Városi flották energiahatékonysági szempontból történő irányítása Dr. Szalay Zsolt*, Trencséni Balázs**, Kánya Zoltán*** * BME Gépjárművek Tanszék. Budapest (Tel: +36 (1) 463-3226; e-mail: zsolt.szalay@auto.bme.hu). ** BME Elektronikus Jármű és Járműirányítási Tudásközpont. Budapest (Tel: +36 (1) 463-3225; e-mail: balazs.trencseni@ejjt.bme.hu). *** Inventure Autóelektronikai Kutató és Fejlesztő Kft. Budapest (Tel: +36 (1) 381-0970; e-mail: zoltan.kanya@inventure.hu). Absztrakt: A BME Gépjárművek Tanszék kutatási partnereivel közösen városi flották irányítására olyan technológiát dolgozott ki, mely speciálisan kifejlesztett méréstechnikán alapulva szakértői támogatás keretében a gyakorlatban is alkalmas a városi flották energiahatékonyságának növelésére. Az eredmény a különböző fuvarfeladatokhoz olyan új fogyasztási norma kialakítása, melyben a munkavállaló gépjárművezető anyagilag még motiválható a tüzelőanyag-megtakarításon keresztül (speciális képzéssel szerzett tudását tudja érvényesíteni), ugyanakkor mivel az új norma értéke a jelenlegi fogyasztási norma értékeknél alacsonyabb, az üzemeltető csökkent működési költséget tud kimutatni. BEVEZETÉS Az energiafelhasználás hatékonysága mindig fontos szempont, de kiemelt szerepet kap gazdasági válság esetén. Járműflották esetében általában akkor mondhatjuk, hogy az energiafelhasználás hatékonyságát sikerült javítani, ha ugyanazt a fuvarfeladatot vagy kevesebb tüzelőanyag-felhasználással, azaz kevesebb gázolaj elégetésével sikerül végrehajtani, vagy több fuvarfeladat végezhető el változatlan tüzelőanyagfelhasználás mellett. Szinte kivétel nélkül, minden járműflotta rendelkezik költségmegtakarítási potenciállal, azaz a tüzelőanyag-felhasználás csökkenthető a járműflotta irányításának optimalizálásával. Ez egyrészről a szállítási feladat optimalizálását jelenti, ami magában foglalja a munkavégzés sorrendjének, útvonalának és a fuvarfeladatnak megfelelő jármű kiválasztását is. Másrészről egyáltalán nem elhanyagolható szempont a humán erőforrás irányítása: a kezelőszemélyzet megfelelő kiválasztása, szükség szerinti képzése és mint majd látni fogjuk - anyagilag érdekeltté tétele. is kisebb, mivel a jármű alacsonyabb fogyasztása kevesebb károsanyag-kibocsátást jelent. A járművek környezetterhelésének csökkentése kiemelt cél Európában. A különböző emissziós normák bevezetésével (Euro3-Euro5) már eddig is igen jelentős eredményt sikerült elérni ezen a területen. Manapság a széndioxid-kibocsátás kérdésköre került leginkább előtérbe, melyet leggyakrabban a minden jármű adatlapján megjelenő, g/km-ben megadott számadatokkal jelölt CO 2 emissziós értékek tükröznek. A globális széndioxid kibocsátással kapcsolatban egyre gyakrabban hallható a karbonlábnyom vagy szénlábnyom kifejezés. Valójában a szénlábnyom az összes üvegházhatású gáz teljes kibocsátását tartalmazza (Kiotói Egyezmény), függetlenül attól, hogy emberek, vállalatok vagy termékek közvetlenül, vagy közvetett módon bocsátották ki.