Agnieszka Merkisz-Guranowska, Maciej Andrzejewski, Hanna Stawecka
Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” w Poznaniu
PRZYDATNOŚĆ TELEMATYKI TRANSPORTOWEJ
W OCENIE ENERGOCHŁONNOŚCI
RUCHU POJAZDÓW
Rękopis dostarczono: listopad 2015
Streszczenie: W referacie, na podstawie literatury, dokonano analizy możliwości zastosowania
nowoczesnych systemów telematyki transportu do oceny aspektów ekonomicznych i ekologicznych eksploatacji pojazdów lekkich i ciężkich, napędzanych silnikami o zapłonie iskrowym i samoczynnym. Skupiono się przede wszystkim na kwestii energochłonności ruchu tego rodzaju pojazdów wykorzystywanych w przewozach drogowych.
Słowa kluczowe: system telematyczny, pojazd silnikowy, zużycie paliwa
1. WPROWADZENIE
Energochłonność ruchu pojazdów silnikowych określana jest między innymi podczas prowadzenia badań homologacyjnych, dopuszczających pojazdy do eksploatacji na drogach. Badania pojazdów lekkich, w tym użytkowych, wykonuje się na tzw. hamowniach podwoziowych. Rolkowe stanowiska dynamometryczne – hamownie podwoziowe stosowane podczas certyfikacji pojazdów są przeznaczone do dokładnej symulacji ściśle określonych warunków ruchu pojazdu: przy pomiarze toksyczności spalin oraz w czasie badania zużycia paliwa przez pojazd. Zasadą działania hamowni podwoziowej jest przeniesienie sił oporów działających na pojazd poruszający się po drodze, na układ, w którym pojazd jest nieruchomy, a koła osi napędzającej poruszają się po obracających się rolkach [9]. W Europie dla pojazdów lekkich obowiązuje obecnie test jezdny NEDC (New European Driving Cycle) [2]. Test ten z założenia oddaje typowe warunki ruchu w Europie i składa się z dwóch części. Część pierwsza – UDC (Urban
Driving Cycle) reprezentuje warunki jazdy samochodu w ruchu miejskim. Druga część
natomiast, oznaczona jako EUDC (Extra Urban Driving Cycle), jest wykonywana bezpośrednio po części pierwszej i uwzględnia bardziej dynamiczny sposób jazdy z większą prędkością.
Pomiary emisyjności spalin i zużycia paliwa przez pojazdy ciężkie, w ramach badań homologacyjnych, przeprowadza się natomiast w warunkach laboratoryjnych na tzw. hamowniach silnikowych. W przypadku najnowszej europejskiej normy emisji spalin Euro VI wykonywane są dwa testy badawcze [3]: tzw. test statyczny WHSC (World
Harmonized Steady-state Cycle; w ustalonych warunkach pracy silnika) oraz tzw. test
dynamiczny WHTC (World Harmonized Transient Cycle; w nieustalonych warunkach pracy silnika). Cykle pracy WHSC i WHTC stosowane w testach statycznym i dynamicznym należą do rodzaju tzw. cykli znormalizowanych. Oznacza to, że zarówno moment obrotowy, jak i prędkość obrotowa wału korbowego badanego silnika są obliczane na podstawie wartości tych parametrów podanych w przepisach emisyjnych.
Prowadząc badania energochłonności ruchu pojazdów, a także toksyczności spalin, w określonych warunkach laboratoryjnych nie da się nigdy w pełni odzwierciedlić warunków panujących w trakcie ich rzeczywistej eksploatacji. W związku z tym do oceny ekonomiki i ekologii użytkowania najbardziej wskazane są badania drogowe pojazdów (RDE – Real Driving Emissions). Testy wykonuje się np. na odcinkach o długości od kilku do kilkudziesięciu kilometrów w różnych warunkach drogowych – m.in. przy różnym natężeniu ruchu (ruch miejski, pozamiejski – drogi krajowe i autostradowy). Dzięki takim badaniom zyskuje się bardzo wiarygodne dane, niemożliwe do uzyskania w warunkach stacjonarnych. Do badań drogowych pojazdów wykorzystuje się specjalną mobilną aparaturę naukowo-badawczą typu PEMS (Portable Emissions Measurement System). Jest ona przeznaczona do określania emisji substancji szkodliwych z pojazdów w warunkach ich rzeczywistej eksploatacji oraz umożliwia pomiar zużycia paliwa. Nieodzownym elementem opisywanej aparatury jest przepływomierz spalin mierzący ich wydatek dla zmiennych warunków pracy silnika (pomiar masowego natężenia wypływu gazów wylotowych). Aparatura charakteryzuje się ponadto uzyskaniem wartości mierzonych parametrów w sposób natychmiastowy. Pozwala to zatem na szybkie wnioskowanie z prowadzonych badań [10].
