System). ATMS jest to zbiór technologii inteligentnych systemów transportowych, zaimplementowanych w jednym systemie, które umożliwiają monitorowanie i zarządzanie ruchem drogowym. Celem budowy tego rodzaju systemu jest zwiększenie efektywności układu drogowego (głównie przepustowości w wybranych przekrojach dróg).

Rozwiązania inteligentnych systemów transportowych można kształtować zgodnie z potrzebami. Przykładowo jedni zarządcy dróg skupiają się na usprawnieniu ruchu komunikacji publicznej, inni – na poprawie informacji o sytuacji drogowej lub ochronie infrastruktury drogowej przed ruchem ciężkim i pojazdami przeładowanymi.

TELEMATYKA

Rys. 2.29. Geneza inteligentnych systemów transportowych [20]

Zastosowanie systemów wykorzystujących metody i środki ITS przyczynia się między innymi do [61, 64]:

‒ zmniejszenia nakładów na infrastrukturę transportową, z uzyskaniem tych samych efektów poprawy sprawności systemu, jak w przypadku budowy nowych odcinków dróg (o 3035 %),

‒ zmniejszenia czasów podróży i zużycia energii (o 45–70 %),

‒ zmniejszenia emisji CO₂ (m.in. z powodu zmniejszenia liczby zatrzymań pojazdów i poprawy płynności ruchu),

‒ redukcji kosztów zarządzania taborem drogowym,

‒ redukcji kosztów związanych z utrzymaniem i renowacją nawierzchni,

‒ poprawy bezpieczeństwa ruchu drogowego (zmniejszenie liczby wypadków o 40–80 %),

‒ poprawy komfortu podróżowania i warunków ruchu kierowców oraz pieszych,

‒ zwiększenia korzyści ekonomicznych w regionie (poprawa koniunktury gospodarczej),

‒ zwiększenia przepustowości elementów sieci transportowych bez nowych odcinków dróg (o 20–25 %).

Jednym z elementów, przynoszących największe korzyści, inteligentnego systemu transportowego jest BRT (Bus Rapid Transit). Skrót ten oznacza system szybkiej komunikacji autobusowej, będący dobrym sposobem na polepszenie warunków jazdy autobusów miejskich na zatłoczonych ulicach miast (rys. 2.30). Dzięki wykorzystywaniu autobusów przegubowych i dwuprzegubowych zapewnia przewiezienie zwiększonej liczby pasażerów. Autobus przegubowy lub dwuprzegubowy (rys. 2.31) zastępuje 100 samochodów osobowych i zajmuje tylko 5 % ich powierzchni, a to daje miastu więcej przestrzeni na różne inwestycje (np. parki, szkoły) [38].

BRT to kompletny system, w skład którego (oprócz autobusów) wchodzą oddzielne pasy ruchu dla autobusów, kontrola natężenia ruchu oraz system informacji dla pasażerów. W porównaniu z metrem lub kolejką naziemną, system BRT wymaga mniejszych nakładów finansowych, przy krótszym czasie jego wprowadzenia.

Zapewnia on wiele korzyści: dla podróżnych oznacza przede wszystkim szybszy przejazd dzięki wydzielonym pasom ruchu i pierwszeństwu przejazdu na skrzyżowaniach.

Obecnie na świecie około 50 miast zastosowało (w różnym stopniu) systemy BRT, a około 100 miast planuje wkrótce ich zastosowanie. Firmą, która intensywnie promuje tego rodzaju systemy na świecie jest Volvo Buses. Pomogła ona przy rozwoju pierwszego systemu szybkiej komunikacji autobusowej w Kurytybie (Brazylia) już w roku 1975. Obecnie systemy BRT wprowadzone są w takich miastach, jak: Bogota (Kolumbia), Mexico City (Meksyk), Göteborg (Szwecja) i Santiago (Chile). Średni czas uruchomienia systemu szybkiej komunikacji autobusowej to 1218 miesięcy. Dzięki systemowi BRT w Bogocie udało się zmniejszyć zużycie paliwa przez komunikację miejską o 47 %. Zmniejszyła się również emisja tlenków azotu (o 65 %) oraz o 75 % emisja cząstek stałych [38].

