Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
Energiatehokas ja älykäs raskas ajoneuvo â HDENIQ ... - VTT
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
TUTKIMUSRAPORTTI<br />
<strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
<strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong><br />
<strong>ajoneuvo</strong> – <strong>HDENIQ</strong><br />
Loppuraportti<br />
Kirjoitta<strong>ja</strong>t:<br />
Luottamuksellisuus:<br />
Kimmo Erkkilä (<strong>VTT</strong>), Petri Laine (<strong>VTT</strong>), Timo Naskali (Aalto), Pekka<br />
Rahkola (<strong>VTT</strong>), Veikko Karvonen (Aalto), Juha-Matti Isomaa (Aalto),<br />
Matti Juhala (Aalto), Kai Noponen (OY), Juha Partala (OY), Heikki<br />
Liimatainen (TTY), Rami Wahlsten (Turun AMK), Petri Laine (<strong>VTT</strong>),<br />
Micke Bergman (<strong>VTT</strong>), Paula Silvonen (<strong>VTT</strong>), Matti Ahtiainen (<strong>VTT</strong>),<br />
Timo Murtonen (<strong>VTT</strong>), Mai<strong>ja</strong> Lappi (<strong>VTT</strong>), Nils-Olof Nylund (<strong>VTT</strong>),<br />
Mikko Laamanen (Aalto), Johannes Kankare (Aalto),<br />
Julkinen
2 (141)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
4 (142)<br />
Sisällysluettelo<br />
1 Johdanto ................................................................................................................. 7<br />
2 Ajoneuvotekniikka ................................................................................................... 8<br />
2.1 Aerodynamiikka .............................................................................................. 8<br />
2.2 Raskaan kaluston energia<strong>ja</strong>kauma ajosuoritteissa ....................................... 13<br />
2.3 Ajoneuvoyhdistelmän sivutuuliherkkyys (<strong>VTT</strong>) .............................................. 14<br />
2.3.1 Kallistumisvakaus .............................................................................. 14<br />
2.3.2 Suuntavakaus .................................................................................... 15<br />
2.3.3 Johtopäätökset ................................................................................... 16<br />
2.3.4 Lähdeviitteet....................................................................................... 18<br />
2.4 Rengastutkimus ............................................................................................ 18<br />
2.5 Öljytesti ......................................................................................................... 23<br />
2.5.1 Testin valmistelu <strong>ja</strong> tausta .................................................................. 23<br />
2.5.2 Testin suorittaminen ........................................................................... 24<br />
2.5.3 Dynamometrimittausten tulokset ........................................................ 26<br />
2.5.4 Öljynäytteiden analyysitulokset .......................................................... 34<br />
2.6 Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen todellinen suorituskyky (<strong>VTT</strong>) .................................. 39<br />
2.6.1 Kaupunkibussit ................................................................................... 39<br />
2.6.2 Päästöjen <strong>ja</strong> energiatehokkuuden huomiointi bussikaluston<br />
pisteytyksessä .................................................................................... 40<br />
2.6.3 Kaupunkibussien seurantamittaukset ................................................ 43<br />
2.6.4 Yhteenveto lin<strong>ja</strong>-autojen OBD-mittauksista ........................................ 45<br />
2.6.5 Palveluliikenne<strong>ajoneuvo</strong>jen vertailumittaukset ................................... 46<br />
2.6.6 Robottivaihteiston vaikutus kaupunkibussin energiankulutukseen ..... 49<br />
2.6.7 Tuplanivelhybridibussin suorituskyky ................................................. 49<br />
2.6.8 Kuorma-automittaukset ...................................................................... 51<br />
2.6.9 Kaupunkibussien päästöt <strong>ja</strong> energiankulutus kylmässä ..................... 54<br />
2.6.10 Jälkiasennettavat pakokaasujen puhdistuslaitteet ............................. 58<br />
2.7 Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen apulaitteiden tehonkulutus (<strong>VTT</strong>) ............................ 59<br />
2.7.1 Yleistä ................................................................................................ 59<br />
2.7.2 Datan valinta <strong>ja</strong> esiprosessointi .......................................................... 60<br />
2.7.3 Olosuhteiden vaikutus ........................................................................ 62<br />
2.7.4 Lämpötilaprofiilit ................................................................................. 66<br />
2.7.5 Sähköiset apulaitteet .......................................................................... 71<br />
2.8 Menetelmäkehitys ......................................................................................... 72<br />
2.8.1 Rullausmittausten kehittäminen ......................................................... 72
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
5 (142)<br />
2.8.2 Uudet syklit ........................................................................................ 74<br />
2.9 Erikoispäästömittaukset ................................................................................ 77<br />
2.9.1 Mitatut autot ....................................................................................... 77<br />
2.9.2 Erikoispäästömittausten yhteydessä mitatut säännellyt päästöt ........ 78<br />
2.9.3 PAH- <strong>ja</strong> Ames -analyysit .................................................................... 78<br />
2.9.4 Hiukkaslukumäärät: ELPI ................................................................... 79<br />
2.9.5 Kaasumaiset sääntelemättömät päästöt: HC- <strong>ja</strong> aldehydierittely ....... 80<br />
2.9.6 Sääntelemättömät kaasumaiset päästöt (FTIR-analyysi) ................... 81<br />
2.9.7 Yhteenveto ......................................................................................... 82<br />
3 Ajo-opastin............................................................................................................ 83<br />
3.1 Yleistä ........................................................................................................... 83<br />
3.2 Ohjelmisto ..................................................................................................... 84<br />
3.3 Analyysitulokset ............................................................................................ 90<br />
4 Liukkaudentunnistus ............................................................................................. 93<br />
4.1 Järjestelmän kuvaus ..................................................................................... 93<br />
4.2 Rengasvertailu liukkaudentunnistusmenetelmää hyödyntäen....................... 94<br />
4.3 Tavoite .......................................................................................................... 94<br />
4.4 Vertailu .......................................................................................................... 95<br />
4.5 Kalibroinnit .................................................................................................... 95<br />
4.6 Tulokset ........................................................................................................ 95<br />
4.7 Johtopäätökset ............................................................................................ 100<br />
5 Aalto-yliopiston opinnäytetyöt <strong>HDENIQ</strong>-projektissa ............................................ 101<br />
5.1 Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen ......................................... 101<br />
5.2 SCR <strong>ja</strong> EGR - Selvitys käytönaikaisista ongelmista .................................... 103<br />
5.3 HVAC – heating, ventilation, air-conditioning .............................................. 105<br />
5.4 Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen <strong>ja</strong> muotovirheiden vaikutus raskaan<br />
kaluston energiankulutukseen ..................................................................... 110<br />
5.5 Auxliary power needs .................................................................................. 112<br />
5.6 Tutkimuksen <strong>ja</strong>tkuminen vuonna 2013 ........................................................ 115<br />
6 Tampereen teknillisen yliopiston tutkimuksia <strong>HDENIQ</strong>-projektissa 2009-2012... 116<br />
6.1 Hybribussitutkimus ...................................................................................... 116<br />
6.1.1 Johdanto .......................................................................................... 116<br />
6.1.2 Investointilaskuri .............................................................................. 117<br />
6.1.3 Päätelmät ......................................................................................... 120<br />
6.1.4 Lähteet ............................................................................................. 120
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
6 (142)<br />
6.2 Tiekuljetusalan energiatehokkuuden <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen tulevaisuus<br />
(KULJETUS) ............................................................................................... 121<br />
6.3 Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi <strong>ja</strong> kehittäminen<br />
(JOLEN) ...................................................................................................... 122<br />
6.4 Kuljetusalan energiatehokkuuden raportointi <strong>ja</strong> tehostamistoimenpiteiden<br />
vaikutusten arviointi .................................................................................... 123<br />
6.5 Muut julkaisut .............................................................................................. 124<br />
7 Turku AMK: Jarrujen kunnon valvonta ................................................................ 126<br />
8 Oulun Yliopiston tehtävät <strong>HDENIQ</strong>/RAMSES projektissa ................................... 128<br />
8.1 Raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n massan sekä liukkauden estimointijärjestelmä ........... 128<br />
8.1.1 Tutkimuksen kohteet <strong>ja</strong> alatehtävät .................................................. 128<br />
8.1.2 Liukkauden tunnistus ....................................................................... 128<br />
8.1.3 Massan estimointimenetelmä ........................................................... 129<br />
8.1.4 Menetelmien yhdistäminen .............................................................. 132<br />
8.1.5 Yhteenveto Oulun Yliopistossa tehdyistä tutkimuksista ................... 133<br />
9 Projektin oh<strong>ja</strong>us .................................................................................................. 134<br />
10 Yhteenveto ......................................................................................................... 135<br />
11 Tulosten hyödyntäminen .................................................................................... 139<br />
11.1 Osaamisen kerryttäminen ........................................................................... 139<br />