Ocenę energochłonności ruchu pojazdów samochodowych można również prowadzić, przy pewnej dokładności, przy wykorzystaniu nowoczesnych narzędzi monitoringu w postaci telematycznych systemów zarządzania flotą pojazdów. Należy nadmienić, że wchodzą one w skład rozwiązań z zakresu inżynierii i organizacji ruchu i są dobrym uzupełnieniem stricte konstrukcyjnych i technologicznych metod na zmniejszenie zużycia paliwa przez pojazdy oraz emisji szkodliwych składników spalin do atmosfery.
Celem niniejszego opracowania było zaprezentowanie, na podstawie analizy literatury oraz własnych doświadczeń naukowo-badawczych, użyteczności telematycznego asystenta stylu jazdy kierowcy w ocenie energochłonności ruchu pojazdów silnikowych.
2. SYSTEMY TELEMATYCZNE STOSOWANE
W TRANSPORCIE DROGOWYM
2.1.
CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA
Wdrożenie nowoczesnych systemów telematycznych, których podstawą działania jest system GPS/GSM, stanowi pewnego rodzaju metodę na poprawę funkcjonowania branży transportowej. Opisywane systemy są rozwiązaniami integrującymi technologie informatyczne i telekomunikacyjne z inżynierią transportu, przy wsparciu kilku innych dziedzin naukowych, w tym np.: ekonomii, inżynierii systemów, sterowania ruchem. Tego rodzaju połączenie służy przede wszystkim zwiększeniu bezpieczeństwa wykonywanych przewozów, ich efektywności i wygody, a także zmniejszeniu negatywnego oddziaływania środków transportu na środowisko naturalne.
Systemy telematyki transportowej, będące zasadniczą składową inteligentnych systemów transportowych (ITS – Intelligent Transportation Systems; rys. 1), mogą znaleźć zastosowanie przede wszystkim 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.
Rys. 1. Geneza inteligentnych systemów transportowych [4]
TELEMATYKA
TELEMATYKA TRANSPORTU
INTELIGENTNE SYSTEMY TRANSPORTOWE
APLIKACJE
Technologie
komunikacyjne
Technologie
informatyczne
Sterowanie i zarządzanie
systemami oraz sieciami
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 (rys. 2). 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.
Rys. 2. Przykładowe stanowisko operatora systemu telematycznego stosowanego w międzynarodowym transporcie drogowym [7]
2.2. WYBRANE TECHNOLOGIE TELEMATYCZNE
STOSOWANE W TRANSPORCIE
Intensywny rozwój branży informatycznej oraz duża dostępność urządzeń wykorzystujących satelitarne systemy nawigacyjne powoduje, że na obecnym rynku motoryzacyjnym pojawiło się wiele nowoczesnych systemów, które wspomagają zarządzanie firmami transportowymi. Pozyskiwane, dzięki zastosowaniu rzeczonych systemów, dane wspierają procesy zarządcze i w wyniku tego podnoszą sprawność działania (optymalizacja tras przejazdów) oraz konkurencyjność (zmniejszenie bezpośrednich kosztów przewozów) tych firm na coraz bardziej zintegrowanym rynku przewozowym. Opisywane systemy pozwalają także zwiększyć bezpieczeństwo pracy kierowców, bezpieczeństwo transportowanego ładunku oraz usprawnić sterowanie flotą środków transportu.