Rys. 2.30. System szybkiej komunikacji autobusowej BRT [94]

Rys. 2.31. Autobusy dwuprzegubowe stosowane w systemie BRT [38]

Współczesne tendencje usprawniania ruchu pojazdów w miastach skłaniają się również w kierunku sztucznego generowania potoków ruchu i pełnej kontroli nad nimi (tzw. inteligentna sygnalizacja świetlna). Jednym ze skutecznych sposobów jest agregacja ruchu przez zsynchronizowanie ze sobą systemu sygnalizacji świetlnej na wybranym ciągu ulic – tzw. zielona fala. Można wówczas założyć pewne uprzywilejowanie wybranego kierunku ruchu, zapewniając mu priorytet w zakresie długości trwania przejazdu w ciągu ulic ze skrzyżowaniami z sygnalizacją świetlną.

Ruch poprzeczny na ciągu skrzyżowań jest wówczas przyporządkowany wybranemu kierunkowi ruchu. Proces agregacji ruchu może mieć charakter stały lub zmienny (na przykład w obu kierunkach), zarówno w okresie całej doby, jak i wybranych pór doby.

Innym rozwiązaniem wpływającym na usprawnienie, pod kątem zużycia paliwa i emisji spalin, eksploatacji pojazdów silnikowych w miastach jest stosowanie zasad eco-drivingu (rys. 2.33). Pojęcie tzw. eko-jazdy pojawiło się i funkcjonuje w środowisku motoryzacyjnym stosunkowo niedawno. Jak twierdzą twórcy tego stylu jazdy stosowanie w praktyce przez kierowców pewnych reguł (zasad) powinno skutkować najmniejszym zużyciem paliwa, a jednocześnie w najmniejszym stopniu wpływać na zanieczyszczenie środowiska.

Szkolenia z ekonomicznej i ekologicznej jazdy odbywają się na specjalnych kursach. Przykładowo Poznań jako pierwsze miasto w Polsce, przeprowadził kursy szkoleniowe w zakresie eco-drivingu dla swoich mieszkańców (2009 i 2010 rok; rys.

2.32). Szkoleniom poddawani są także kierowcy pracujący w tamtejszym miejskim przedsiębiorstwie komunikacyjnym (MPK Poznań Sp. z o.o.) [95]. W niektórych krajach nauka ekologicznego stylu jazdy stała się elementem szkolenia kandydatów na kierowców, a jej znajomość jest sprawdzana podczas egzaminu na prawo jazdy.

Szeroka dostępność informacji na temat takiej techniki jazdy pozwala każdemu kierowcy – we własnym zakresie – sprawdzić efekty eco-drivingu. O tym, jak ważny jest sposób prowadzenia pojazdu przez kierowcę świadczą przykładowe wyniki badań stanowiskowych (według testu NEDC), przeprowadzone w Instytucie Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL w Bielsku-Białej [6].

Rys. 2.32. Materiały reklamowe dotyczące szkolenia mieszkańców Poznania w zakresie eco-drivingu [90]

Jedną z istotniejszych rzeczy, na którą zwracają uwagę instruktorzy eko-jazdy jest sposób rozpędzania pojazdu. Okres rozpędzania pojazdu, a ściślej jego dynamika, odpowiada w głównej mierze za wielkość zużycia paliwa oraz ilość wyemitowanych związków szkodliwych [7, 9, 13, 21]. Główne zasady eco-drivingu opierają się na płynnej jeździe, ograniczaniu niepotrzebnych przyspieszeń i hamowań. Należy jeździć na możliwie najwyższym biegu, przy możliwie najniższej prędkości obrotowej silnika.

Ważne jest także stosowanie hamowania silnikiem przez redukcję biegów – np.

w trakcie dojazdu do sygnalizatora świetlnego – w miejsce jazdy wybiegiem (bieg luzem i jałowy silnika).