11.2 Osallistujien hyödyntämisnäkymät .............................................................. 140<br />
12 Julkaisuluettelo ................................................................................................... 141
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
7 (142)<br />
1 Johdanto<br />
<strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong>, <strong>HDENIQ</strong>-projekti, <strong>ja</strong>tkoi raskaiden<br />
maantie<strong>ajoneuvo</strong>jen energiankulutuksen, päästöjen <strong>ja</strong> turvallisuuden tutkimusta<br />
aikaisempien HDEnergia <strong>ja</strong> RASTU-projektien hengessä. Projektin otsikkotasolla<br />
mainittu energiankulutus <strong>ja</strong> sen vähentäminen toimi tutkimuksessa alatehtäviä yhdistävänä<br />
tekijänä. Toinen otsikkotason teema oli älykkyys, joka viittaa ICTjärjestelmien<br />
mahdollisuuksiin energiankulutuksen, turvallisuuden <strong>ja</strong> palvelutason<br />
lisääjänä. <strong>HDENIQ</strong> kuului osana <strong>VTT</strong>:n koordinoimaan TransEco-tutkimusohjelmaan,<br />
vastaten sen raskaan <strong>ajoneuvo</strong>kaluston tutkimustarpeita.<br />
Tutkimushanke palveli henkilö- <strong>ja</strong> tavarakuljetusratkaisujen tuottajia sekä eri viranomaistaho<strong>ja</strong>,<br />
<strong>ja</strong> loi poh<strong>ja</strong>a uusille liiketoimintamahdollisuuksille, jotka perustuvat<br />
teknisiin sovelluksiin <strong>ja</strong> palveluihin. Näihin liittyen hanke:<br />
· Antoi uutta tietoa <strong>ja</strong> välineitä vaikuttaa energiatehokkaiden palveluratkaisujen<br />
tuottamiseen sekä julkisella että yksityisellä sektorilla<br />
· Loi uusia välineitä <strong>ja</strong> mittareita joilla voidaan luotettavasti vertailla erilaisten<br />
valintojen kokonaisvaikutuksia niiden koko elinkaaren a<strong>ja</strong>lla<br />
· Selvitetty todelliset säästöpotentiaalit, <strong>ja</strong> siten mahdollistaa liikennöitsijöiden,<br />
liikenteen tilaajien, valmistajien <strong>ja</strong> yhteiskunnan päättäjien päätöksenteon<br />
– Ilman tietoa todellisista vaikutuksista oikeita päätöksiä on vaikea tehdä.<br />
· Antoi luotettavaa tietoa uuden tekniikan pakokaasupäästöistä, mitä voidaan<br />
hyödyntää kalustovalinnoissa <strong>ja</strong> päästölaskelmien tekemisessä<br />
· Loi uusia innovatiivisia ICT-järjestelmiä hyödyntäviä <strong>ja</strong> toimintaa tehostavia,<br />
turvallisuutta parantavia sekä palvelutasoa parantavia menetelmiä <strong>ja</strong> niiden<br />
ympärille kehittyviä palvelumalle<strong>ja</strong><br />
Yleinen viitekehys tekemiselle, liitynnät muihin projekteihin <strong>ja</strong> viestintäasiat on<br />
kuvattu TransEco-ohjelman vuosiraporteissa, jotka ovat haettavissa ohjelman<br />
verkkosivuilta osoitteesta: http://www.transeco.fi/<br />
<strong>VTT</strong>:n käynnistämä viisivuotinen (2009 – 2013) TransEco-ohjelma muodostaa<br />
tutkimusplatformin, jonka puitteissa kokonaisvaltaisesti tarkastellaan <strong>ja</strong> kehitetään<br />
tieliikennesektorin energia- <strong>ja</strong> päästöratkaisu<strong>ja</strong>, <strong>ja</strong> johon tukeudutaan Suomelle<br />
sopivia toimintamalle<strong>ja</strong> kehitettäessä <strong>ja</strong> markkinoille tuotaessa. Suomesta löytyy<br />
osaamista mm. polttoaine<strong>ja</strong>lostuksen, liikenteen biopolttoaineiden, IT-teknologian<br />
<strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>tekniikan (mm. kevytrakennetekniikka, sähkö- <strong>ja</strong> hybridiautot, renkaat,<br />
pakokaasupuhdistimet, työkonemoottorit) alueilla. Kaikkia mahdollisia elementtejä<br />
pitäisi käyttää hyväksi liikenteen ympäristövaikutusten vähentämiseksi.<br />
Käsillä oleva <strong>HDENIQ</strong>-loppuraportti sisältää vuoden 2012 uudet mittaukset, mutta<br />
kokoaa myös yhteen soveltuvin osin aikaisempien vuosien tutkimustuloksia.<br />
Useista alatehtävistä, kuten aerodynamiikkatutkimuksesta, erilaisissa seurantatutkimuksista<br />
<strong>ja</strong> IT-järjestelmätutkimuksista, on vuosien 2009-2011 vuosiraporteissa<br />
esitetty katsauksia kehitystilanteesta <strong>ja</strong> alustavia tuloksia, mutta varsinaiset lopputulokset<br />
on saatu käsiteltäväksi vasta projektin loppupuolella vuonna 2012, <strong>ja</strong> niitä<br />
nyt esitellään tässä raportissa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
8 (142)<br />
2 Ajoneuvotekniikka<br />
2.1 Aerodynamiikka<br />
Nykypäivän tieliikenteessä käytettävät <strong>raskas</strong> tavarankuljetuskalusto ei tyypillisesti<br />
ole aerodynaamisesti optimoitua. Vaikka uusien vetoautojen suunnittelu<br />
huomioikin aerodynamiikan, ei <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmä kokonaisuutena toteuta matalan<br />
ilmanvastuksen periaatteita. Huolimatta siitä, että ilmanvastuksen merkitys<br />
<strong>ajoneuvo</strong>issa on tunnettu jo vuosia, ei kalusto ole oleellisesti muuttunut. Syynä<br />
<strong>ajoneuvo</strong>jen nykytilanteeseen voidaan arvioida olevan esimerkiksi <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
suurimmat sallitut mitat <strong>ja</strong> kuormatilan maksimoiminen, tai se että aerodynaamisia<br />
vaihtoehto<strong>ja</strong> ei ole saatavilla <strong>ja</strong> niiden kustannusten koetaan olevan liian suuria.<br />
On myös mahdollista, ettei aerodynamiikkaa ilmiönä ymmärretä tai että sen<br />
vaikutusta vähätellään <strong>ajoneuvo</strong>issa, joiden ajonopeus on alle 90 km/h.<br />
<strong>VTT</strong>:n aerodynamiikan demonstraatiotutkimuksella pyrittiin osoittamaan keino<strong>ja</strong><br />
aerodynamiikan parantamiseksi nykypäivän tyypillisessä kalustossa sekä osoittamaan<br />
ilmanvastuksen merkittävä vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutukseen. Tehtävän<br />
tavoitteena oli rakentaa aerodynaamisesti paranneltu <strong>ajoneuvo</strong> tyypillisen<br />
nykyaikaisen raskaan yhdistelmän poh<strong>ja</strong>lta. Tutkimus<strong>ajoneuvo</strong> varusteltiin suunnitelman<br />
mukaisesti osasar<strong>ja</strong>lla, joka suunniteltiin parantamaan <strong>ajoneuvo</strong>n aerodynaamista<br />
suorituskykyä. Suunnitelma on esitetty kuvissa 1 <strong>ja</strong> 2.<br />
Kuva 1: Aerodynaamisesti paranneltu <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong>. CAD Suunnittelukuva.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
9 (142)<br />
Kuva 2: <strong>VTT</strong>:n raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n aerodynamiikan konsepti.<br />
Osasar<strong>ja</strong> sisälsi kuusi erillistä parannuskohdetta:<br />
· Ajoneuvon johtoreunan <strong>ja</strong> kuormatilan saumattomasti yhdistävä kate, joka<br />
vähentää ilman pyörteilyä mutta sallii silti hytin jouston.<br />
· Ajoneuvon voimalin<strong>ja</strong>n <strong>ja</strong> takapyörät sulkeva kate, joka vähentää alustan epätasaisuuksien<br />
sekä renkaiden aiheuttamia häiriöitä virtauskenttään. Ajoneuvon<br />
poh<strong>ja</strong>ssa kulkeva virtauskanava alkaa vetoauton alta<br />
· Vetoauton <strong>ja</strong> perävaunun kuormatilojen välinen kate, joka oh<strong>ja</strong>a ilman kuormatilojen<br />
välisen raon yli säilyttäen tasaisen virtauksen <strong>ajoneuvo</strong>n ympärillä.<br />
· Dolly-vaunun (apuperävaunun, jolla puoliperävaunu yhdistetään vetoautoon)<br />
kate, joka muotoilee vaunun sopimaan <strong>ajoneuvo</strong>n virtaviivaiseen muotoon.<br />
Dolly- vaunun kate on myös osa <strong>ajoneuvo</strong>n alla kulkevaa virtauskanavaa<br />
· Perävaunun kate, joka sulkee vaunun epätasaisen poh<strong>ja</strong>n <strong>ja</strong> renkaat. Koko yhdistelmän<br />
alla kulkeva virtauskanava <strong>ja</strong>tkuu myös tässä osassa <strong>ja</strong> oh<strong>ja</strong>a virtausta<br />
koko yhdistelmän takimmaiselle jättöreunalle <strong>ja</strong> vähentää siten virtauskentän<br />
irtoamisen aiheuttamaa pyörteilyä<br />
· Perävaunun jättöreunan kate, joka oh<strong>ja</strong>a virtausta yhdistelmän taakse vähentäen<br />
virtauskentän irtoamisesta johtuvaa pyörteilyä<br />
Katteiden rakenne muotoili <strong>ajoneuvo</strong>n aerodynaamiseksi keskeisiltä alueilta. Ajoneuvon<br />
johtoreuna muotoiltiin koko <strong>ajoneuvo</strong>n yläosan <strong>ja</strong> kuormatilan etureunan<br />
peittävällä katteella. Ajoneuvon sekä perävaunun poh<strong>ja</strong>t katettiin renkaat <strong>ja</strong> voimalin<strong>ja</strong>n<br />
peittävällä kaukalolla. Ajoneuvon alle tehtiin virtauskanava, jonka osana<br />
myös dolly-vaunun kate on.<br />
Kuormatilojen välinen kate oh<strong>ja</strong>a ilmaa kuormatilojen välissä. Ajoneuvon keulaa,<br />
vaikka se on tärkeä osa ilmanvastuksen kannalta, ei kokonaisuudessaan katettu<br />
demonstraatiossa toisaalta riittävän ilman kierron varmistamiseksi konetilassa <strong>ja</strong><br />
toisaalta <strong>ajoneuvo</strong>n mittojen säilyttämiseksi.<br />
Jättöreunan katetta lukuun ottamatta muutokset ovat mahdollisia jo nykyisen lainsäädännön<br />
puitteissa <strong>ja</strong> tarjoavat liikennöitsijöille hyödyllistä tietoa aerodynamiikan<br />
vaikutuksesta <strong>ajoneuvo</strong>n suorituskykyyn sekä keinoista joita sen parantamiseksi<br />
voidaan käyttää.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
10 (142)<br />
Katteita ei ole testattu talviolosuhteissa, mutta alaosan katteet irrottamalla voidaan<br />
mahdollinen lumen pakkautuminen estää. Ajoneuvon yläpuolisten katteiden toimintaan<br />
talviolosuhteet eivät vaikuta.<br />
Aerodynamiikka-demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong> valmistui talvella 2012. Demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>lla<br />
toteutettiin sar<strong>ja</strong> ajovastusmittauksia eri kateyhdistelmillä. Eri ajovastuksia<br />
vertailtiin alustadynamometrilla mittauksissa ajosuoritteiden yli joiden perusteella<br />
ilmanvastuksen vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutukseen voitiin määritellä.<br />
Energian kulutuksen lisäksi toteutettiin virtauskentän visualisointi demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>n<br />
ympärillä savupanoksien tuottamalla savulla.<br />
Kuva 3: <strong>VTT</strong> raskaan kaluston aerodynamiikan demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>.<br />
Virtauskentän visualisointi toteutettiin <strong>ajoneuvo</strong>on kiinnitettyjen savuheitteiden<br />
avulla. Ajoneuvoa ajettiin vakionopeudella testialueella <strong>ja</strong> savun kulkua <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
ympärillä tarkasteltiin visuaalisesti. Visuaalisen tarkastelun avulla voitiin tehdä<br />
arvioita aerodynaamisten katteiden toimivuudesta.<br />
Kuva 4: Virtauskentän visualisointi aerodynamiikkademonstraation <strong>ja</strong> perusrakenteisen<br />
yhdistelmän ympärillä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
11 (142)<br />
Vaikkakaan visualisointi ei anna kuvaa koko virtauskentästä, voidaan siinä tehdä<br />
havainto<strong>ja</strong> virtauksen käyttäytymistä aerodynaamisesti keskeisten alueiden ympärillä.<br />
Näitä ovat:<br />
· Perus<strong>ajoneuvo</strong>ssa ilman virtaus pysähtyy muodon pystysuoriin osioihin<br />
· Perus<strong>ajoneuvo</strong>n ympärillä ilman virtaus kokonaisuudessaan huomattavan<br />
pyörteilevää<br />
· Parannesar<strong>ja</strong>ssa kuormatilojen välinen osa vaatisi <strong>ja</strong>tkokehitystä. Myös perävaunun<br />
johtoreunaa muotoileva kate on yläosastaan liian vähän pyöristetty,<br />
osittain katteen alla olevan kylmälaitteiston takia.<br />
