Miksi autonomiset ajoneuvokalustot sähköistyvät

Autonominen ajaminen ei edellytä sähköistä voimalinjaa, sillä ohjaus, jarrutus, havainnointi ja päätöksenteko ovat suurelta osin riippumattomia siitä, miten käyttövoimaenergia varastoidaan. Yhteys on pikemminkin käytännöllinen kuin väistämätön: ohjaus, sähköarkkitehtuuri, kaluston talous ja paketointi sopivat usein yhteen, kun taas anturit ja laskenta aiheuttavat todellisen energiankulutuksen.

Mitä sähköinen käyttövoima tarjoaa

Sähkömoottorit reagoivat nopeasti ja tarkasti vääntömomenttikäskyihin. Tämä auttaa liikkeenohjainta tuottamaan tasaisen kiihdytyksen ja koordinoimaan pitoa yhdellä tai useammalla vetävällä akselilla.

Regeneratiivinen jarrutus antaa ohjaimelle toisen tavan hidastaa, mutta lisää myös monimutkaisuutta. Käytettävissä oleva regenerointi muuttuu akun varaustilan ja lämpötilan, moottorin rajojen sekä renkaiden pidon mukaan. Automaattisen ohjauksen on yhdistettävä regeneratiivinen ja kitkajarrutus siten, että pyydetty hidastuvuus säilyy johdonmukaisena.

Mikään tästä ei tee sähköautosta itseajavaa. Polttomoottori- ja hybridiajoneuvot käyttävät myös sähköistä kaasunohjausta, ajonvakautusta, sähköistä ohjaustehostinta ja sähköisesti ohjattuja jarruja. Etuna on se, että sähköautoalustat kokoavat nämä ohjaukset usein uudempaan sähköarkkitehtuuriin.

Virransyöttö ja alusta-arkkitehtuuri

Automaattiajojärjestelmä tarvitsee jatkuvaa pienjännitevirtaa antureille, tietokoneille, verkoille, puhdistukselle ja jäähdytykselle. Sähköauton ajoakku voi syöttää tätä kuormaa DC-DC-muuntimien kautta silloinkin, kun pyörät tarvitsevat vain vähän tehoa.

Akku ei korvaa turvallisuusarkkitehtuuria. Tason 3 ja tason 4 rakenteet voivat edellyttää toisistaan riippumattomia virtareittejä, hallittua sammutusta ja riittävää varaenergiaa, jotta vian jälkeen voidaan saavuttaa mahdollisimman vähäriskinen tila.

Nykyaikaisissa sähköautoalustoissa käytetään usein myös keskitettyä tai vyöhykkeisiin jaettua laskentaa, nopeita ajoneuvoverkkoja ja ohjelmisto-ohjattuja alijärjestelmiä. Ne ovat hyödyllisiä automatisoinnissa, mutta kyse on suunnitteluvalinnoista eikä sähköisen käyttövoiman ominaisuuksista. Huonosti integroitu sähköauto ei saa etua pelkästään akun ansiosta.

Paketointi ja ajoneuvointegraatio

Sähköauton rullalauta-alusta voi mahdollistaa matkustamon ja laitteiden joustavan paketoinnin, vaikka akku vie suuren osan lattianalaisesta tilasta. Tarkoitusta varten rakennetut autonomiset ajoneuvot voivat hyödyntää polttomoottorin ja perinteisen vaihteiston puuttumista ja järjestää jäähdytyksen, laskennan, redundantin virransyötön ja matkustajatilat toisin.

Anturien sijoittelu aiheuttaa silti ristiriitoja. Kattoyksiköt vaikuttavat korkeuteen ja ilmanvastukseen, matalalle sijoitetut anturit keräävät roiskeita ja likaa, puskurit altistuvat törmäyksille, ja tietokoneiden jäähdytys kilpailee matkustamon ja akun lämmönhallinnan tarpeiden kanssa.

Yksityiskäyttöön tarkoitetuissa sähköautoissa tehtaalla asennettu laitteisto voi tukea useita avustintoimintoja ajoneuvon elinkaaren aikana. Se ei takaa, että luvattu toiminto hyväksytään tai toimitetaan. Laitteistosukupolvi, laskennan reservi, anturien kattavuus ja huollettavuus ovat kaikki tärkeitä.

Miksi kalustot suosivat sähköautoja

Robottitaksin talous poikkeaa yksityisomistuksesta. Suuri vuotuinen ajomäärä korostaa energian ja määräaikaishuollon merkitystä. Sähköisissä voimalinjoissa on vähemmän rutiinihuoltoa vaativia osia, ja kaluston operaattori voi koordinoida ajoneuvoja, varikoita, latausta, puhdistusta ja ohjelmistojen käyttöönottoa.