[1] SZÉNLÁBNYOMUNK Jelen publikáció keretében ez utóbbira fókuszálunk, bemutatjuk a városi fuvarfeladatok specialitásait és a gyakorlatban is alkalmazható módszertant mutatunk be a hatékonyság javítására. Az ún. eco-driving technológia alkalmazásával mérhetővé tehető a tüzelőanyag-felhasználás, a praktikus tanácsok pedig segítik a gépjárművezetőket a minél alacsonyabb fogyasztás elérésében. Az alacsony fogyasztás mindenki számára jó: elsősorban a flottatulajdonos örül az alacsonyabb üzemeltetési költségnek, örül azonban a gépjárművezető is, mert jó esetben a tüzelőanyag-megtakarításból anyagilag is részesül, illetve - és egyáltalán nem utolsó sorban a környezetterhelés Szénlábnyomunk globális jelentőségű Az eco-driving szemléletű járműirányítás alapja minden esetben az alkalmas mérési technológia és a megfelelő mérőszámok (jósági tényezők) kiválasztása. Városi forgalomból származó példáinkon keresztül (postai kézbesítés, hulladékszállítás, üzemanyag-szállítás, stb.) bemutatjuk, hogy az általunk kidolgozott módszer alkalmazása (pontos és hiteles mérési eljárás, továbbképzés, folyamatos értékelés) környezetünk kiemelt védelme mellett jelentős költségmegtakarítást is lehetővé tesz.
MÓDSZER AZ IRÁNYÍTÁS KIALAKÍTÁSÁRA A BME Gépjárművek Tanszékén folyó kutatásokhoz kapcsolódóan a járműirányítás szintjeit Palkovics professzor már 2004-ben definiálta: A járműirányítás szintjei (Palkovics) Ez alapján a telematika és a flottamenedzsment rendszerek kutatása a tanszéken a legfelső, ötödik szintben a járműcsoport irányítása témakörön belül valósul meg, ahol a járműcsoport lehet tulajdonosi vagy üzemeltetési szempontból öszszetartozó járművek csoportja (pl. járműflotta) de lehet területileg és időben egy helyen tartózkodó járművek csoportja is (pl. útkereszteződés). A kutatási program alapja a megbízható mérési eljárás kialakítása mind elméleti, mind pedig gyakorlati szempontból. A programon belül kiemelt szerepet kap az üzemeltetés hatékonyságának növelése, ezen belül is a tüzelőanyagfelhasználás optimalizálása. A TÜZELŐANYAG KÖLTSÉGEK ÖSSZETÉTELE A tüzelőanyag költségek összetétele A magyar (és közép-európai) gyakorlati tapasztalatokra alapozva bátran kijelenthetjük, hogy a járműflották üzemeltetése során jelentkező tüzelőanyag-költségek 3 fő összetevője a hatásosan felhasznált, az ellopott és az elpocsékolt üzemanyag. A jármű műszaki színvonala a legmeghatározóbb az üzemeltetési költségek alakulásában. Elég csak arra gondolnunk, hogy nem mindegy, hogy egy mai modern pl. common-rail dízel motoros világmárkával, vagy egy 25 éves technikával szeretnénk fuvarfeladatot vállalni. Azonban még a legmodernebb technológiájú hajtáslánccal ellátott jármű sem képes tartósan alacsony üzemeltetési költségekkel működni megfelelő karbantartás nélkül. Az üzemanyag manipuláció problémakörét egy mai flottát üzemeltetőnek nem kell különösebben bemutatni. Minden oldalról igyekeznek fellépni ellene: mechanikus, plombált védelmek, tüzelőanyag-tankszint figyelés, átfolyásmérésen vagy CAN busz technológián alapuló motor által effektíve felhasznált tüzelőanyag-mennyiség mérése, stb. Hiba azonban megelégedni, ha - mégoly pontosan is - mérhető a motor által elfogyasztott tüzelőanyag mennyisége. Tudniillik nem mindegy, hogy a motor által elfogyasztott tüzelőanyag menynyiség indokolt volt-e vagy csak szimplán pazarlás. Ne legyenek kétségeink: ha a járművezető előtt bezárulnak a manipulációs csatornák, akkor komoly havi jövedelemtől esik el. Ezek után anyagi ösztönző rendszer híján egyáltalán nem lesz érdekelt abban, hogy a jármű minél kevesebbet fogyasszon. A hatékony ösztönző rendszer alapja pedig