· Ajoneuvon johtoreunan yläosassa virtaus kulkee sulavasti katteen yli<br />
Aerodynaamisten parannusosien asentaminen pienentää <strong>ajoneuvo</strong>on kohdistuvaa<br />
ilmanvastusta <strong>ja</strong> tätä kautta kokonaisajovastuksia. Demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>n ajovastukset<br />
määriteltiin <strong>VTT</strong>:n ajovastusmenetelmällä. Mittaustulokset ilmanvastuksen<br />
osalta on esitetty kuvassa 5. Tuloksista havaitaan, että täysin kattamattoman<br />
perus<strong>ajoneuvo</strong>n ilmanvastus on huomattavan korkea. Tuloksista nähdään<br />
myös tyypillisen tuulioh<strong>ja</strong>imen merkittävä ilmanvastusta vähentävä vaikutus. Erityisen<br />
tärkeä havainto kuitenkin on, miten huono perus<strong>ajoneuvo</strong>n tavallinen päälirakenne<br />
on aerodynaamisesti.<br />
Alapuolisten katteiden vaikutus demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>n ilmanvastukseen oli noin<br />
9 %. Tämä tuli ilmi sekä kattamattomassa <strong>ajoneuvo</strong>ssa että tuulioh<strong>ja</strong>imella varustetussa<br />
<strong>ajoneuvo</strong>ssa. Mittaustulosten mukaan aerodynaamisen parannesar<strong>ja</strong>n kokonaisvaikutus<br />
pienentää ilmanvastusta noin 27 %, verrattuna tyypillisellä ilmanoh<strong>ja</strong>imella<br />
varustettuun perus<strong>ajoneuvo</strong>on.<br />
Kuva 5: Ilmanvastuskerroin eri aerokokoonpanoilla<br />
Ilmanvastuksen vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutukseen ei kuitenkaan riipu pelkästä<br />
ilmanvastuskertoimen muutoksesta, vaan se riippuu ilmanvastuksen osuudesta<br />
kokonaisvastuksissa laskettuna koko ajosuoritteelle. Kokonaisvastus muodostuu<br />
ilmanvastuksen lisäksi renkaiden rullausvastuksesta, inertian aiheuttamasta
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
12 (142)<br />
kiihdytysvastuksesta <strong>ja</strong> tien pituuskaltevuuden aiheuttamasta nousuvastuksesta.<br />
Ilmanvastuksen vähenemisen vaikutuksen määrittämiseksi energian kulutukseen,<br />
demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>lla tehtiin mittauksia <strong>VTT</strong>:n raskaan kaluston alustadynamometrilla<br />
käyttäen rullauskokeessa määritettyjä ajovastusarvo<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> erilaisia ajoprofiile<strong>ja</strong>.<br />
Ajoprofiileiksi valittiin kaksi moottoritietyyppistä ajosykliä. Moottoritiesykli on<br />
hyvä vertailukohta, koska se on yleisin ajosuorite jota raskaalla yhdistelmällä toteutetaan.<br />
Ajoprofiilit olivat TR-moottoritiesykli sekä LOT2-moottoritiesykli.<br />
Syklit ovat samankaltaiset, mutta eroavat toisistaan nopeusvaihteluiden osalta.<br />
Kulutustulokset on esitetty kuvassa 6.<br />
Mittaustuloksesta nähdään ilmanvastuksen suuri merkitys tyypillisessä maantieajossa.<br />
Demonstraatio<strong>ajoneuvo</strong>n polttoaineen kulutus oli TR-moottoritiesyklissä<br />
13 % pienempi kuin pelkällä ilmanoh<strong>ja</strong>imella varustetun <strong>ajoneuvo</strong>n <strong>ja</strong> peräti<br />
23 % pienempi verrattuna <strong>ajoneuvo</strong>on, jossa ei ollut mitään aerodynaamisia<br />
lisälaitteita. LOT2-moottoritiesyklissä erot olivat vastaavasti 12 % <strong>ja</strong> 21 %. Ilmanvastuksien<br />
voittamiseksi tarvittavan työn osuus sykleissä oli vastaavasti 46 %<br />
<strong>ja</strong> 41 %.<br />
Tulokset osoittavat miten ajoprofiili vaikuttaa ilmanvastuksen merkitykseen, mutta<br />
myös sen, miten tärkeässä roolissa ilmanvastus on koko <strong>ajoneuvo</strong>n energiatehokkuutta<br />
a<strong>ja</strong>tellen.<br />
Kuva 6: Ilmanvastuksen vaikutus energian kulutukseen<br />
<strong>VTT</strong>:n aerodynamiikan demonstraatio keskittyi pääasiassa nykylainsäädännön<br />
puitteissa toteutettaviin muutoksiin. Kuitenkin tämän työn lisäksi toteutettiin tutkielma<br />
pidemmälle viedyn konseptin suorituskyvyn arvioimiseksi. Tämä työ toteutettiin<br />
diplomityönä. Tutkielmassa hyödynnettiin pienoismalli-tuulitunnelikokeita<br />
Aalto-yliopiston aerodynamiikan laboratoriossa. Yksi tutkituista aerodynamiikkakonsepteista<br />
on esitetty kuvassa 7.<br />
Konsepteilla saavutetut ilmanvastuskertoimet olivat jopa 64 - 76 % pienempiä,<br />
kuin referenssimallin. Referenssimallina toimi tyypillinen nykyaikainen rakenne
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
13 (142)<br />
tuulioh<strong>ja</strong>imella. Tuulitunnelikokeiden tuloksia tarkastellessa tulee ottaa huomioon,<br />
että tarkastelussa on pienoismalli, eikä kokonaisessa <strong>ajoneuvo</strong>ssa syntyviä<br />
häiriöitä saada siinä täysin toistettua, joten sen antamat tulokset poikkeavat hieman<br />
todellisuudesta. Siten tarkastelussa saatu Cd-arvo voidaan todeta optimistiseksi.<br />
Tarkemmat tulokset tuulitunnelikokeista on raportoitu diplomityössä: Keinot<br />
raskaan kaluston ilmanvastuksen puolittamiseen, K.Killström.<br />
Kuva 7: Kehittynyt aerodynamiikka konsepti lähde: Keinot raskaan kaluston ilmanvastuksen<br />
puolittamiseen, K.Killström, Aalto Yliopisto<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)<br />
2.2 Raskaan kaluston energia<strong>ja</strong>kauma ajosuoritteissa<br />
Raskaan kaluston ajosuoritteella on merkittävä vaikutus siihen mitkä osa-alueet<br />
vaikuttavat energian kulutukseen. Erityyppisissä ajosuoritteissa eri tekijät nousevat<br />
määrääviksi. Tuntemalla nämä vaikutussuhteet voidaan <strong>ajoneuvo</strong>jen energian<br />
kulutuksen tehostamisessa keskittyä oikeisiin toimenpiteisiin. Energia<strong>ja</strong>kaumat<br />
puolen kuorman ajovastuksilla, eri <strong>ajoneuvo</strong>tyypeille, eri ajosuoritteissa on esitetty<br />
taulukossa 1. Taulukossa esitetyt <strong>ja</strong>kaumat koskevat vain <strong>ajoneuvo</strong>n liikuttamiseen<br />
kuluvaa energiaa eivätkä kuvaa <strong>ajoneuvo</strong>n kokonaisenergian kulutusta.<br />
Arvo ”Etotal” tarkoittaa <strong>ajoneuvo</strong>n massan kiihdyttämiseen <strong>ja</strong> ajovastuksiin kuluvaa<br />
energiaa ajosuoritteen yli. Edelleen arvo ”Ev” tarkoittaa ajovastuksiin (rullausvastus,<br />
ilmanvastus) kuluvaa energiaa. ”Eroll” arvo tarkoittaa pelkkiin rullausvastuksiin<br />
kuluvaa energiaa.<br />
Taulukosta 1 voidaan nähdä esimerkiksi, että ajovastuksista Braunschweig-kaupunkibussisyklissä<br />
rullausvastuksen osuus on huomattava (>60 %). Toisaalta ajovastusten<br />
osuus koko <strong>ajoneuvo</strong>n liikuttamiseen kuluvasta energiasta on noin 30<br />
%. Taulukosta käy myös ilmi miten energia <strong>ja</strong>kautuu eri <strong>ajoneuvo</strong>tyypeissä <strong>ja</strong> miten<br />
ajosuorite vaikuttaa energia<strong>ja</strong>kaumaan.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
14 (142)<br />
Taulukko 1: Energian <strong>ja</strong>kautuminen eri ajosuoritteissa eri <strong>ajoneuvo</strong>tyypeillä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)<br />
2.3 Ajoneuvoyhdistelmän sivutuuliherkkyys (<strong>VTT</strong>)<br />
Sivutuulen merkitystä raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n ajovakaudelle pidetään usein vähäisenä.<br />
Kuormatulla <strong>ajoneuvo</strong>lla näin usein onkin. Kuormaamattomalla <strong>ajoneuvo</strong>lla tilanne<br />
voi olla kuitenkin täysin toinen. Sivutuulen aiheuttamat onnettomuudet eivät<br />
edusta suurta osuutta raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen onnettomuuksista, niiden seuraukset<br />
ovat usein hyvin vakavia [1.1]. Sivutuulen vaikutuksesta raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n ajovakauteen<br />
on julkaistu ulkomaisia tutkimuksia myös viime vuosina [1.1], [1.2],<br />
[1.3]. Näissä tutkimuksissa onnettomuusriski on määritetty <strong>ajoneuvo</strong>n kaatumiseksi<br />
sivutuulen seurauksena. Hyvissä kitkaolosuhteissa tämä pitää paikkansa.<br />
Suomessa talvikuukausina vallitsevissa olosuhteissa onnettomuusriskiin sisältyy<br />
myös <strong>ajoneuvo</strong>n hallinnan menettäminen renkaan <strong>ja</strong> tien pinnan välisen pidon<br />
menettämisen seurauksena. Tässä työssä sivutuulen raskaalle <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmälle<br />
aiheuttamaa onnettomuusriskiä tarkasteltiin kotimaan teillä liikkuvan <strong>ajoneuvo</strong>kaluston<br />
<strong>ja</strong> olosuhteiden näkökulmasta.<br />
Työn tavoitteena oli selvittää laskennalliseen malliin perustuen raskaan <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän<br />
ajovakauden kannalta vaarallisen sivutuulen nopeus <strong>ja</strong> suunta.<br />
Ajovakauden tarkastelu <strong>ja</strong>ettiin kallistumisvakauteen <strong>ja</strong> suuntavakauteen. Sivutuuli<br />
oletettiin nopeudeltaan <strong>ja</strong> suunnaltaan vakioksi. Käytetyt simulointimallit <strong>ja</strong> periaatteet<br />
on esitetty tarkemmin <strong>HDENIQ</strong>-projektin vuosiraportissa 2011.<br />
2.3.1 Kallistumisvakaus<br />
Ajoneuvoyhdistelmän kaatumiseen mahdollisesti johtava vaarallinen tuulen nopeus<br />
määritettiin kasvattamalla <strong>ajoneuvo</strong>on vaikuttavaa askelmaista tuulta, kunnes<br />
jonkin renkaan tiehen kohdistuvan voimavektori saavutti arvon nolla. Tarkastelu<br />
tehtiin tasaisella ajoalustalla, jossa renkaan <strong>ja</strong> tien pinnan välinen kitkakerroin oli<br />
0,80. Ajoneuvoyhdistelmällä oletettiin ajettavan vakionopeutta <strong>ja</strong> oh<strong>ja</strong>usheräte pidettiin<br />
nollassa. Vaarallinen tuulen nopeus määritettiin ajonopeuksille 15, 22 <strong>ja</strong><br />
25 m/s <strong>ja</strong> tuulen suunnille 20-120°.<br />
Kaatumiseen johtava vaarallinen tuulen nopeus tuulen suunnan funktiona on esitetty<br />
kuvassa 8. Ylemmässä kuvaa<strong>ja</strong>ssa on esitetty tuulen nopeus vetoautolle <strong>ja</strong><br />
alemmassa kuvaa<strong>ja</strong>ssa puoliperävaunulle. Parametrina kuvaajissa on ajonopeus.<br />
Vaarallisin tuulen suunta <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän kaatumisen kannalta oli 60-70 °.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
15 (142)<br />
Tällöin vaarallinen tuulen nopeus oli matalin, vetoautolle 26 m/s <strong>ja</strong> puoliperävaunulle<br />
25 m/s. Tuloksista havaitaan, että vaarallinen tuulen nopeus puoliperävaunulle<br />
oli matalampi kuin vetoautolle. Tämä on johdonmukaista, koska perävaunun<br />
sivupinta-ala suhteessa massaan on suurempi. Ajonopeuden vaikutus vaaralliseen<br />
tuulen nopeuteen on selkeä. Esimerkiksi ajonopeuden lasku 22 m/s:sta 15 m/s:ssa<br />
nostaa vaarallisen tuulen nopeuden vetoauton tapauksessa arvosta 26 m/s arvoon<br />
30 m/s <strong>ja</strong> perävaunun tapauksessa arvosta 25 m/s arvoon 28 m/s.<br />
Kuva 8. Ajoneuvon kaatumiseen johtava tuulen nopeus tuulen suuntakulman funktiona.<br />
Parametrina ajonopeus.<br />
2.3.2 Suuntavakaus<br />
Sivutuulen aiheuttama kitkatarve <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmälle määritettiin suoralla tiellä,<br />
jossa renkaan <strong>ja</strong> tien pinnan välinen kitkakerroin oli 0,80 <strong>ja</strong> jonka sivukallistuma<br />
oli 4,0 %. Tarkastelutilanteessa <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmään alkoi vaikuttaa vastakkaisen<br />
kaistan puolelta tuuli, jonka nopeus <strong>ja</strong> suunta pysyivät vakioina. Tuulen<br />
vaikuttaessa oh<strong>ja</strong>usherätettä säädettiin siten, että sivusuuntainen poikkeama vetoauton<br />
etuakselin kohdalla pysyi nollassa. Akselikohtaiset kitkatarpeet määritettiin<br />
<strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän saavutettua vakiotilan. Tarkastellut ajonopeudet ovat 15, 22<br />