Sähköautot eivät myöskään tuota pakokaasupäästöjä käyttöpaikalla, mikä on merkityksellistä tiheillä palvelualueilla. Kokonaisympäristövaikutus riippuu silti sähköntuotannosta, ajoneuvojen valmistuksesta, tyhjistä siirtymäkilometreistä sekä siitä, korvaako palvelu yksityisajoja, takseja vai joukkoliikennettä.

Lataus on toiminnallinen rajoite. Kuljettajattoman kaluston on ohjattava ajoneuvot latureille, hallittava jonoja ja ylläpidettävä palvelun kattavuutta autojen ollessa poissa käytöstä. Pikalataus, akun lämpötila ja heikkeneminen muuttuvat ajojärjestelyn lähtötiedoiksi. Polttomoottorinen robottitaksi voi tankata nopeasti, mutta sähköautokaluston on kompensoitava pidemmät lataustauot suunnittelulla ja infrastruktuurilla.

Automatisoinnin energiakustannus

Anturit ja laskenta eivät toimi ilman energiaa. Ne kuluttavat sähkötehoa, vaativat jäähdytystä ja voivat lisätä massaa ja ilmanvastusta.

Oak Ridge National Laboratory testasi instrumentoitua vuoden 2015 Kia Soul EV:tä ja ilmoitti yhdistetyllä UDDS/HWFET-ajosyklillä 5.6%:n toimintamatkan lyhenemisen anturikuorman vuoksi sekä 12.2%:n lyhenemisen anturien ja laskennan vuoksi. Luvut kuvaavat yhtä tutkimusalustaa, eivät kaikkia automatisoituja sähköautoja.

Erillisessä vertaisarvioidussa mallinnustutkimuksessa arvioitiin toimintamatkan lyhenevän 5–10% esikaupunkiajossa ja 10–15% kaupunkiajossa tutkituilla automatisoitujen sähköautojen kokoonpanoilla. Tutkimuksen mukaan laskentakuorma vaikutti enemmän hitaammassa kaupunkiajossa, kun taas anturien ilmanvastus oli merkittävämpi suuremmilla esikaupunkinopeuksilla.

Tuotantoautojen tulokset voivat poiketa huomattavasti anturien, sirujen, jäähdytyksen ja paketoinnin kehittyessä. Pysyvä opetus on, että automatisoinnin kuormitus kuuluu ajoneuvon energiabudjettiin. Vetovoimansiirron tehokkuuden ilmoittaminen samalla, kun kilowattiluokan apujärjestelmä jätetään huomiotta, antaisi todellisesta käytöstä harhaanjohtavan kuvan.

Automatisointi voi myös muuttaa ajamiseen kuluvaa energiaa

Tasainen nopeudensäätö, ennakointi ja reittisuunnittelu voivat vähentää turhaa kiihdytystä ja jarrutusta. Toisaalta varovainen toiminta, kiertotiet, tyhjät siirtymät ja ylimääräiset ajokilometrit voivat lisätä energiankulutusta.

Ajoneuvon tehokkuus ja liikennejärjestelmän tehokkuus ovat eri asioita. Yksi automatisoitu sähköauto voi kuluttaa vähemmän energiaa kilometriä kohti samalla, kun kalusto lisää ajettujen kilometrien kokonaismäärää. Kestävyysväitteissä on siksi ilmoitettava vertailuyksikkö: ajoneuvoa, henkilökilometriä tai matkaa kohti taikka koko liikennejärjestelmässä.

Mitä sähköauton ostajan pitäisi tarkistaa

Tarkista kuluttajatoiminnon osalta:

automaatiotaso ja kuljettajan rooli;
tuetut markkinat, tiet, nopeudet ja sääolosuhteet;
vaadittava laitteisto ja sen vastaavuus täsmälliseen mallivuoteen;
sisältyykö toiminto hintaan, perustuuko se tilaukseen vai riippuuko se myöhemmästä päivityksestä;
kuljettajan valvonta ja varatoimintakäyttäytyminen;
anturien puhdistuksen ja korjauksen jälkeisen kalibroinnin vaatimukset; ja
muuttaako energiankulutus toimintamatka-arvioita tai pysäköidyn auton kulutusta.

Älä maksa tulevasta automaatiotasosta olettaen, että asennettu laitteisto takaa sen toimittamisen. Hyväksyntä, ohjelmiston kypsyys ja toiminta-alue ovat osa tuotetta.

Kalustojen osalta kysymykset laajenevat latauskapasiteettiin, varikon sähkötehoon, puhdistukseen, käyttöasteeseen, etätukeen, poikkeamatilanteiden hoitoon ja tarjonnan tasapainottamiseen tarvittaviin tyhjiin ajokilometreihin.

Sähköistäminen ja automatisointi vahvistavat toisiaan, kun ne suunnitellaan yhdessä. Ne ovat silti erillisiä teknologioita, joihin liittyy erillisiä väitteitä.