az eco-driving méréstechnika, mivel a nemzetközi fuvarozást leszámítva nem könnyű a járművek fogyasztási normájának korrekt megállapítása. Több korábbi publikációnkban kimutattuk azt is, hogy a járműhasználatnak mekkora hatása van a járműkarbantartásra is [2]. Elég csak arra gondolni, hogy aki gyilkolja az autóját hamarabb kell gumiabroncsot és fékbetétet (általánosan: kopó alkatrészeket) cserélni. A tüzelőanyag-manipuláció (tüzelőanyag lopás) többféle formát ölthet: Régebben a tüzelőanyag tankból történő kivétel volt az uralkodó jelenség. Több nem-hivatalos tüzelőanyag leadó helyről lehetett hallani főközlekedési útvonalak mentén. A tankból történő közvetlen kivételt először a gyári szenzorokkal, később ezeknél jóval pontosabb szintérzékelő szenzorokkal monitoroztak, melynek eredményeként jelentős mértékben visszaszorult ez a fajta manipulációs forma. Nagy hátránya a tankszint-mérésnek, hogy kalibrálni kell a tank méretéhez és gyakran a gázolaj minőségéhez is, ami sajnos komoly pontossági korlátot jelent például egy téli-nyári átállásnál. A manipuláció másik fő formája a számla-manipuláció, mely során a tankba már be sem kerül a tüzelőanyag. Többnyire benzinkutak személyzeteivel összejátszva lehet ilyen csalást megvalósítani - vagy úgy, hogy egy másik jármű tankolásáról állítanak ki számlát, vagy a saját jármű tankolása után állítanak ki nagyobb tankolt mennyiségről számlát, például egy éppen kéznél levő dízel személygépkocsi megtankolása segítségével. Nem elhanyagolható mértékben befolyásolják a költségeket a járműhasználat körülményei: első körben a fuvarfeladatspecifikus körülmények, másodsorban pedig a fuvarfeladat végrehajtása során alkalmazott járművezetői stílus, azaz az eco-driving. Általánosságban elmondható, hogy minél inkább távolodunk a nemzetközi fuvarozástól és közelítünk a munkagépek üze-
meltetése felé, annál nehezebb megbecsülni a megtett útra (vagy az üzemórára) vonatkozó fogyasztási normát. Az üzemeltetési körülmények csoportosítása: Nemzetközi fuvar Országúti fuvar Városi terítés Városi nehezített üzem Terepi nehezített üzem Munkagépek Míg nemzetközi fuvarozás esetén a járművek futásidejük 90%-át autópályán töltik (melynek nagyon jól becsülhető a tüzelőanyag-igénye), addig a nehezített üzemben dolgozó járművek esetén az indokolt fogyasztás akár a többszörös is lehet a konkrét feladat vagy az időjárási viszonyoktól függően. Az átlagos tüzelőanyagfogyasztás-megtakarítási potenciál ezért szoros összefüggésben áll a fuvarfeladat-típusokkal: Nemzetközi fuvarozásban: 10-15% Belföldi viszonylatban: 10-25% Nehezített városi üzemben: 20-40% A járművezetési stílus (eco-driving) szűkebb, illetve tágabb értelmezése alapján megállapíthatjuk, hogy a járművezetés több területre is jelentős hatást gyakorol, mely alapján a járművezető viselkedésének monitorozásával jelentős előnyökre tehetünk szert az alábbi területeken: Közlekedésbiztonság növelése (baleseti kockázat csökkentése) az agresszív vezetői magatartás felismerésével és az agresszív járművezetők kiszűrésével Üzemeltetési költségek (karbantartás, tüzelőanyag és kopó alkatrészek) csökkentése a kíméletesebb használat által Környezetvédelem a kevesebb tüzelőanyagfelhasználás és kisebb CO 2 kibocsátás miatt A vezetők monitorozása vagyis a vezetői stílusbecslés a fenti szempontok