<strong>ja</strong> 25 m/s, tuulen nopeudet 5, 10, 15, 20 m/s <strong>ja</strong> tuulen suunnat 20-120°.<br />
Akseli- tai telikohtaiset kitkatarpeet määritettiin tuulen suunnan funktiona. Suurimmat<br />
kitkatarpeet saavutettiin tuulen suunnan ollessa 60-70°. Tämä tuulen<br />
suunta todettiin myös kaatumisen kannalta vaarallisimmaksi. Akseli- tai telikohtaiset<br />
kitkatarpeet tuulen suunnalla 70° on esitetty kuvassa 9. Ylemmässä kuvaa<strong>ja</strong>ssa<br />
parametrina on tuulen nopeus ajonopeuden ollessa 22 m/s <strong>ja</strong> alemmassa kuvaa<strong>ja</strong>ssa<br />
parametrina on ajonopeus tuulen nopeuden ollessa 10 m/s. Kuvaajista<br />
havaitaan, että jo navakalla tuulella (tuulen nopeus 8-13 m/s [1.4]) <strong>ajoneuvo</strong>n hallinnan<br />
edellyttämä kitkakerroin on luokkaa 0,20. Ajoneuvoyhdistelmän oh<strong>ja</strong>ttavuuden<br />
kannalta on hyvä, että etuakselin kitkatarve on pienempi kuin muiden akselien.<br />
Vetoauton vetävän akselin kitkatarvetta kasvattaa vetovoiman osuus. Perävaunun<br />
kohdalla dollyn telin kitkatarve on suurempi kuin puoliperävaunun telin<br />
kitkatarve.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
16 (142)<br />
(a)<br />
(b)<br />
Kuva 9. Ajoneuvoyhdistelmän akseli- tai telikohtainen kitkatarve sivutuulessa, (a)<br />
parametrina tuulen nopeus <strong>ja</strong> (b) parametrina ajonopeus.<br />
2.3.3 Johtopäätökset<br />
Tulosten paikkansa pitävyyden kannalta keskeistä on <strong>ajoneuvo</strong>on vaikuttavien aerodynaamisten<br />
voimien todenmukaisuus. Työssä käytetyt aerodynaamiset kertoi-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
17 (142)<br />
met perustuvat lähteeseen, jossa kertoimet on määritetty pienoismallikokeilla.<br />
Näitä tuloksia on varmennettu myös laskennallisilla malleilla [1.3]. Kokeissa käytetylle<br />
<strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmälle tulokset ovat paikkansa pitäviä <strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>on vaikuttavien<br />
aerodynaamisten voimien <strong>ja</strong> momenttien määrittäminen vakiotilassa niihin<br />
perustuen on luotettavaa. Tämän työn tarkastelussa tätä aerodynaamisten voimien<br />
<strong>ja</strong> momenttien kuvausta on sovellettu mitoiltaan suurempaan <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmään.<br />
Tässä on oletettu aerodynaamisten voimien suuruuden sekä niiden resultanttipisteen<br />
si<strong>ja</strong>innin riippuvan lineaarisesti <strong>ajoneuvo</strong>n dimensioista. Aerodynamiikan<br />
epälineaarisen luonteen vuoksi on oletettavaa, että tähän skaalaamiseen sisältyy<br />
virhettä. Työssä tarkastellulle moduuliyhdistelmälle ei ole kuitenkaan tarjolla<br />
yhtä laa<strong>ja</strong>sti mitattu<strong>ja</strong> aerodynaamisia kertoimia, joten skaalaamalla saadut<br />
vastuskertoimet edustavat parasta tarjolla olevaa tietoa tarkasteltuun <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmään<br />
vaikuttavista aerodynaamisista voimista <strong>ja</strong> momenteista.<br />
Ajoneuvoyhdistelmän, vetoauton tai perävaunun, kaatuminen tuulen vaikutuksesta<br />
on mahdollista mutta ei todennäköistä. Käytännössä tällaiseen tarvittaisiin myrskytuuli<br />
avoimella <strong>ja</strong> muusta ympäristöstä korkeammalla paikalla [1.4]. Tulokset<br />
antavat kuitenkin käsityksen vaarallisesta tuulen nopeudesta, jolla pyöräkuorma<br />
menee nollaan <strong>ja</strong> joka on jo lähellä <strong>ajoneuvo</strong>n kaatumista. Ajoneuvon kaatuminen<br />
edellyttää lisäksi riittävän kauan ra<strong>ja</strong>-arvon ylittävää tuulen nopeutta. Tätä vaarallista<br />
tuulen nopeutta voi kuitenkin nimittää kaatumiseen johtavaksi, koska tilanne<br />
on siinä vaiheessa jo todella vakava. Lähteissä sivutuulen aiheuttaman onnettomuusriskin<br />
on mainittu olevan merkittävä tuulen nopeuden ylittäessä 20 m/s [1.3].<br />
Tutkimuksissa on määritetty paikko<strong>ja</strong>, joissa kaatumisia on tapahtunut useita. Tällaisiin<br />
paikkoihin on myös rakennettu tuuliaito<strong>ja</strong> sekä varoitusjärjestelmiä varoittamaan<br />
vaarallisen kovasta tuulesta [1.3].<br />
Sivutuulen vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>n suuntavakauteen <strong>ja</strong> kitkatarpeen lisäykseen on<br />
merkittävä alhaisen kitkan olosuhteissa. Navakalla tuulella (tuulen nopeus<br />
8-13 m/s) tuulen aiheuttama kitkatarve on 0,15-0,2, jota liukkaalla talvikelillä ei<br />
välttämättä saavuteta. Toisaalta tuulen aiheuttama kitkatarve yhdistettynä esimerkiksi<br />
yllättävään <strong>ja</strong>rrutukseen voi viedä <strong>ajoneuvo</strong>n pidon menetykseen.<br />
Tarkastellussa vetoautossa tuulikuorman vaikutuspiste on <strong>ajoneuvo</strong>n painopisteen<br />
takapuolella. Tämä on <strong>ajoneuvo</strong>n hallinnan kannalta toivottavampi tilanne, koska<br />
sivutuuli aiheuttaa pystyakselin suhteen vaikuttavan palauttavan momentin. Tällöin<br />
sivutuulen vaikuttaessa <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän vetoauto pyrkii kääntymään<br />
vastatuulen [1.4]. Toinen suuntavakauden kannalta tärkeä seikka on <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
painon<strong>ja</strong>kauma. Ajoneuvon oh<strong>ja</strong>ttavuuden kannalta on olennaista, että etuakselimassa<br />
on riittävän suuri, jotta eturenkaiden kehittämä sivuvoima riittää <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
hallintaan <strong>ja</strong> tiellä pysymiseen. Kuorma-autoilla tämä ei yleensä ole rajoittava tekijä,<br />
mutta ongelmalliseksi tilanne voi muodostua esimerkiksi takamoottorilla varustetuissa<br />
lin<strong>ja</strong>-autoissa.<br />
Sivupinta-alaltaan suuren <strong>ja</strong> massaltaan kevyen <strong>ajoneuvo</strong>n kuljetta<strong>ja</strong>n on tärkeää<br />
tiedostaa sivutuuleen aiheuttama onnettomuusriski <strong>ja</strong> varautua siihen. Kuljetta<strong>ja</strong><br />
voi pienentää sivutuulen aiheuttamaa onnettomuusriskiä laskemalla ajonopeudetta.<br />
Esimerkiksi ajonopeuden laskeminen 80 km/h:sta 55 km/h:iin nostaa kaatumiseen<br />
johtavaa vaarallista tuulen nopeutta yli 10 %: <strong>ja</strong> pienentää kitkatarvetta noin<br />
20 %.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
18 (142)<br />
2.3.4 Lähdeviitteet<br />
[1.1] Cheli F., Corradi R., Sabbioni E., Tomasini G. Wind tunnel tests on heavy<br />
road vehicles: Cross wind induced loads – Part 1. Journal of Wind Engineering<br />
and Industrial Aerodynamics, 2011. Vol. 99, pages 1000-1010.<br />
[1.2] Cheli F., Ripamonti F., Sabbioni E., Tomasini G. Wind tunnel tests on<br />
heavy road vehicles: Cross wind induced loads – Part 2. Journal of Wind<br />
Engineering and Industrial Aerodynamics, 2011. Vol. 99, pages 1011-1024.<br />
[1.3] Baker C., Cheli F., Orellano A., Paradot N., Proppe C., Rocchi D. Crosswind<br />
effects on road and rail vehicles. Vehicle System Dynamics, 2009.<br />
Vol. 47, pages 983-1022.<br />
[1.4] Tuulet <strong>ja</strong> myrskyt. Ilmatieteenlaitoksen www-sivut [viitattu 20.6.2012]. Saatavissa:<br />
http://ilmatieteenlaitos.fi/tuulet.<br />
[1.5] Juurikkala J. Autotekniikan käsikir<strong>ja</strong>, Autotekniikan perusteet. Kustannusosakeyhtiö<br />
Tammi, 1981. 672 s. ISBN 951-30-4596-X.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Pekka Rahkola (Pekka.Rahkola@vtt.fi)<br />
2.4 Rengastutkimus<br />
<strong>HDENIQ</strong> hankkeen aikana toteutettiin rengastutkimus, jonka tavoitteena oli osoittaa<br />
vetorenkaiden välistä suorituskykyeroa sekä niiden välistä kulutuskestävyys<br />
eroa. Tätä kautta renkaan elinkaarikustannusta voitaisiin paremmin arvioida <strong>ja</strong><br />
tehdä johtopäätöksiä eri rengastyyppien kustannustehokkuudesta. Tutkimustulosten<br />
poh<strong>ja</strong>lta päätettiin laatia web-ohjelmisto joka perustuu tutkimustuloksiin.<br />
Vuoden 2012 aikana rengastutkimus saatettiin päätökseen. Erityyppisten renkaiden<br />
kulutuskestävyydestä saatiin tietoa sekä kaupunkibussien että raskaiden<br />
kuorma-<strong>ajoneuvo</strong>jen osalta, talvikauden ylittävistä kenttätesteistä. Lisäksi renkaiden<br />
rullausvastusta mitattiin alustadynamometrilla, jonka avulla todennettiin myös<br />
renkaiden energian kulutusvaikutus todellisen ajosuoritteen yli.<br />
Kuorma-autojen osalta kenttätutkimus toteutettiin VR-Transpoint Oy:n kuormaautoilla<br />
(60t vetoautot) kahden eri talvikauden yli, jotta renkaiden kulumisominaisuus<br />
voitaisiin todentaa. Kuorma-auton renkaiden kuluminen kaudelta 2010 –<br />
2011 on esitetty kuvassa 10 <strong>ja</strong> kaudelta 2011 – 2012 kuvassa 11. Tuloksista voidaan<br />
havaita, että eri rengasmalleille on erityyppinen kulumisnopeus <strong>ja</strong> sen hyvä<br />
toistuvuus kahden kenttätutkimuskauden yli.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
19 (142)<br />
Driven axle tire wear _ 60 tonn Trucks 2010 - 2011<br />
25.00<br />
20.00<br />
Thread depth [mm]<br />
15.00<br />
10.00<br />
5.00<br />
0.00<br />
Noktop 41<br />
Noktop 45<br />
Noktop 45 Siped<br />
Noktop 21<br />
0 50000 100000 150000<br />
Milage [km]<br />
Kuva 10: Renkaiden kuluminen kilometrisuoritteen suhteen kausi 2010-2011<br />
Driven axle tire wear _ 60 tonn Trucks 2011 - 2012<br />
25<br />
20<br />
10.2011<br />
Thread depth [mm]<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Noktop 41 315/70<br />
Noktop 45 315/80<br />
Noktop HKPL D 315/70<br />
Noktop 21 315/80<br />
0 50000 100000 150000<br />
Milage [km]<br />
Kuva 11: Renkaiden kuluminen kilometrisuoritteen suhteen kausi 2011- 2012<br />
Kauden 2011 – 2012 tutkimuksessa korkeimman kulutuskestävyyden omaava<br />
rengas antoi korkeimman rullausvastustuloksen. Tästä huolimatta sama Noktop 45<br />
rengastus antoi pienimmän kulutustuloksen ajosuoritteen yli. Osaltaan tulokseen<br />
vaikuttaa renkaiden profiiliero, koska kaikki mittaukset suoritettiin samalla <strong>ajoneuvo</strong>lla.<br />
Toiseksi alhaisimman polttoaineen kulutustuloksen ajosuoritteen yli antanut<br />
rengas puolestaan antoi matalimman rullausvastustuloksen. Tulokset vahvistavat<br />
vuoden 2011 raportoinnissa esitettyä näkökantaa ettei vetävän akselin renkaiden<br />
energian kulutusvaikutusta voida suoraan arvioida pelkän rullausvastuksen<br />
poh<strong>ja</strong>lta. Polttoaineen kulutus moottoritiesyklin yli on esitetty kuvassa 12.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
20 (142)<br />
Yksi Noktop 21 sarjoista korvattiin kenttätutkimuksen alussa toisella sar<strong>ja</strong>lla erikoiskuljetusten<br />
takia. Osa tutkimuksen renkaista vaurioitui tutkimuksen aikana.<br />
Kuva 12: Renkaiden vaikutus polttoaineen kulutukseen moottoritiesyklissä.<br />
Vastaavanlainen tutkimus bussien renkailla toteutettiin Veolia Transport Finlandin<br />
kaupunkibusseilla. Renkaiden kuluminen on esitetty kuvassa 13. Tuloksissa<br />
nähdään kuorma-autotutkimuksen tapaan renkaiden ominainen kulumisnopeus.<br />
Kuvaa<strong>ja</strong>sta nähdään myös kevätkaudella voimistuva kuluminen.<br />
Driven axle tire wear _ city busses<br />
25.00<br />
11.2010<br />
20.00<br />
04.2011<br />
Thread depth [mm]<br />
15.00<br />
10.00<br />
5.00<br />
Noktop 45<br />
GT-radial 867<br />
Noktop 21<br />
Bridgestone M788<br />
Mich. X-In City<br />
06.2011<br />
0.00<br />
0 50000 100000<br />
Milage [km]<br />
Kuva 13: Kaupunkibussien renkaiden kuluminen kilometrisuoritteen suhteen.<br />
Kuva 14 esittää renkaiden vaikutusta polttoaineen kulutukseen uutena.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
21 (142)<br />
