Maksimering af de miljømæssige fordele ved selvkørende køretøjer

Den ekstra vægt, efterspørgsel efter elektricitet og aerodynamisk modstand fra sensorer og computere, der bruges i autonome køretøjer, er væsentlige bidragydere til deres livslange energiforbrug og drivhusgasemissioner, ifølge en ny undersøgelse.

Imidlertid, når besparelser fra kørselseffektiviteter forbundet med selvkørende køretøjer indregnes i ligningen, nettoresultatet er en reduktion i levetidens energiforbrug og tilhørende drivhusgasemissioner på op til 9 procent sammenlignet med de konventionelle køretøjer, der er undersøgt i en undersøgelse ledet af University of Michigan.

"Denne undersøgelse undersøgte afvejningen mellem de øgede miljøpåvirkninger fra tilføjelse af autonomt køretøjsudstyr med de forventede gevinster i kørselseffektivitet, " sagde undersøgelsens medforfatter Gregory Keoleian, direktør for Center for Bæredygtige Systemer på U-M's Skole for Miljø og Bæredygtighed.

"Vores resultater fremhæver behovet for at fokusere på energieffektivitet, når man designer selvkørende køretøjer, så de fulde miljømæssige fordele ved dette opstår, transformativ teknologi kan realiseres. Vi håber, at dette arbejde bidrager til et mere bæredygtigt mobilitetsøkosystem."

Resultaterne er planlagt til online publicering 15. februar i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi . Forskningen blev støttet af tilskud fra Ford Motor Co.

Undersøgelsen er en detaljeret vurdering af livstidsbidragene fra sensing- og computing-delsystemerne i autonome køretøjer til energiforbrug og tilhørende drivhusgasemissioner. Disse køretøjer, formelt kendt som forbundne og automatiserede køretøjer eller CAV'er, omfatter ofte flere kameraer, sonar, radar, LiDAR, et GPS-navigationssystem, en computer og støttestrukturer.

Forskerne så på to typer CAV'er:dem drevet af forbrændingsmotorer og batteridrevne elektriske køretøjer. De to køretøjstyper blev parret med sensor- og computerundersystemer i tre størrelser (lille, medium og large) for at skabe seks scenarier.

Livscyklusvurderingsmetoden blev derefter brugt til at estimere levetidens energiforbrug og drivhusgasemissioner for hvert scenarie, fra vugge til grav.

Et centralt fund er, at selvkørende køretøjer med elektriske drivlinjer har livstidsudledning af drivhusgasser, der er 40 procent lavere end køretøjer drevet af forbrændingsmotorer. De lavere emissioner skyldes den ineffektivitet, der er involveret i at producere elektricitet fra brændstofforbrænding, samt en kraftigere stigning i brændstofforbruget, når der tilføjes ekstra masse til et køretøj drevet af en forbrændingsmotor.

"Vi har vist i dette papir, at et batteri-elektrisk køretøj er en bedre platform for CAV-komponenter sammenlignet med forbrændingsmotorkøretøjer med hensyn til at minimere miljøpåvirkninger, " sagde studielederforfatter Jim Gawron, en kandidatstuderende på U-M School for Environment and Sustainability og på Ross School of Business. Værket er en del af Gawrons kandidatafhandling.

Forfatterne fandt ud af, at registrerings- og computerundersystemerne i tilsluttede og automatiserede køretøjer kunne øge et køretøjs energiforbrug og drivhusgasemissioner med 3 til 20 procent på grund af stigninger i strømforbruget, vægt og aerodynamisk modstand.

Men de operationelle fordele ved autonome køretøjer, som omfatter glattere, mere effektiv trafikafvikling, forventes at opveje disse stigninger i de fleste tilfælde.

Undersøgelsen bemærker også, at:

Trådløse datatransmissioner, der er nødvendige til navigationskort ombord, er en væsentlig bidragyder til en CAV's energiforbrug og tilhørende drivhusgasemissioner - og kortenes opløsning gør en enorm forskel. Standard-definition-kort resulterer i livstidsudledning af drivhusgasser, der er 35 procent lavere end de emissioner, der genereres, når high-definition-kort transmitteres over et 4G LTE-netværk.

Den ekstra vægt og strømbehov fra den indbyggede computer giver betydelige virkninger. For det mellemstore sensing- og computerundersystem, der fungerede som basisscenariet i undersøgelsen, computeren bidrog med 45 procent af vægten, brugte 80 procent af strømmen, og var ansvarlig for 43 procent af drivhusgasudledningen.

Stor, udvendigt monterede CAV-komponenter kan øge aerodynamisk modstand og brændstofforbrug markant, potentielt opveje de miljømæssige fordele ved selvkørende køretøjer. Sensor- og computerkomponenter vil fortsat være miniaturiseret og pakket mere kompakt; men på kort sigt, størrelsen og formen af ​​udvendigt monteret udstyr vil have mærkbare konsekvenser.

Adskillige forbehold ledsager undersøgelsens konklusioner om de potentielle miljømæssige fordele ved automatiserede køretøjer. Først, disse konklusioner er baseret på antagelsen om, at CAV'ers driftseffektivitet kan føre til en reduktion på 14 procent i brændstofforbruget i forhold til konventionelle køretøjer. baseret på en analyse af tidligere arbejde fra National Renewable Energy Laboratory.

Men hvis de virkelige besparelser fra CAV-effektivitet er væsentligt lavere end 14 procent, de miljømæssige fordele formindskes eller helt forsvinde, ifølge den nye undersøgelse. Også, hvis indbyggede computere kræver meget mere strøm end de 200 watt modelleret i denne undersøgelse, nettoemissionsreduktionerne er elimineret.

Køretøjerne undersøgt i undersøgelsen er niveau 4 tilsluttede og automatiserede køretøjer, defineret som køretøjer, der kan fungere uden menneskelig input eller tilsyn under udvalgte forhold. Prototype Level 4 CAV'er er blandt de køretøjer, der testes på U-M's Mcity, et offentligt-privat F&U-initiativ, der fører til transformationen til forbundet og automatiseret mobilitet.