alapján értékelendő tényező. A vezető viselkedése kihat a közlekedés biztonságára; a vezetési morál befolyásolja a szállítási költség nagyságát. [3] A veszélyesáru-szállító járművek üzemeltetése során elsőrendű szempont a biztonság, ezért külön projekt keretében vizsgáltuk Magyarország legnagyobb ásványolaj szállító flottáján a gépjárművezetők vezetési stílusát baleset-megelőzési szempontból. [4] Vezetésistílus-mérési lehetőségek Fékhasználat alapján Gyorsulásszenzorok alapján Fordulatszám és nyomatékadatok alapján Összetett algoritmus segítségével Kutatásaink során olyan összetett algoritmus került kifejlesztésre, mely alkalmas a járművezetők vezetői stílusának mérésére és ez alapján a járművezetők rangsorolására balesetveszélyesség, tüzelőanyag-fogyasztás és káros anyag kibocsátás alapján. Az algoritmus egy részének blokkvázlatát az alábbi ábra szemlélteti: 1 accx 2 accy 3 VehSpeed 4 EngSpeed 5 ABSAct 6 ASRBrkAct 7 ASREngAct 8 AvgFuelEco 9 AccPedalPos 10 BrakePedalPos 11 Steering angle 12 Temperature accx accy VehSpeed EngSpeed ABSAct ASRBrkAct ASREngAct Av gfueleco AccPedalPos BrakePedalPos Steering angle Temperature Driver Style Saf ety _OUT ISC_OUT Economic_OUT Input Scale (ISC) Out1 100 Original Score Driv erclass Saf ety _IN ISC_IN Economic_IN Driv er Score Driv er Class Driver Behaviour Observer (DBO) Driv erclass Vezetői stílusbecslő algoritmus [3] 2 Driv erscore DriverScore 1 DriverClass Az Eco-driving alkalmazási profil fő kérdései a szállítási feladat és a szállítási teljesítmény, melyekre alapozva a mérési eredmények értékelésére vonatkozóan jósági tényezők meghatározása szükséges. Nem elhanyagolható továbbá a járművezetés során alkalmazott előrelátó gondolkodásmód vagy a biztonságra való törekvés. Tapasztalt járművezetők esetén okozhat gondot a modern motortechnológiához történő alkalmazkodás is, mivel az általuk alkalmazott és évek alatt kifinomult vezetési stílus nem könnyen megváltoztatható. Kiemelten fontosnak tartjuk a járművezetők részére történő visszacsatolást. A járművezetői stílusok rangsorolása egyfajta egészséges versenyt is kialakíthat a gépjárművezetők között, főleg akkor, ha a kevésbé jól teljesítőknek lehetőségük van a felzárkózásra különböző képzéseken keresztül. Mindezzel együtt a legfontosabbnak akkor is az anyagi ösztönző rendszer kialakítását tartjuk, véleményünk szerint hosszútávon nem lehet sikeres egy energiahatékonyság-növelő program, ha a járművezetők anyagi érdekeltsége nincs szabályozva. ALKALMAZÁSI TERÜLETEK ÉS AZOK HATÁSA A FOGYASZTÁSRA Energiatakarékossági értékelés Bevált módszer adott útszakasz forgalmi szituációjának becslésére az adott szakaszra vonatkozó átlagsebesség, ami a gyakorlatban jelenthet folyamatos haladást, lassú haladást vagy szakaszos előrehaladást, megállásokkal tűzdelve. Komoly energiát igényel a járművek megállás utáni elindítása, felgyorsítása, mely energiaigény a járműtömeggel arányos, ezért