Kuva 14: Kaupunkibussien renkaiden kulutuserot uutena.<br />
Kuva 15 esittää renkaiden kulumisen vaikutuksen <strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutukseen.<br />
Mitatut tulokset ovat peräisin dynamometrimittauksista sekä uusilla että kuluneilla<br />
renkailla. Laskennallinen tarkastelu taas poh<strong>ja</strong>utuu ko. renkaiden rullausvastusmittauksien<br />
tuloksiin. Tuloksista nähdään miten pelkän rullausvastuksen<br />
määrittäminen vetorenkaissa ei välttämättä anna todellista kuvaa sen suorituskyvystä.<br />
Lisäksi tulokset osoittavat että kuluneet vetorenkaat ovat huomattavasti<br />
energiataloudellisempia kuin uudet, vaikka rullausvastuksen ei havaita laskevan<br />
samassa suhteessa.<br />
Calculated consumption and measured consumption in Braunschweig cycle<br />
45.00<br />
Measured 2010<br />
44.00<br />
43.00<br />
Measured 2011<br />
Calculated 2010<br />
Calculated 2011<br />
-5,94%<br />
Consumption [l/100 km]<br />
42.00<br />
41.00<br />
40.00<br />
-2,42%<br />
-5,07%<br />
-2,73%<br />
-4,67%<br />
39.00<br />
38.00<br />
37.00<br />
Michelin XZA (test) GT radial 867 Bridgestone 788 Michelin X in City Noktop 45 Noktop 21<br />
Kuva 15: Kaupunkibussien energian kulutus uusilla <strong>ja</strong> käytetyillä renkailla; rullausvastukseen<br />
perustuva tarkastelu verrattuna mitattuun.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
22 (142)<br />
Rengastutkimuksen tuloksia hyödynnettiin rengaslaskurin kehityksessä. Rengaslaskurin<br />
kehitystyö on saatettu loppuun <strong>ja</strong> siitä on julkaistu esiversio koekäyttöön<br />
osoitteessa http://<strong>ajoneuvo</strong>t.vtt.fi/<strong>ajoneuvo</strong>t/rengaslaskuri.jsp. Lopullinen versio<br />
laskurista julkaistaan, kun sen toiminnallisuus saadaan lopullisesti varmistettua.<br />
(Huom. toimii vain MS Internet Explorer-selaimella<br />
Rengaslaskuri laskee eri rengaskombinaatioiden kokonaistaloudellisuutta perustuen<br />
osittain <strong>VTT</strong> tutkimustietoon <strong>ja</strong> toisaalta käyttäjän määrittelemiin arvoihin.<br />
Kuvassa 16 on esitetty rengaslaskurin käyttöliittymä.<br />
Kuva 16: Rengaslaskurin käyttöliittymä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
23 (142)<br />
2.5 Öljytesti<br />
2.5.1 Testin valmistelu <strong>ja</strong> tausta<br />
Öljytestissä oli tavoitteena tutkia käytössä vanhennetun öljyn <strong>ja</strong> tuoreen öljyn<br />
eroavaisuuksia <strong>ja</strong> niiden vaikutusta moottorin toimintaan. Sekä vanhennetut, että<br />
uudet öljyt oli tarkoitus käyttää samaa moottoria käyttävässä autossa, jota ajetaan<br />
<strong>VTT</strong>:n raskaalla alustadynamometrilla <strong>ja</strong> päästömittauslaitteistolla. Mittauksissa<br />
käytetty auto sekä öljynvaihtovälineistöä näkyy kuvassa 17.<br />
Öljyjen vanhennus käynnistettiin vuoden 2011 lopulla kolmessa Veolian operoimassa<br />
kaupunkibussissa, joissa käytettiin kolmea erilaista moottoriöljyä. Tutkittavat<br />
öljyt olivat:<br />
· Nexbase 5W-30 (Neste Oil kehitystuote)<br />
· Shell Rimula R6 LME 5W-30<br />
· Teboil Super XLD EEV 10W-40 (referenssi, lin<strong>ja</strong>-autojen vakioöljy)<br />
Vanhennustestissä käytettävät lin<strong>ja</strong>-autot olivat Iveco Irisbus Crossway LE lin<strong>ja</strong>auto<strong>ja</strong>,<br />
jotka olivat vuosimalliltaan 2010, <strong>ja</strong> niillä oli ajettu ennen testin aloittamista<br />
125–145 tkm. Moottorinaan autot käyttivät Cursor 8 moottorin 243 kW tehoista<br />
versiota, joka täyttää EEV päästötason vaatimukset.<br />
Autoista neljä operoi testin aikana Espoon linjo<strong>ja</strong> 143 <strong>ja</strong> 145, sekä kaksi linjo<strong>ja</strong><br />
147 <strong>ja</strong> 150. Autoille kertyi ajoa 9- 12 tkm kuukaudessa, <strong>ja</strong> niiden keskikulutus oli<br />
noin 37 l/100km. Eroavista reiteistä huolimatta, autojen päivittäinen ajosuorite oli<br />
hyvin samanlainen. Linjojen aikana autolla ajettiin väylä- <strong>ja</strong> kaupunkiajoa.<br />
Kuva 17. Testiauto alustadynamometrillä <strong>ja</strong> öljynvaihtovälineistöä.<br />
Jokainen öljy vanhennetaan yhdessä testiautossa 40 000 km ajomäärään. 40 000<br />
km on kyseisen lin<strong>ja</strong>-autotyypin öljynvaihtoväli. Öljyistä otetaan säännöllisesti<br />
näytteitä laboratorioanalyysejä varten. Analyysien tuloksia seurataan, jotta moottorille<br />
vaaralliset kulumat voidaan havaita.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
24 (142)<br />
Ennen alustadynamometrimittauksia autoilla ehdittiin a<strong>ja</strong>a kaksi erää 40 000 km<br />
vanhennettua öljyä. Näistä kahdesta erästä sekoitettiin varsinainen testiöljy.<br />
Autoihin oli lisätty vanhennuksen aikana uutta öljyä käytössä hävinneen tilalle,<br />
mutta näiden lisäysten kir<strong>ja</strong>npidossa havaittiin puutteellisuuksia, sillä joihinkin<br />
autoihin ei ollut merkitty lainkaan öljyn lisäyksiä, vaikka toisiin autoihin oli lisätty<br />
yli 10 litraa tuoretta öljyä.<br />
Vanhennetun öljyn laimenemissuhde jäi siis epäselväksi, mutta talteen saatujen<br />
tulosten perusteella voidaan arvioida, että alkuperäisen öljyn lisäksi autoihin lisättiin<br />
öljyä 10–30% nimellismäärästä.<br />
Moottorin öljytilavuudesta kadonnut määrä ei johtunut pelkästään öljyn poistumisesta<br />
moottorista palamalla tai vuotamalla, vaan osa poistui moottorista otettujen<br />
öljynäytteiden vuoksi.<br />
Vanhennustestissä oli mukana myös toinen kolmen auton ryhmä, joilla oli tarkoitus<br />
a<strong>ja</strong>a normaalia vaihtoväliä pidempi, 60.000 km:n ajomäärä. Näiden autojen öljyistä<br />
ei kuitenkaan saatu talteen niin suurta määrää, että sillä olisi voitu toteuttaa<br />
alustadynamometrimittauksia. Tästä ryhmästä saatiin kuitenkin talteen näytteet<br />
laboratorioanalyysejä varten.<br />
Öljyjen dynamometrimittaukset <strong>VTT</strong>:llä suoritettiin vuoden 2012 kesällä. Mittaukset<br />
suoritettiin samanlaista moottoria, mutta Voith-vaihteistoa käyttävällä autolla,<br />
kun vanhennuksessa käytetyt autot käyttivät ZF-vaihteistoa. Erilaista vaihteistoa<br />
käyttävä auto valittiin erään toisen testilaboratorion suosituksesta.<br />
Testeissä käytetty auto lainattiin testiä varten Veolia Transportilta. Noutohetkellä<br />
auton pakopäästöjen jälkikäsittelylaitteiston vikavalo paloi, mutta auto saatiin Ivecon<br />
huollossa kor<strong>ja</strong>ttua ennen mittausten alkua. Vikavalon palaminen aiheuttaa<br />
EEV-päästötason autoissa siirtymisen alennettuun moottoritehoon.<br />
Vian syynä oli urearuiskutukseen liittyvä ”paineilmasekoitinventtiili”, joka oli<br />
tukkeutunut kiteytyneestä ureasta. Huoltotoimenpiteiden jälkeen jälkikäsittelyjärjestelmä<br />
ei enää oireillut.<br />
Kyseinen auto oli käytössä testiauto<strong>ja</strong> hitaammassa lin<strong>ja</strong>-ajossa, jossa autolla ei<br />
ajettu juurikaan maantienopeuksilla. Tämän tyyppinen ajo altistaa kyseisen autotyypin<br />
urean ruiskutusjärjestelmän kiteytymisongelmille, kun moottori ei pääse<br />
käymään ajon aikana kovalla kuormalla pitkäkestoisia aiko<strong>ja</strong>.<br />
2.5.2 Testin suorittaminen<br />
Mittauksia varten auto kiinnitettiin tavanomaiseen tapaan <strong>VTT</strong>:n raskaalle alustadynamometrille,<br />
<strong>ja</strong> sen polttoainelin<strong>ja</strong>t liitettiin ulkoiseen polttoainesäiliöön, josta<br />
polttoaineenkulutus saadaan mitattua. Auto myös liitettiin ulkoisen laturiin, jotta<br />
akkujen lataus ei aiheuta polttoaineenkulutusta.<br />
Urea-lin<strong>ja</strong>t päätettiin jättää kytkemättä vastaavaan järjestelmään, sillä niiden irrottaminen<br />
kyseisestä automallista tiedettiin hankalaksi toteuttaa autoa vaurioittamatta.<br />
Urean kulutuksen seuraamista ei myöskään katsottu tämän tyypin testissä<br />
oleelliseksi, sillä odotetut erot kulutuksessa eivät olisi mittatarkkuuden vuoksi<br />
helposti erotettavissa.<br />
Auton öljypoh<strong>ja</strong>an lisättiin mittausjärjestelmään liitetty lämpötilanmittauspiste,<br />
jotta öljyn lämpötilaa pystyttiin seuraamaan <strong>ja</strong> tallentamaan.<br />
Testissä käytettiin seuraavaa etenemisjärjestystä:<br />
1. auton alkuperäiset öljyt valutettiin pois <strong>ja</strong> öljynsuodatin irrotettiin
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
25 (142)<br />
2. tulpan lähiseudulta öljypoh<strong>ja</strong>sta imettiin ”imuvaihta<strong>ja</strong>lla” mahdollisia saostumia<br />
pois<br />
3. auto varustettiin öljypoh<strong>ja</strong>n poh<strong>ja</strong>tulpalla, jossa oli venttiili<br />
4. öljyjen annettiin valua (vähintään) edellisen päivän iltapäivästä seuraavaan<br />
aamuun<br />
5. suodatin asennettiin paikoilleen, <strong>ja</strong> sisään laitettavalla öljyllä huuhdeltiin<br />
vielä poh<strong>ja</strong>venttiilin luota viimeisetkin rippeet vanhaa öljyä pois<br />
6. venttiili suljettiin, <strong>ja</strong> täysi öljymäärä lisättiin<br />
7. testin alussa autoa lämmitettiin a<strong>ja</strong>malla alustadynamometrilla vakionopeutta,<br />
kunnes tarkasteltava vertailulämpötila (noin 85 ˚C) öljypoh<strong>ja</strong>ssa saavutettiin<br />
8. lämmitetyllä autolla ajettiin 3 peräkkäistä Braunschweig-sykliä<br />
9. (Lounas)tauon jälkeen kohdat 7 <strong>ja</strong> 8 toistettiin.<br />
10. vaihdetaan testiöljyä: suodatin poistetaan, venttiili avataan <strong>ja</strong> toistetaan<br />
kohdat 4-9. Testin edetessä vanhennettu öljy ajettiin aina ennen samaa öljyä<br />
uutena<br />
Autossa olleet öljyt olivat juuri vaihtovälin kohdalla., <strong>ja</strong> olivat samaa öljyä, kuin<br />
yksi testiöljyistä. Autojen vakioöljyllä oli tarkoitus a<strong>ja</strong>a viimeinen testi, <strong>ja</strong> jättää<br />
uusi öljy autoon. Testissä käytetty öljy päätettiin kuitenkin ottaa talteen, <strong>ja</strong> auto<br />
palautettiin uudella öljyllä varustettuna.<br />
Sykliajot ajettiin tavallista <strong>VTT</strong>:n raskaan alustadynamometrin mittauskäytäntöä<br />
noudattaen, jossa yksi mittaussar<strong>ja</strong> koostuu yhdestä lämmityssyklistä <strong>ja</strong> kahdesta<br />
mittaussyklistä. Lämmityssykleistä ei yleensä oteta päästömittauksia, sillä niissä<br />
auton annetaan tasaantua ajosyklin aiheuttamiin lämpötiloihin <strong>ajoneuvo</strong>n eri osissa.<br />
Lämmityssyklistä otetaan kuitenkin talteen polttoaineenkulutus, sekä dynamometrin<br />
tiedonkeruujärjestelmältä saatavat tiedot.<br />
Testi eteni suunnitellusti muuten hyvin, mutta ensimmäisen öljyn mittauksissa tuli<br />
ongelma, koska auto vakionopeudensäädintä ei saatu toimimaan. Myöhemmissä<br />
ajoissa tämä kuitenkin saatiin toimimaan. Auton mittauksia edeltävä lämmitysajo<br />
onnistui, joten tämä ei vaikuttanut sykliajojen tuloksiin.<br />
Alkulämmityksenä toimineet vakionopeusajot olisivat olleet mittausten kannalta<br />
myös tärkeä vaihe. Nyt ensimmäisen öljyn vakionopeusajo ei ole vertailukelpoinen<br />
muiden kanssa.<br />
Toinen ongelma pal<strong>ja</strong>stui vasta autoa alustadynamometrilta irrottaessa. Auton toinen<br />
taka<strong>ja</strong>rru oli varsin lämmin toiseen verrattuna, <strong>ja</strong> tämä viittasi joko laahaamiseen<br />
tai <strong>ja</strong>rrujen epätasapainoon. Jarrut lämpenevät normaalistikin sykliajoissa,<br />
mutta täysin toimivalla autolla lämpötilojen pitäisi olla varsin tasaiset <strong>ja</strong>rrujen välillä.<br />
Tulosten perusteella laahaaminen on joko ollut erittäin lievää tai <strong>ja</strong>tkunut koko<br />
testin a<strong>ja</strong>n tasaisena. Eri ajojen työmäärissä oli pieniä ero<strong>ja</strong>, mutta muutoksen<br />