Rys. 2.33. Główne zagadnienia powiązane z pojęciem eco-drivingu [75–77]

Wskazania odnośnie do jazdy ekologicznej przedstawiane są szczegółowiej w następujący sposób [87, 92, 97]:

‒ jazda na najwyższym możliwym biegu, na najniższej możliwej prędkości obrotowej,

‒ przyspieszanie, jeśli warunki drogowe na to pozwalają, dynamiczne,

‒ unikanie zbędnego obciążenia pojazdu,

‒ nie stosowanie jazdy wybiegiem; jeśli planowane jest zatrzymanie lub spowolnienie ruchu – jazda na biegu, bez naciskania pedału przyspieszenia (jeśli będą na to warunki – redukcja biegów),

‒ uruchamianie silnika bez naciskania pedału przyspieszenia,

‒ ruszanie od razu, nie rozgrzewanie silnika na postoju (uruchomienie i pozostawienie do czasu osiągnięcia warunków spełniających wymagany stan cieplny) – zmniejszenie udziału tzw. zimnego rozruchu silnika,

‒ wyłączanie zbędnych odbiorników prądu,

‒ racjonalne i rozsądne używanie klimatyzacji,

‒ bycie przewidującym – unikanie zbędnych przyspieszeń i hamowań,

‒ wyłączanie silnika, jeśli przewidywane zatrzymanie pojazdu potrwa dłużej niż 30 s,

‒ ograniczanie oporów toczenia i aerodynamicznych, dbanie o właściwe ciśnienie w oponach (rys. 2.34) i stan techniczny samochodu,

‒ planowanie podróży; wybieranie nawet trasy dłuższej, za to gwarantującej płynną jazdę [54].

Rys. 2.34. Samochody o prawidłowej wartości ciśnienia powietrza w oponach (dane z roku 2010) [96]

Założenia eco-drivingu po raz pierwszy sformułowano w Szwajcarii i Finlandii w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych XX wieku. Kolejnymi krajami, w których dość szybko znalazł zwolenników, były: Niemcy, Holandia, Szwecja i Norwegia [79].

Popularność stosowania zasad tego sposobu jazdy wśród kierowców stale się zwiększa.

Wzorem wielu krajów europejskich, także i w Polsce obserwuje się ostatnimi czasy wzrost zainteresowania wskazówkami i wytycznymi, mającymi na celu m.in.

zmniejszenie zużycia paliwa przez pojazdy. W badaniach ankietowych w 2007 roku

12 % pytanych osób zadeklarowało, że jest przekonana o tym, iż eko-jazda może zmniejszyć zużycie paliwa [2]. W listopadzie 2012 r. uważało tak już 26 % ankietowanych. Ten 14-procentowy wzrost świadczy o tym, że świadomość o eco-drivingu wciąż jest kwestią otwartą (rys. 2.35). Gorzej natomiast wygląda stosowanie go w praktycznej jeździe.

Znajomość zasad eco-drivingu wśród polskich kierowców

Dostęp do wyników badań ankietowych

Określenie tendencji w stylu jazdy kierowców

Rys. 2.35. Metodyka postępowania w celu określenia tendencji w sposobie prowadzenia pojazdów przez polskich kierowców

Z chwilą pojawienia się specjalistycznej, mobilnej aparatury naukowo-badawczej, skonstruowanej tak, aby móc prowadzić badania drogowe pojazdów, możliwa stała się weryfikacja korzyści wynikających ze stosowania zasad eco-drivingu poza laboratorium – pomiary stanowiskowe. Badania pojazdów samochodowych pod kątem ekologii eksploatacji mają znaczenie zwłaszcza w przypadku badań toksyczności spalin w dynamicznych i nieustalonych warunkach pracy silnika. Mimo, iż podjęto się odzwierciedlenia tych warunków w dynamicznych testach badawczych (np. ETC – European Transient Cycle, WHTC – World Harmonized Transient Cycle), nie oddają one jednak w pełni rzeczywistych warunków eksploatacji pojazdów różnych kategorii homologacyjnych [65, 85, 86]. Dlatego też w ciągu ostatnich kilku lat największy potencjał badawczy w środowisku motoryzacyjnym skoncentrowano właśnie na badaniach drogowych pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu [81–83].