halmozottan jelentkezik nagy tömegű szállítójárművek esetén. Ezért különösen fontos egy adott fuvarfeladat normájának kialakításakor figyelembe venni az üzemeltetési környezet potenciális változásait is. Ezeket a változásokat mutatja be szemléletesen a jármű tüzelőanyag felhasználásának alábbi elemző diagramja. A fogyasztás átlagos értékének és szórásának elemzésével következtetni lehet az elvégzett fuvarfeladatra is. Fogyasztáseloszlás a fuvarfeladat elemzéséhez [5] Autópályás használatban a körülmények sem és emiatt a fogyasztás sem változik jelentős mértékben, a fogyasztási norma viszonylag jól kalkulálható. Városi, vagy egyéb nehezített üzemben több üzemeltetési paraméter is nagy szórást mutathat (pl.: útburkolat minősége munkagépeknél, kiegészítő berendezések használata), ráadásul az alapjárat jelentősége is megnő (nagyobb hányadot tesz ki a működési időben). Ezért a nehezített és/vagy városi üzemben a lehetséges megtakarítás mértéke is jóval nagyobb lehet. [6,7] Mérésekkel kimutattuk, hogy hulladékgyűjtő járművek városi nehezített üzeme esetén csupán a tüzelőanyag-fogyasztás is 40%-kal eltérhet attól függően, hogy óvatos vagy agresszív stílusban vezet a járművezető. [2] A különböző járművezetői stílus meghatározása hulladékszállító járművek városi nehezített üzeme esetén Levélpostai logisztikában sokféle szállítási feladatot kell teljesíteni, melynek jó része városi forgalmi körülmények között zajlik. Legkülönbözőbb forgalmi és útviszonyok között kell a járműveket üzemeltetni. A fogyasztást befolyásoló tényezőkből egy úgynevezett fogyasztás mátrix előállítása a cél. Az ebben felsorolásra kerülő tényezőkön belül osztályokat állapítunk meg, amelyek különböző súlyozással kerülnek bele a mátrixunkba. Egy-egy napi rutin után az egyes jellemző paraméterek szerint kiválaszthatjuk az adott menetre jellemző osztályokat és az azoknak megfelelő súlyozással valamint alap fogyasztásértékkel szorozva számítható a járműre az adott szállítási feladat végzése közben jellemző fogyasztás. A fogyasztást meghatározó tényezőket az alábbi fő csoportokba bonthatjuk: a jármű terhelése, forgalmi viszonyok, út típusa és felülete, domborzati viszonyok, időjárási körülmények, vezetői habitus és egyéb berendezések használata. Ezek közül budapesti viszonylatban kiemelkedő szerepe van a forgalmi viszonyoknak. A forgalom nagyságát bizonyos útvonalon elsősorban a napszak határozza meg, valamint az adott helyszínre jellemző forgalmi szituációk, mint például csomóponti forgalomirányító lámpa beállítása. A napszak természetesen a forgalomsűrűséget generáló változó, vagyis megszabja, mikor mennyien indulnak el céljaik eléréséhez. A forgalom mértéke az egyéni jármű átlag- illetve maximálisan elérhető sebességét befolyásolja, valamint a megállások számát és idejét. Azért van szükség a forgalmi jellemzők napszak és útvonal vagy terület szerinti csoportosítására, hogy a GPSszel nem felszerelt járművek fogyasztásának alakulására is becslést tudjunk adni a későbbiekben. A fentebb felsorolt forgalomnagyságot jellemző napszakokat szintén lehet tovább bontani a várható forgalomsűrűségnek megfelelően. A forgalom alakulására statisztikákból, forgalom számlálásból lehet következtetni és elsősorban a főútvonalakra valamint azokra dolgozó mellékutakra jellemző. Ebben a kategóriában nem az időpont, hanem inkább a forgalmi jellemzők alapján soroljuk be a mérésre kiválasztott járműveket, a fentiek alapján 5 forgalomnagyságot különböztetünk meg. A jellemzők megállapítása mérések során rögzített sebességprofil jellege és a rendelkezésre álló internetes adatbázis alapján történik. A forgalmi jellemzők, amelyek a mérés során számíthatóak: pillanatnyi