suunta vaihteli, eikä siirtynyt <strong>ja</strong>tkuvasti samaan suuntaan. Ilmeisesti <strong>ja</strong>rruongelma<br />
ei siis sotkenut testin tuloksia. Sykleissä toteutuneet ajomatkat <strong>ja</strong> työmäärät on<br />
esitetty kuvassa18.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
26 (142)<br />
11.30<br />
11.25<br />
11.20<br />
11.15<br />
11.10<br />
11.05<br />
11.00<br />
10.95<br />
10.90<br />
10.85<br />
10.80<br />
10.75<br />
Matka [km]<br />
Pos työ [kWh]<br />
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36<br />
Sykliajot ajojärjestyksessä<br />
Kuva 18. Ajettujen sykilimittausten totetutunut matka <strong>ja</strong> työmäärä.<br />
2.5.3 Dynamometrimittausten tulokset<br />
Tuntemattomasta syystä auto ei näyttänyt tuottavan erityisen tasaisia tuloksia. 6.<br />
toistoissa (kullakin öljyllä) esiintyi suoritetussa työmäärässä varsin isoa vaihtelua.<br />
Vaihtelussa ei vaikuttanut olevan selvää kaavaa, vaan toisinaan lämmittelysyklissä<br />
esiintyi mittaussar<strong>ja</strong>n suurin työmäärä, toisinaan pienin.<br />
Ongelmaa lähestyttiin poimimalla kustakin kuuden mittauksen sar<strong>ja</strong>sta eniten samalla<br />
tavalla toistuneet yksittäiset syklimittaukset. Näiden löytämiseksi laadittiin<br />
laatuluvut, jotka kertovat toteutuneen ajonopeuden poikkeamisesta syklin tavoitteesta.<br />
Toteutunut <strong>ja</strong> tavoite ajonopeus kohdistettiin toisiinsa 0.1 s tarkkuudella.<br />
Laatuluku<strong>ja</strong> eroteltiin neljä. Kaksi niistä kertoo, poikkeaman tavoitteen yläpuolella,<br />
<strong>ja</strong> kaksi, poikkeamisen tavoitteen alapuolella. Laatuluvut lasketaan summaamalla<br />
kustakin yksittäisestä mittapisteestä lasketut arvot yhteen. Yksikkönä laatuluvuissa<br />
käytettiin aikaa kertaa nopeuden poikkeama eli yksikkönä s×km/h.<br />
Matemaattisesti tämä olisi voitu muuttaa helposti matkaksi, mutta yksikkö pidettiin<br />
erikoisena, jottei se sekaannu todellisiin matkan toteutumiin, sillä laatuluvut<br />
jätettiin laskematta, kun auton tuottama teho rullille oli negatiivinen. Lisäksi positiivisen<br />
<strong>ja</strong> negatiivisen poikkeaman laatuluvut eroteltiin moottorin tehon mukaan<br />
kahteen osaan, eli 0
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
27 (142)<br />
Laadittujen laatulukujen avulla oli tarkoitus poimia kustakin mittaussar<strong>ja</strong>sta yksi<br />
syklimittaus, jonka tuloksia tarkastellaan. Osoittautui kuitenkin, että syklit olivat<br />
toteutuneet varsin hyvin, <strong>ja</strong> vain yhdessä erottui huomattava poikkeama.<br />
Uudella Shellin öljyllä ajettu 3. ajo oli mittasar<strong>ja</strong>n ainoa laatulukujen mukaan<br />
huomattavasti epäonnistunut. Jostain syystä autolla ajettiin muutamassa kohdassa<br />
liian suurella nopeudella. Laatuluvut ovat esitetty kuvissa 19, 20 <strong>ja</strong> 21.<br />
Selityksenä työmäärän suuriin eroihin <strong>ja</strong> laatulukujen tasaisuuteen täytyi olla <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
<strong>ja</strong>rrujen epätoivottu käyttäytyminen. Käyttökelpoisten tulosten saamiseksi,<br />
tulostenkäsittelyyn tarvittiin monimutkaisempi menetelmä.<br />
800<br />
700<br />
Nexbase<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Dif, neg 2<br />
Dif, pos 2<br />
Dif, neg 1<br />
Dif, pos 1<br />
100<br />
0<br />
Kuva 19. Nexbase-öljyn laatuluvut ajetuista sykleistä.<br />
700<br />
600<br />
Shell<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
Dif, neg 2<br />
Dif, pos 2<br />
Dif, neg 1<br />
Dif, pos 1<br />
0<br />
Kuva 20. Shell-öljyn laatuluvut ajetuista sykleistä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
28 (142)<br />
700<br />
600<br />
Teboil<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
Dif, neg 2<br />
Dif, pos 2<br />
Dif, neg 1<br />
Dif, pos 1<br />
100<br />
0<br />
Kuva 21. Teboil-öljyn laatuluvut ajetuista sykleistä.<br />
Ratkaisuksi tuli jokaisen ajetun syklin pilkkominen osiin, <strong>ja</strong> huonosti toteutuneiden<br />
osien poistaminen. Braunschweig-sykli on kestoltaan noin 1730 sekuntia, <strong>ja</strong><br />
siinä on useita kohtia, joissa moottori<strong>ja</strong>rrutuksen vuoksi polttoaineenkulutusta ei<br />
tapahdu. Sykli pilkottiin näistä kohdista 11 osaan, joiden pituus oli keskimäärin<br />
157 sekuntia, vaihdellen 70 <strong>ja</strong> 250 sekunnin välillä.<br />
Näitä 11 tarkastelupistettä käsitellään prosentuaalisena poikkeamana kaikkien 36<br />
arvon keskiarvosta kyseisellä välillä. Tällöin vältetään laskennassa ongelma eriävistä<br />
keskiarvoista 11 tarkastelupisteen välillä. Lyhyemmillä tarkasteluväleillä on<br />
suhteellisesti enemmän painoarvoa tällä menetelmällä, mutta tätä ei koettu tulosten<br />
kannalta ongelmallisena. Tarkasteluvälit ovat esitetty kuvassa 22.<br />
Ajonopeus [km/h]<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800<br />
Aika [s]<br />
0-180<br />
180-250<br />
250-470<br />
470-630<br />
630-760<br />
760-870<br />
870-1030<br />
1030-1200<br />
1200-1450<br />
1450-1620<br />
1620-1731.5<br />
Kuva 22. Laskentaa varten osiin pilkottu Braunschweig-sykli.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
29 (142)<br />
,<br />
= 1 3 1 7 + 1 7 + 1 7 + 1 7 + 1 7 + 1 7 + 1 7 <br />
+ 1 3 1 5 + 1 5 + 1 5 + 1 5 + 1 5 <br />
+ 1 3 1 3 + 1 3 + 1 3 <br />
Kaava 1. 7 pisteen painotetun keskiarvon laskenta<br />
Sykli olisi voitu pilkkoa myös muutamasta muusta välistä, mutta löydetyt 10 katkaisuväliä<br />
vaikuttivat käyttökelpoisimmilta.<br />
Tallennettava polttoaineen kulutus huojuu niin paljon, että ennen pilkkomista, käsiteltävistä<br />
arvoista laskettiin painotettu 7 pisteen keskiarvo. Samalla menetelmällä<br />
käsiteltiin myös lasketut työmäärät, sillä myös niiden arvoissa on huojuntaa,<br />
joskin polttoaineen kulutusta pienempää. Kaavan yhtälö on esitetty kaavassa 1.<br />
Jokainen leikattu mittausväli keskiarvoistettiin kyseiselle tarkasteluvälille, <strong>ja</strong> tämän<br />
jälkeen kustakin pilkotusta syklistä poistettiin ne arvot, jotka poikkesivat koko<br />
syklin (jäljelle jääneiden arvojen) keskiarvosta yli 2 %. Tämä käsittely tehtiin<br />
polttoaineen kulutukselle <strong>ja</strong> työmäärälle, mutta laatulukujen avulla pääteltiin ajomatkan<br />
toteutuneen riittävän hyvin, jotta sitä olisi kannattanut tarkastella yhtä syvällisesti.<br />
Laskennassa käytettiin ajomatkana kolmen toteutuneen ajomatkan keskiarvoa.<br />
Ajomatka tarvittiin laskentaa varten, jotta polttoaineenkulutus saatiin laskettua.<br />
kg/100 km <strong>ja</strong> l/100 km yksiköihin.<br />
Sen lisäksi, että tuloksista poistettiin keskiarvosta yli 2 % poikenneet, poistettiin<br />
myös sellaiset arvot, joissa vastaavan pisteen työmäärä tai polttoaineen kulutus oli<br />
poistettu. Tarkasteltavista 396:sta laskentapisteestä jäi jäljelle 303.<br />
Vaikka huonosti toteutuneiden pisteiden poiminta tehtiinkin prosentuaalisina<br />
poikkeamina, saadaan kuitenkin varsinaiset tulokset laskettua oikeilla lukuarvoilla.<br />
Jäljelle jääneistä mittapisteistä laskettiin kullekin öljylle keskiarvo ensin kullakin<br />
11 tarkasteluvälille, <strong>ja</strong> tämän jälkeen keskiarvo näistä 11 laskentapisteestä. Yhdenkään<br />
öljyn mistään 11 tarkasteluvälistä eivät kadonneet kaikki pisteet, joten<br />
keskiarvoistus onnistui tällä menetelmällä.<br />
Kuvissa 23 <strong>ja</strong> 24 on esitetty mitatut polttoaineenkulutukset eri yksiköissä. Öljyistä<br />
Nexbase <strong>ja</strong> Teboil olivat tuloksiltaan hyvin samaa tasoa, mutta Shell tuotti pienemmän<br />
kulutuksen. Kuvassa 25 on laskettu prosentuaalinen poikkeama kaikkien<br />
keskiarvoon nähden <strong>ja</strong> kuvassa 26 prosentuaalinen poikkeama referenssiöljyyn<br />
nähden.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
30 (142)<br />
43.80<br />
43.70<br />
43.60<br />
FC [l/100 km]<br />
43.50<br />
43.40<br />
43.30<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
43.20<br />
43.10<br />
vanha uusi keskiarvo<br />
Kuva 23. Polttoaineenkulutus l/100 km yksikössä.<br />
36.60<br />
36.50<br />
36.40<br />
FC [kg/100 km]<br />
36.30<br />
36.20<br />
36.10<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
36.00<br />
35.90<br />
vanha uusi keskiarvo<br />
Kuva 24. Polttoaineenkulutus kg/100 km yksikössä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
31 (142)<br />
0.80%<br />
0.60%<br />
0.40%<br />
FC/s [%]<br />
0.20%<br />
0.00%<br />
-0.20%<br />
-0.40%<br />
vanha<br />
uusi<br />
keskiarvo<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
-0.60%<br />
-0.80%<br />
-1.00%<br />
Kuva 25. Polttoaineenkulutus kaikkien keskiarvoon nähden.<br />
0.40%<br />
0.20%<br />
0.00%<br />
FC/s [%]<br />
-0.20%<br />
-0.40%<br />
-0.60%<br />
vanha<br />
uusi<br />
keskiarvo<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
-0.80%<br />
-1.00%<br />
-1.20%<br />
Kuva 26. Polttoaineenkulutus referenssiöljyn (Teboil) keskiarvoon nähden.<br />
Nähdään, että Shell kulutti polttoainetta keskiarvoon nähden 0.7 % <strong>ja</strong> referenssiöljyyn<br />
(Teboil) verrattuna 1.0 % vähemmän. Nexbase <strong>ja</strong> Teboil olivat noin 0.07 %<br />
päässä toisistaan.<br />
Referenssiarvon keskiarvoon verratessa näkyy myös, että Nexbasen <strong>ja</strong> Teboilin<br />
polttoaineenkulutus on muuttunut eri suuntaan vanhan <strong>ja</strong> uuden öljyn mittauksissa.<br />
Teboilin tavoin, myös Shellin kulutus oli uudella öljyllä pienempi.<br />
Uuden <strong>ja</strong> vanhan öljy välillä oli muutoksena Shellillä pienenemistä vähän yli 0.2<br />
%, Nexbasella kasvua va<strong>ja</strong>a 0.5 % <strong>ja</strong> Teboililla pienenemistä noin 0.2 %.<br />
Polttoaineenominaiskulutus huomioi myös muutokset työmäärissä. Polttoaineen<br />
ominaiskulutus on esitetty kuvassa 27, <strong>ja</strong> prosentuaalisina osuuksina kuvissa 28 <strong>ja</strong><br />
29.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
32 (142)<br />
357<br />
356<br />
SFC [g/kWh]<br />
355<br />
354<br />
353<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
352<br />
351<br />
vanha uusi keskiarvo<br />
Kuva 27. Polttoaineen ominaiskulutus.<br />
1.00%<br />
0.80%<br />
0.60%<br />
SFC [%]<br />
0.40%<br />
0.20%<br />
0.00%<br />
-0.20%<br />
-0.40%<br />
vanha<br />
uusi<br />
keskiarvo<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
-0.60%<br />
-0.80%<br />
Kuva 28. Polttoaineenominaiskulutus kaikkien keskiarvoon nähden.<br />
Muutokset eivät ole kovin suuria, mutta Nexbasen <strong>ja</strong> Teboilin välisen pienet erot<br />
tasoittuivat entisestään. Eroa näiden välillä (referenssiöljyyn verrattuna) ei ollut<br />
kuin 0.04 %, <strong>ja</strong> eroa Shelliin 0.8 %:iin. Nexbasen osalta uuden <strong>ja</strong> vanhan öljyn välillä<br />
oli kulutuksen kasvua va<strong>ja</strong>a 0.9 % <strong>ja</strong> Teboililla 0.2 %. Shellin kulutus pienetyi<br />
0.3 %.<br />
Työmäärän huomioiminen muutti tilannetta kuitenkin niin, että polttoaineen ominaiskulutuksen<br />
muutos vanhan <strong>ja</strong> uuden öljyn välillä oli samaan suuntaan Nexbasella<br />
<strong>ja</strong> Teboililla, <strong>ja</strong> vain Shellillä uusi öljy tuotti vanhaa öljyä pienemmän arvon.<br />
Sykli pilkkomalla saatiin käsiteltyä tuloksia niin, että saatiin auton teknisistä vaikeuksista<br />
huolimatta laskettua öljyille tärkeimmät suoritusarvot. Näiden tulosten<br />
mukaan Shell näyttää tuottaneen vähän pienemmän polttoaineen kulutuksen, <strong>ja</strong><br />
muut pääsivät lähes identtiseen tulokseen (kuva 29).
