Het toegevoegde gewicht, de vraag naar elektriciteit en de luchtweerstand van de sensoren en computers die in autonome voertuigen worden gebruikt, dragen in belangrijke mate bij aan hun energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen, volgens een nieuwe studie.

Echter, wanneer besparingen van de rij-efficiëntie geassocieerd met zelfrijdende voertuigen worden meegewogen in de vergelijking, het nettoresultaat is een vermindering van het energieverbruik tijdens de levensduur en de bijbehorende uitstoot van broeikasgassen tot 9 procent in vergelijking met de conventionele voertuigen die werden onderzocht in de door de Universiteit van Michigan geleide studie.

"Deze studie onderzocht de afwegingen tussen de toegenomen milieu-impact van het toevoegen van autonome voertuigapparatuur met de verwachte winst in rij-efficiëntie, " zei co-auteur van de studie Gregory Keoleian, directeur van het Centre for Sustainable Systems aan de UM's School for Environment and Sustainability.

"Onze bevindingen benadrukken de noodzaak om ons te concentreren op energie-efficiëntie bij het ontwerpen van autonome voertuigen, zodat de volledige milieuvoordelen van deze opkomende, transformatieve technologie kan worden gerealiseerd. We hopen dat dit werk bijdraagt ​​aan een duurzamer mobiliteitsecosysteem."

De bevindingen zijn gepland voor online publicatie op 15 februari in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie . Het onderzoek werd ondersteund door subsidies van de Ford Motor Co.

De studie is een gedetailleerde beoordeling van de levenslange bijdragen van de detectie- en computersubsystemen in autonome voertuigen aan het energieverbruik en de bijbehorende uitstoot van broeikasgassen. Deze voertuigen, formeel bekend als verbonden en geautomatiseerde voertuigen of CAV's, bevatten vaak meerdere camera's, sonar, radar, LiDAR, een gps-navigatiesysteem, een computer en ondersteunende structuren.

De onderzoekers keken naar twee soorten CAV's:die aangedreven door verbrandingsmotoren en elektrische voertuigen op batterijen. De twee voertuigtypen werden gecombineerd met detectie- en computersubsystemen van drie formaten (klein, medium en large) om zes scenario's te maken.

Vervolgens werd de levenscyclusbeoordelingsmethodologie gebruikt om het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen gedurende de hele levensduur te schatten voor elk scenario, van wieg tot graf.

Een belangrijke bevinding is dat autonome voertuigen met elektrische aandrijflijnen een levenslange uitstoot van broeikasgassen hebben die 40 procent lager zijn dan voertuigen die worden aangedreven door verbrandingsmotoren. De lagere emissies zijn het gevolg van de inefficiënties bij de productie van elektriciteit uit brandstofverbranding, evenals een scherpere toename van het brandstofverbruik wanneer extra massa wordt toegevoegd aan een voertuig dat wordt aangedreven door een verbrandingsmotor.

"We hebben in dit document laten zien dat een batterij-elektrisch voertuig een beter platform is voor CAV-componenten in vergelijking met het voertuig met een interne verbrandingsmotor in termen van het minimaliseren van de milieu-impact, " zei hoofdauteur Jim Gawron, een afgestudeerde student aan de UM School for Environment and Sustainability en aan de Ross School of Business. Het werk maakt deel uit van de masterproef van Gawron.

De auteurs ontdekten dat de detectie- en computersubsystemen in verbonden en geautomatiseerde voertuigen het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen met 3 tot 20 procent zouden kunnen verhogen als gevolg van een toename van het stroomverbruik, gewicht en aerodynamische weerstand.

Maar de operationele voordelen van autonome voertuigen, waaronder soepeler, efficiëntere doorstroming van het verkeer, zullen naar verwachting in de meeste gevallen opwegen tegen deze stijgingen.

De studie merkt ook op dat:

Draadloze datatransmissies die nodig zijn voor navigatiekaarten aan boord, leveren een belangrijke bijdrage aan het energieverbruik van een CAV en de bijbehorende uitstoot van broeikasgassen - en de resolutie van de kaarten maakt een enorm verschil. Standard-definition kaarten resulteren in levenslange uitstoot van broeikasgassen die 35 procent lager zijn dan de emissies die worden gegenereerd wanneer high-definition kaarten worden verzonden via een 4G LTE-netwerk.

Het extra gewicht en de vermogensbehoefte van de boordcomputer hebben aanzienlijke gevolgen. Voor het middelgrote detectie- en computersubsysteem dat als basisscenario in de studie diende, de computer droeg 45 procent van het gewicht bij, verbruikt 80 procent van de stroom, en was verantwoordelijk voor 43 procent van de uitstoot van broeikasgassen.

Groot, aan de buitenkant gemonteerde CAV-componenten kunnen de luchtweerstand en het brandstofverbruik aanzienlijk verhogen, mogelijk de milieuvoordelen van autonome voertuigen compenseert. Detectie- en rekencomponenten zullen verder worden geminiaturiseerd en compacter worden verpakt; maar op korte termijn de grootte en vorm van aan de buitenkant gemonteerde apparatuur zal tastbare gevolgen hebben.

De conclusies van het onderzoek over de mogelijke milieuvoordelen van geautomatiseerde voertuigen vergezellen verschillende kanttekeningen. Eerst, die conclusies zijn gebaseerd op de veronderstelling dat de operationele efficiëntie van CAV's kan leiden tot een verlaging van het brandstofverbruik met 14 procent ten opzichte van conventionele voertuigen, gebaseerd op een analyse van eerder werk van het National Renewable Energy Laboratory.

Maar als de werkelijke besparingen door CAV-efficiëntie aanzienlijk lager zijn dan 14 procent, de milieuvoordelen worden verminderd of verdwijnen volledig, volgens de nieuwe studie. Ook, als de boordcomputers veel meer stroom nodig hebben dan de 200 watt die in dit onderzoek is gemodelleerd, de netto-emissiereducties worden geëlimineerd.

De voertuigen die in het onderzoek zijn onderzocht, zijn geconnecteerde en geautomatiseerde voertuigen van niveau 4, gedefinieerd als voertuigen die onder bepaalde omstandigheden kunnen opereren zonder menselijke tussenkomst of toezicht. Prototype Level 4 CAV's behoren tot de voertuigen die worden getest bij U-M's Mcity, een publiek-privaat R&D-initiatief dat de transformatie naar geconnecteerde en geautomatiseerde mobiliteit leidt.