sebesség, gyorsulás, átlagsebesség, átlaggyorsulás, sebesség szórása és gyorsulás szórása. Ezekből megkíséreljük a forgalmi viszonyok időbeli alakulását becsülni. Öt szélsőséges értéknek tekintett forgalmat vettünk alapul: gyors forgalom, ami jelentheti, hogy a forgalomirányító lámpa SV üzemmódban van, ill. ez a forgalmi szituáció jellemző külvárosi főutakra is, ahol táblás irányítás található kis forgalom, de már lámpás irányítással, 6h - 7h és 19h 22h időpont közötti forgalom közepes forgalom, napközbeni forgalom nagy forgalom, reggeli vagy délutáni forgalom torlódás, előre nem várt esemény miatt kialakult forgalmi dugó A következő 2. táblázatban a fenti 5 osztályba sorolt sebességprofilok adatai láthatóak.
nincs lámpa kis forgalom közepes forgalom nagy forgalom torlódás Állásidő [s]: 0 18 234 592 1322 Megállások száma: 0 3 19 32 64 Összátlagsebesség [km/h]: 48,45 36,41 13,20 6,81 4,58 Átlagsebesség [km/h]: 48,45 37,41 15,38 8,53 6,39 Szórás [km/h]: 0,60 14,53 12,22 7,51 6,27 Eljutási idő: 06:01 11:12 27:24 48:37 1:16:54 A különböző forgalmi szituációkhoz tartozó sebességprofilok A közepes és nagy forgalom mellett a sebesség-eloszlás diagram gyakorlatilag megfordul a gyors és kis forgalmú viszonyokhoz képest, hiszen ezekben az esetekben már a kisebb sebesség értékek fordulnak elő nagyobb gyakorisággal. Amíg például közepes forgalomnál megállástól eltérő, 5km/h nagyobb sebesség értékek hasonló valószínűséggel fordulnak elő, addig nagy forgalomnál, illetve torlódásnál a nagy sebességértékeknek egyre kisebb a valószínűségük. HIVATKOZÁSOK [1] Carbon Footprint UK Carbon Trust, http://www.carbontrust.co.uk/cut-carbon-reducecosts/calculate/carbon-footprinting/pages/carbonfootprinting.aspx 2010. augusztus 22. [2] Szalay, Zs., Kánya, Z., Practical experiences of an onboard technical inspection support system for commercial vehicles FISITA 2010 World Automotive Congress, 30 May 4 June, Budapest, Hungary F2010- E-067 [3] Gubovits Attila, Dr. Szalay Zsolt, Balogh Levente, Klug Dávid, Járművezetői stílusbecslés gyakorlati alkalmazásának tapasztalatai A Jövő Járműve 2008/1-2 pp.27-33. [4] Szalay, Zs. et al., MOLTrans Flottamenedzsment rendszer Kutatás-fejlesztési jelentés, Budapest 2006 október 31. [5] Deák, Cs., Szalay, Zs., Zöldy, M., Üzemanyag menedzsment Flottamenedzsment szolgáltatás a benzinköltségek optimálására, A jövő járműve Járműipari innováció, Vol. 1. No 1-2. 2006. szeptember, pp. 34-36. [6] Szalay, Zs., Kánya, Z., A fogyasztáskontroll bevezetésének műszaki és gazdasági kérdései, II. Gépjármű flottamenedzsment konferencia, Budapest 2007. szeptember 11-12. [7] Kánya, Z., Szalay, Zs., Haszongépjárművek hatékony üzemanyag-menedzsmentje, MMA konferencia, Budapest 2007. szeptember 4-6. A különböző típusú fuvarfeladatokhoz tartozó forgalmú viszonyok térképes szemléltetése KONKLÚZIÓ A BME Gépjárművek Tanszék által kidolgozott módszer megfelelően kialakított motivációs rendszerrel együtt jelentős üzemeltetési költség-megtakarítás elérését teszi lehetővé. A technológia a Tanszék flottaüzemeltető partnereivel együtt gondolkodva folyamatos fejlesztés alatt áll. Kiegészítő berendezések további lehetőséget rejtenek: pl. on-line dugófigyelő szolgáltatással, vagy flotta központon keresztül másik járműtől kapott információval a vezető tájékoztatása a forgalmi helyzetről.