Jak już wspomniano, ekologia i ekonomia są ze sobą ściśle związane w aspekcie sposobu eksploatacji pojazdów. Styl jazdy kierowców zawodowych wywiera bowiem znaczny wpływ zarówno na środowisko, jak również na rentowność prowadzenia działalności gospodarczej w branży transportowej. Dane, na podstawie których można określić styl jazdy kierowcy, mogą pochodzić między innymi z tachografu zamontowanego w pojeździe. Tego typu urządzenie rejestruje dane dotyczące m.in.:
prędkości i czasu jazdy, przebytego odcinka drogi, czasu pracy kierowcy. Gromadzone dane mogą być zapisywane w postaci graficznej na okrągłej tarczy (tachografy analogowe lub elektroniczne), bądź w pamięci urządzenia (tachografy cyfrowe) [8].
Na obecnym rynku transportowym, w ofertach wielu producentów, dostępne są systemy telematyki wyposażone w zaawansowanych technicznie cyfrowych asystentów stylu jazdy. Tego rodzaju urządzenia pozwalają na szybkie wykrycie błędów w technice jazdy i wskazanie kierowcy przyczyn powodujących zwiększone zużycie paliwa przez pojazd. Wśród nich mogą być m.in.: długie lub częste postoje – bezproduktywna praca silnika na biegu jałowym, częste przekraczanie tzw. „zielonego” zakresu prędkości obrotowej wału korbowego silnika, częste przyspieszanie i hamowanie, nadmierna prędkość jazdy, zły dobór przełożeń w skrzyni biegów.
Jednym z opisywanych urządzeń, będących asystentami stylu jazdy, jest CarCube firmy Punch Telematix (rys. 3). Produkt ten łączy telematykę, telemetrię, nawigację i telefonię komórkową. Podczas jazdy określa między innymi następujące parametry: prędkość obrotową wału korbowego silnika, hamowanie i przyspieszanie, zużycie paliwa, oraz sygnalizuje kierowcy na wyświetlaczu i sygnałem dźwiękowym w jaki sposób może on zmniejszyć to zużycie paliwa. Zasadniczo tego typu cyfrowy asystent stylu jazdy ma za zadanie motywować kierowców do korygowania stosowanego przez nich sposobu sterowania silnikiem i pojazdem.
Rys. 3. Asystent stylu jazdy CarCube [5]
2.3. OCENA STYLU JAZDY KIEROWCY
Po zamontowaniu w pojeździe systemu telematycznego wyposażonego w cyfrowego asystenta stylu jazdy kierowcy można dokonywać nie tylko jakościowej, lecz również ilościowej analizy tego stylu. Przykładowo urządzenie TX-ECO firmy Transics dzięki połączeniu z magistralą CAN/FMS analizuje parametry stylu jazdy, rejestrując m.in. ile razy kierowca zmieniał biegi, hamował czy przyspieszał, jak długo jechał bez korzystania z pedału przyspieszenia lub jak długo naciskał na pedał hamulca. Na podstawie tych danych osoby zarządzające daną firmą mogą dokonać oceny i porównania stylu jazdy poszczególnych kierowców pokonujących jednakową trasę (rys. 4) [6].
Podejście jakościowe jest dość ograniczone i subiektywne, aby można na jego podstawie efektywnie określać styl jazdy kierowcy. Trudno jest bowiem porównać, analizując np. liczbę hamowań, jazdę miejską z pokonywaniem trasy autostradą. Z tego też względu firma Transics opracowała system ocen ECO-SCORE, uwzględniający analizę poszczególnych parametrów jazdy w powiązaniu z czasem trwania i częstotliwością ich występowania. W tym aspekcie ocenie podlega również praca silnika na biegu jałowym, kontrolowanie prędkości obrotowej wału korbowego silnika czy też umiejętność przewidywania przez kierowcę sytuacji drogowych. Charakterystyka stylu jazdy przekształcana jest potem na miarodajny system punktacji, który w zrozumiały sposób obrazuje zachowanie każdego kierowcy podczas jazdy. Dzięki takiemu rozwiązaniu pracodawca może szybko zweryfikować styl jazdy swoich kierowców i zaproponować dodatkowe szkolenia tym, których wyniki wymagają poprawy.