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
33 (142)<br />
0.60%<br />
0.40%<br />
0.20%<br />
SFC [%]<br />
0.00%<br />
-0.20%<br />
-0.40%<br />
-0.60%<br />
vanha<br />
uusi<br />
keskiarvo<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
-0.80%<br />
-1.00%<br />
-1.20%<br />
Kuva 29. Polttoaineen ominaiskulutuksen poikkeamat referenssiöljyn (Teboil)<br />
keskiarvoon nähden.<br />
Kuvassa 30 on esitetty vertailun vuoksi polttoaineen ominaiskulutuksen tulokset<br />
suoraan kaikkien syklien tuloksista laskemalla. Kaikkien öljyjen tuloksissa on<br />
useita joukosta merkittävästi poikkeavia arvo<strong>ja</strong>. Shellin osalta tulokset ovat niukasti<br />
muita paremmat, mutta niissä on myös muihin nähden vähemmän hajontaa.<br />
364<br />
SFC [g/kWh]<br />
362<br />
360<br />
358<br />
356<br />
354<br />
352<br />
350<br />
Nexbase<br />
Shell<br />
Teboil<br />
Kuva 30. Polttoaineen ominaiskulutus kaikista sykliajoista<br />
Teboilin öljy oli viskositeettiluokitukseltaan erilainen, joten sen suoritusarvojen<br />
olisi voinut olla muita vähän huonompi. Tosin erot viskositeetissa osoittautuivat<br />
varsin pieniksi laboratorioanalyyseissä.<br />
Näyttää siltä, että vanhennetun öljyn suorituskyky ei merkittävästi huonone öljynvaihtoväliin<br />
tultaessa. Shellin öljyn suorituskyky jopa parantui öljyn vanhetessa.<br />
Syntyneet erot ovat ainakin niin pieniä, ettei niitä voida havaita kokonaista autoa<br />
mittaamalla. Vaihtoväliä vanhemmaksi vanhennetut öljyt jäivät tässä testissä mit-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
34 (142)<br />
taamatta, mutta mahdollisesti löydettävät erot olisivat saattaneet olla paremmin<br />
havaittavissa.<br />
2.5.4 Öljynäytteiden analyysitulokset<br />
Autoista kerättiin vanhennusajon aika 4-6 öljynäytettä laboratorioanalyyse<strong>ja</strong> varten.<br />
Tarkoitus oli selvittää öljyn suorituskyvyn heikkenemistä iän myötä. Osalla<br />
autoista ajettiin 50 % öljyn vaihtoväliä pidempi ajomäärä, <strong>ja</strong> analyysituloksilla oli<br />
tarkoitus seurata, jos moottorissa havaittaisiin vaarallista kulumaa vierasaineiden<br />
muodossa.<br />
Näytteet analysoitiin, <strong>ja</strong> niistä mitattiin mm. pitoisuudet alumiinille, kromille, kuparille,<br />
raudalle, lyijylle, raudalle, fosforille, sinkille, rikille <strong>ja</strong> noelle, sekä viskositeetti,<br />
tiheys <strong>ja</strong> happamuusarvo<strong>ja</strong>.<br />
Tuoreelle öljylle tehtiin lisäksi laajempi viskositeettimääritys eri mittausmenetelmillä.<br />
Saadut tulokset ovat esitetty taulukossa 3.<br />
Taulukko 3. Laboratorioanalyysin tuloksia tuoreelle öljylle.<br />
Yhdessä autossa havaittiin jo testin alkuvaiheessa kummallisia vierasainepitoisuuksia.<br />
Alumiinin <strong>ja</strong> kuparin pitoisuudet olivat monikertaiset verrattuna muihin<br />
autoihin, mutta pitoisuudet eivät enää merkittävästi kasvaneet ensimmäiset näyt-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
35 (142)<br />
teen oton jälkeen 10 000 km kohdalla. Pitoisuuksien kehittyminen on esitetty kuvissa<br />
31 <strong>ja</strong> 32.<br />
Myös raudan <strong>ja</strong> lyijyn määrä oli korkeampi kuin muissa autoissa, mutta suhteellinen<br />
ero oli pienempi. Ne ovat esitetty kuvissa 33 <strong>ja</strong> 34. Muissa autoissa pitoisuudet<br />
olivat varsin tasaisia, <strong>ja</strong> ainoastaan lyijyn osalta oli havaittavissa suurempaa<br />
hajontaa. Nexbasen kanssa lyijyn pitoisuudet pysyivät huomattavasti muita pienempinä.<br />
Testin keskeyttäminen yhden auton osalta oli harkinnassa, mutta sitä päätettiin<br />
toisen öljynäytteen tulosten jälkeen <strong>ja</strong>tkaa, koska pitoisuudet eivät olleet muuttuneet<br />
radikaalisti ylöspäin.<br />
Kuva 31. Alumiinin pitoisuudet öljyissä.<br />
Kuva 32. Kuparin pitoisuudet öljyissä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
36 (142)<br />
Kuva 33. Raudan pitoisuudet öljyissä.<br />
Kuva 34. Lyijyn pitoisuudet öljyissä.<br />
Kyseisen auton moottorissa tapahtui ilmeisesti jotain mekaanista kulumaa, joka<br />
kuitenkin vähentyi osien lopulliseen muotoonsa kulumisen vuoksi. Materiaalit<br />
viittasivat kulumiseen jossakin osakokonaisuudessa, jossa on liukulaakereita, sillä<br />
kuparia ei moottorin muissa mekaanista rasitusta <strong>ja</strong> moottoriöljyä kohtaavissa<br />
osissa juurikaan ole.<br />
Alumiinin korkeat pitoisuudet eivät välttämättä ole peräisin laakerimetalleista, sillä<br />
alumiinia ei yleensä ole laakerimetalleissa suuria määriä. Öljystä mitatut alumiinin<br />
pitoisuuden lienevät peräisin jostakin laakerimateriaalia koskettavasta pinnasta.<br />
Alumiiniset männät voivat alla mahdollinen lähde, sillä epätarkkuus koneistuksessa<br />
voisi mahdollistaa kosketuksen kiertokangen, männäntapin laakerin <strong>ja</strong><br />
männän välillä.<br />
Öljykanavaan jäänyt, <strong>ja</strong> laakeripintoihin asti päätynyt metallilastu koneistuksen<br />
jäljiltä voi myös olla mahdollinen syy pitoisuuksiin.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
37 (142)<br />
Kuvissa 35 <strong>ja</strong> 36 on esitetty fosforin <strong>ja</strong> sinkin pitoisuudet öljyissä. Päälähde näille<br />
aineille on kulumisenestolisäaine ZDDP. Shellin öljyssä lisäainetta on vähemmän<br />
kuin muissa, joten myös sinkin <strong>ja</strong> fosforin pitoisuudet ovat pienemmät.<br />
Lisäaineen kuluessa, sinkin <strong>ja</strong> fosforin pitoisuudet muuttuvat, mutta tähän vaikuttaa<br />
myös uuden öljyn lisääminen. Öljyn täydennykset moottoreihin jäivät osittain<br />
kir<strong>ja</strong>amatta, joten todelliset määrät eivät ole tiedossa.<br />
Osa öljyyn päätyneestä sinkistä voi olla peräisin samasta laakerimetallista, josta<br />
kupari on peräisin. Sinkkiä käytetään monissa laakerimateriaaleissa kuparin ohessa.<br />
Yleinen laakerimetalli SAE 660 CDA 932 sisältää kuparia 83 %, lyijyä 7 %,<br />
tinaa 7 % <strong>ja</strong> sinkkiä 3 %. Sitä käytetään mm. männäntapin laakereissa.<br />
Kuva 35. Fosforin pitoisuudet öljyissä.<br />
Kuva 36. Sinkin pitoisuudet öljyissä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
38 (142)<br />
Öljyjen kinemaattisen viskositeetin kv100-arvo on esitetty kuvassa 37. Yhdenkään<br />
öljyn osalta ei havaittu poikkeuksellista muutosta kinemaattisen viskositeetin<br />
suhteen. Tyypillisesti öljyssä olevat polymeeriset yhdisteet leikkautuvat testin alkupuolella,<br />
jolloin kinemaattisen viskositeetin arvo tyypillisesti pienenee, <strong>ja</strong> testi<strong>ja</strong>kson<br />
loppupuolella sen arvoa nostavat öljyn sekaan muodostunut noki sekä erilaiset<br />
hapettumisyhdisteet.<br />
Nexbasen viskositeetti asettui eri autoissa varsin tasaiseksi, mutta muut asettuivat<br />
vähän eri tasoille. Vierasainepitoisuuksista kärsinyt öljy tuotti jopa jonkin aikaa<br />
pienenevän viskositeettiarvon.<br />
Alkuvaiheessa Teboilin viskositeetti oli muita korkeammalla, <strong>ja</strong> Shell <strong>ja</strong> Nexbase<br />
olivat kohtuullisen lähellä toisiaan. Arvot osuivat haarukkaan, johon niiden tulisi<br />
viskositeettiluokituksensa puolesta asettua. Arvot näkyvät taulukossa 4.<br />
Kuva 37. Kinemaattisen viskositeetin muuttuminen testin edetessä.<br />
Taulukko 4. Viskositeettiluokitukset, SAE J300<br />
Luokitus kv100 [cSt] Öljy Luokitus kv100 [cSt]<br />
**W-20 5.6-9.3 Nexbase 5W-30 11.74<br />
**W-30 9.3-12.5 Shell 5W-30 11.96<br />
**W-40 12.5-16.3 Teboil 10W-40 12.64<br />
**W-50 16.3-21.9<br />
**W-60 21.9-26.1<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Hannu Kuutti (Hannu.Kuutti@vtt,fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
39 (142)<br />
2.6 Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen todellinen suorituskyky (<strong>VTT</strong>)<br />
2.6.1 Kaupunkibussit<br />
<strong>VTT</strong> ylläpitämään kaupunkibussitietokantaan liitettiin vuosien 2011- 2012 aikana<br />
useita uusia tuloksia. Olemassa olevien kalustotyyppien tulosten seuraamisen <strong>ja</strong><br />
laajentamisen lisäksi tehtiin tietokantaan <strong>ajoneuvo</strong>luokkien lisäyksiä. Uudet <strong>ajoneuvo</strong>luokat<br />
kuvaavat teknologisia sekä rakenteellisia vaihtoehto<strong>ja</strong>. Uudet luokat<br />
ovat etanoli-tekniikka, diesel-hybridit, kevytrakenteiset <strong>ajoneuvo</strong>t <strong>ja</strong> kolmiakseliset<br />
<strong>ajoneuvo</strong>t. Uusien <strong>ajoneuvo</strong>luokkien myötä voidaan kaupunkibussien keskimääräistä<br />
suorituskykyä arvioida laajemmin, huomioiden uusien rakenteiden sekä<br />
moottoriteknologioiden tarjoamat edut. Kuvassa 38 on esitetty kaupunkibussien<br />
keskimääräiset suoritusarvot päästöjen <strong>ja</strong> energiakulutuksen osalta. Kuva 39 esittää<br />
saman joukon tuloksia lähipäästöjen osalta <strong>ja</strong> niiden suhteen säädettyihin eurorajoihin<br />
Braunschweig-kaupunkibussisyklissä. Osa keskiarvoista on avattu yksittäisiksi<br />
tuloksiksi, joista keskiarvojen sisäinen hajonta käy ilmi. Tulokset edustavat<br />
keskimääräistä liikennettä pääkaupunkiseudun bussiliikenteessä vuoteen 2011<br />
asti.<br />
Braunschweig<br />
Lukumäärä<br />
n<br />
Ajomäärä<br />
Min<br />
Max<br />
CO<br />
g/km<br />
HC<br />
g/km<br />
Kuva 38: Kaupunkibussien päästötietokanta. Käytetyt mittaus menetelmät löytyvät<br />
erillisraportista <strong>VTT</strong>-CR-03499-13<br />
CH4*<br />
g/km<br />
NOx<br />
g/km<br />
PM<br />
g/km<br />
CO2<br />
g/km<br />
CO2<br />
eqv**<br />
g/km<br />