Rys. 4. Przykładowe dane pozyskane z systemu telematycznego [7]
3. PODSUMOWANIE
Systemy telematyki transportowej znajdują zastosowanie w wielu obszarach, w tym między innymi w sterowaniu ruchem pojazdów samochodowych na danej trasie oraz w całej sieci transportowej, do informowania o sposobach i warunkach podróży, a także do oceny stosowanego przez kierowcę stylu jazdy (bieżąca kontrola jego pracy). To ostatnie zastosowanie odgrywa szczególną rolę w aspekcie ekologii i ekonomii użytkowania pojazdów transportu masowego. Ponadto ciągła analiza stylu jazdy kierowców, wśród wielu możliwości jakie niesie za sobą stosowanie systemów telematycznych w transporcie drogowym, jest jedną z kluczowych możliwości zmniejszenia kosztów w firmach transportowych. Szczegółowy monitoring sposobu prowadzenia pojazdu pozwala bowiem
m.in. na skuteczne wdrażanie zasad ekonomicznej jazdy. Niekiedy w szkolenia i dokształcanie inwestuje się sporo czasu, energii i pieniędzy, ale efekty tego są marne. Zmiana nawyków i zachowania związanych ze stylem jazdy, szczególnie wśród doświadczonych kierowców, nie jest łatwym zadaniem. Może w tym jednak pomóc niezależne i obiektywne narzędzie szkoleniowe w postaci cyfrowego asystenta stylu jazdy, które uwzględnia indywidualny sposób prowadzenia pojazdów przez poszczególnych kierowców.
Aby osiągnąć długotrwały rezultat w ww. aspektach potrzebne jest zatem narzędzie umożliwiające stały monitoring stylu jazdy, które uświadamia i pokazuje kierowcom podczas codziennej pracy, jaki wpływ na energochłonność ruchu i emisję toksycznych składników spalin ma ich zachowanie na drodze. Przedmiotowemu działaniu służą m.in. systemy telematyczne, które w ocenie zużycia paliwa przez pojazdy są bardzo przydatne. Ich zaletami są głównie prostota badań i mały koszt analiz, jednak do wad należy zaliczyć przede wszystkim mało dokładny pomiar w porównaniu do badań stanowiskowych w laboratoriach bądź też badań w warunkach drogowych.
Bibliografia
1. Andrzejewski M., Telematyka w służbie ekologii, Samochody Specjalne nr 9/2012, s. 94–96. 2. AVL C & I.: Current and Future Exhaust Emissions Legislation. AVL List GmbH. Graz 07.2006. 3. GTR No. 4. 2005. Test procedure for compression-ignition (C.I.) engines and positive-ignition (P.I.)
engines fuelled with natural gas (NG) or liquefied petroleum gas (LPG) with regard to the emission of pollutants (WHDC). ECE/TRAN/2005/124/4, ECE/TRAN/2005/124/4/ Amend.1, ECE/TRAN/2005 /124/4/ Amend.2.
4. Koźlak A.: Inteligentne systemy transportowe jako instrument poprawy efektywności transportu. Logistyka, nr 2/2008.
5. Materiały firmy Punch Telematix: www.punchtelematix.com (dostęp z dnia 13.03.2015). 6. Materiały firmy Transics www.transics.com (dostęp z dnia 14.02.2015).
7. Materiały koncernu Daimler: www.daimler.com, www.mercedes-benz.com (dostęp z dnia 13.03.2015). 8. Mazurek S., Merkisz J., Tachograf cyfrowy, Wydawnictwo Instytutu Transportu Samochodowego,
Warszawa 2006.
9. Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S., Emisja zanieczyszczeń motoryzacyjnych w świetle nowych przepisów Unii Europejskiej, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2012.
10. Walsh M., Global trends in motor vehicle pollution control: a 2011 update. Combustion Engines, No. 2/2011 (145).
THE USEFULNESS OF TRANSPORT TELEMATICS IN THE EVALUATION OF THE VEHICLES' ENERGY CONSUMPTION
Summary: In this paper, based on the literature review, the analysis of the applicability of modern transport
telematics systems to evaluate the economic and ecological aspects of light and heavy duty vehicles use, powered by engines with spark and compression ignition, has been presented. The focus is primarily on the issue of energy consumption by motor vehicles, which are used in road transport.