FC<br />
kg/100k<br />
m<br />
2 - akseliset<br />
Diesel Euro I 2 555025 672700 1.39 0.32 15.59 0.436 1219 1219 38.6 16.4<br />
Diesel Euro II 13 160500 1125674 1.60 0.21 12.86 0.213 1258 1258 40.7 17.3<br />
Diesel Euro III 14 15934 786164 0.85 0.12 8.48 0.209 1191 1191 38.4 16.3<br />
Diesel Euro IV 8 6105 474152 2.96 0.10 8.36 0.112 1184 1184 38.2 16.2<br />
Diesel Euro V*** 2.96 0.10 7.51 0.089 1184 1184 38.2 16.2<br />
Diesel EEV 18 1020 498819 0.81 0.04 6.65 0.066 1127 1127 36.6 15.6<br />
Ethanol EEV 1 98032 98032 0.43 5.58 0.037 1153 65.3 16.6<br />
Diesel Hyb, EEV 4 2602 44620 0.58 0.02 4.16 0.034 811 811 25.7 10.9<br />
CNG Euro II 2 211000 672946 4.32 7.12 6.76 16.92 0.009 1128 1283 42.1 20.7<br />
CNG Euro III 2 37600 237189 0.05 2.64 2.51 9.44 0.019 1177 1235 43.7 21.5<br />
CNG EEV 8 1824 454460 2.00 1.11 1.05 2.99 0.008 1250 1274 46.3 22.7<br />
2 - akseliset, kevyt<br />
Diesel EEV 1 26436 26436 0.13 0.00 4.61 0.005 864 864 29.3 12.5<br />
3 - akseliset<br />
Diesel Euro V 4 1400 232494 6.68 0.03 3.16 0.089 1362 1362 44.8 19.0<br />
Diesel EEV 3 64836 94910 1.26 0.07 7.43 0.080 1462 1462 47.6 20.2<br />
CNG EEV 4 121773 538360 8.61 1.53 1.45 6.22 0.014 1411 1444 52.4 25.7<br />
(ind.x) = yksilöin tunniste<br />
*Maakaasuautoille käytetty CH4 = THC * 0.95, dieseleille CH4 = 0<br />
** CO2 eqv = CO2 + 23 * CH4<br />
*** Euro 5 tulokset arvioitu Euro 4 tulosten perusteella<br />
FC<br />
MJ/km<br />
Uusista <strong>ajoneuvo</strong>luokista voidaan nostaa esiin hybridibussit (EEV), joiden suorituskyky<br />
päästöjen osalta vastaa perinteisiä diesel<strong>ajoneuvo</strong><strong>ja</strong>. Samankaltainen suorituskyky<br />
nähdään myös etanolitekniikan osalta (EEV). Molempien uusien tekniikoiden<br />
voidaan katsoa olevan varteen otettavia vaihtoehto<strong>ja</strong> perinteiselle dieseltekniikalle.<br />
Huomattavaa on myös kevytrakennetekniikka, joka tarjoaa matalien<br />
päästöjen lisäksi hybriditeknologiaan verrattavan energiankulutuksen. Kuvassa 40<br />
on esitetty hybridien polttoaineenkulutustuloksia verrattuna EEV-dieselautojen<br />
keskiarvoon.<br />
<strong>VTT</strong> on julkaissut vuosittain myös erillisen kaupunkibussien päästötietokantaraportin,<br />
jossa on esitetty päästökertoimet autotyypeittäin <strong>ja</strong> malleittaan päivitettynä<br />
kuluneen vuoden tuloksilla (raportit <strong>VTT</strong>-M-10542-10, <strong>VTT</strong>-M-02018-12 <strong>ja</strong><br />
<strong>VTT</strong>-CR-03499-13). Päästötietokantaraportit ovat löydettävissä TransEcoohjelman<br />
kotisivuilta osoitteesta:<br />
http://www.transeco.fi/julkaisut/<strong>ajoneuvo</strong>hankkeet/
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
40 (142)<br />
Projektin aikana HSL on ottanut käyttöön uuden pisteytysmallin, jonka päästöpisteytykset<br />
perustuvat näihin edellä mainittuihin päästötuloksiin.<br />
NOx and PM emissions over the Braunschweig city bus -cycle<br />
15<br />
Diesel Euro 2 average<br />
Euro 1<br />
Diesel Euro 3 average<br />
Diesel E uro 4<br />
Diesel Euro 5 average<br />
12<br />
Euro 2<br />
Diesel EEV<br />
CNG Euro3 average<br />
CNG EEV<br />
Light weight EEV<br />
9<br />
Diesel Hybrid EEV<br />
NOx g/km<br />
6<br />
Euro 4<br />
Euro 3<br />
ESC ETC<br />
Ethanol EEV<br />
Diesel 3-axl Euro V avg.<br />
Diesel 3-axl EEV avg.<br />
CNG 3-axl EEV avg.<br />
Euro 3 calibration<br />
Euro limits (by factor 1.8)<br />
3<br />
EEV Euro 5<br />
0<br />
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30<br />
Euro 6 (proposal)<br />
PM g/km<br />
Kuva 39: Kaupunkibussien lähipäästöt.<br />
Kuva 40: Hybridibussien polttoaineenkulutustuloksia Branschweig-ajosyklissä.<br />
2.6.2 Päästöjen <strong>ja</strong> energiatehokkuuden huomiointi bussikaluston pisteytyksessä<br />
Kaupunkibussien todellista ajoa vastaavia päästöjä <strong>ja</strong> energiankulutusta on tutkittu<br />
järjestelmällisesti <strong>VTT</strong>:n raskaalla alustadynamometrilla jo vuodesta 2002 alkaen.<br />
Alkuvuosina päästötietokanta perustettiin erillisissä kaupunkibussien päästö- <strong>ja</strong><br />
energiankulutussuorituskykyä tutkivissa RakeBus-hankkeissa. Sittemmin vuodes-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
41 (142)<br />
ta 2006 RakeBus-toiminta liitettiin osaksi raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen energiankäytön<br />
tehostamishankkeita, joista RASTU-hanke toteutettiin välillä 2006-2008 <strong>ja</strong> nyt<br />
toimintaa on <strong>ja</strong>tkettu HDEniq-hankkeessa 2009-2012. Jo alkuperäisessä 2001 kir<strong>ja</strong>tussa<br />
suunnitelmassa yhtenä keskeisenä tavoitteena oli selvittää eri bussiteknologioiden<br />
todellisia suoritusarvo<strong>ja</strong> bussien kilpailutuksen kalustovaatimuksien <strong>ja</strong><br />
pisteytyksen tarkentamiseksi.<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projektin aikana HSL (Helsingin Seudun Liikenne) on uudistanut kaupunkibussikaluston<br />
pisteytysjärjestelmää ottamalla huomioon todelliset suoritusarvot<br />
ts. ympäristövaikutukset. <strong>HDENIQ</strong>-projekti on toiminut teknisenä tukena<br />
tuottaen tietoa HSL:n kehitystyön tueksi.<br />
Ajoneuvoluokkien pisteytys<br />
Perusperiaate HSL:n nykyisessä pisteytysmallissa on <strong>ajoneuvo</strong>jen <strong>ja</strong>kaminen<br />
luokkiin käytetyn polttoaineen <strong>ja</strong> Euro-päästötason perusteella. Esimerkiksi ”diesel<br />
Euro IV” on oma luokkansa, kuten myös on ”maakaasu EEV”. Näiden pääluokkien<br />
lisäksi huomioidaan selkeästi erottuvat hybriditeknologialla varustetut <strong>ja</strong><br />
kevytrakenteiset autot.<br />
Kullekin <strong>ajoneuvo</strong>luokalle on määritelty seurantamittausten keskiarvon perusteella<br />
todelliset päästökertoimet, ts. kuinka paljon päästöjä syntyy ajosuoritetta kohden<br />
<strong>ja</strong> kuinka paljon kuluu polttoainetta. Referenssiajosuorite on kaupunkibussien<br />
Braunschweig-ajosykli puolessa kuormassa. Kappaleessa 2.6.1 on raportoitu päästötietokannan<br />
päivittämisestä <strong>ja</strong> kuvaan 38 on kerätty päivitetyt keskiarvotulokset<br />
tyypillisille <strong>ajoneuvo</strong>tyypeille. <strong>VTT</strong> on raportoinut päästötietokannan täydennyksiä<br />
sekä HDEniq-projektin vuosiraporteissa että erillisissä päästötietokantaraporteissa<br />
(<strong>VTT</strong>-M-10542-10 <strong>ja</strong> <strong>VTT</strong>-M-02018-12).<br />
Kun <strong>ajoneuvo</strong>luokan päästökertoimet ovat tiedossa, huomioidaan päästöjen haittavaikutukset<br />
<strong>ajoneuvo</strong>jen hankintaa koskevassa direktiivissä 2009/33/EY esitetyillä<br />
haitta-arvoilla. Näin laskien kullekin <strong>ajoneuvo</strong>luokalle voidaan määritellä<br />
euromääräiset päästöhaitat.<br />
Direktiivi antaa mahdollisuuden ottaa huomioon haitalliset lähipäästöt kaksinkertaisena,<br />
jota HSL perustellusti hyödyntää kaupunkibussien liikennöidessä ihmisjoukkojen<br />
<strong>ja</strong> asutuksen keskellä. Typen oksidien (NOx) haitta-arvoksi saadaan<br />
näin 8800 €/t <strong>ja</strong> partikkelit (PM) arvoksi 174000 €/t). Hiilidioksidipäästöt (CO 2 )<br />
huomioidaan direktiivin alemmalla painoarvolla (30 €/t). Nämä Euro-määräiset<br />
haitta-arvot on vastaavasti käännetty HSL:n pisteiksi reaaliarvolla. Alla esitetyssä<br />
taulukossa 5 on esitetty vuonna 2012 käytössä ollut pistetaulukko.<br />
Energiatehokkaat <strong>ajoneuvo</strong>t<br />
Edellä mainittu päästöjen huomiointi kannustaa CO 2 -päästöjen kautta vähentämään<br />
myös energiankulutusta (suora riippuvuussuhde). Lisäksi polttoainekustannukset<br />
ovat merkittävä kuluerä liikennöitsijälle, <strong>ja</strong> näin ollen energiankulutuksen<br />
pienentämiselle on olemassa luonnolliset motiivit. Energiatehokkuuden parantaminen<br />
on kuitenkin erittäin tärkeä tehtävä, eikä energiaa sovi periaatetasollakaan<br />
tuhlata, riippumatta siitä missä muodossa se on käytettävissä. Tästä syystä HSL<br />
kannustaa energiatehokkaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen hankintaan, <strong>ja</strong> on ottanut käyttöön lisäpisteluokat<br />
selvästi nykyisiä vaihtoehto<strong>ja</strong> energiatehokkaimmille vaihtoehdoille.<br />
Taulukossa 6. on esitetty vuonna 2012 käytetyt lisäpisteet. Referenssitasona on<br />
käytetty kaksiakseliselle <strong>ajoneuvo</strong>lle CO 2 -päästöä 1200 g/km <strong>ja</strong> kolmiakseliselle
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
42 (142)<br />
Taulukko 5. HSL:n kilpailutuksessa vuonna 2012 käytetty pistetaulukko.<br />
<strong>ajoneuvo</strong>lle arvoa 1450 g/km, jotka kuvastavat tyypillistä keskimääräistä kaupunkibussia.<br />
HSLpäästöluokka<br />
Euroluokka<br />
1 Euro 2 0<br />
2 Euro 3 2<br />
3 Euro 4 2,8<br />
4 Euro 3 CNG 3,2<br />
5 Euro 5 3,5<br />
6 EEV Di 4,2<br />
7 EEV energiatehokas* 5,5<br />
8 EEV CNG 6,1<br />
9 Euro 6 6,5<br />
10 Sähköbussi** 7,5<br />
Pistera<strong>ja</strong><br />
* = oletettu kulutussäästö min. 25 % esim. hybriditekniikalla<br />
**=lähipäästöt 0g/km<br />
Energiatehokkuudesta saatavien pisteiden porrastuksen suuruuden määrittely on<br />
ollut haastava tehtävä. Ihannetilanteessa pisteytys tulisi toteuttaa hyvin pienin portain<br />
tai jopa portaattomasti kaavaan perustuen. Karkeaan porrastukseen päädyttiin<br />
kuitenkin pisteytysjärjestelmän yksinkertaisuuden vuoksi. Portaan 25% nähtiin<br />
olevan sellainen, jonka merkittävät toimenpiteet, kuten esimerkiksi hybriditekniikka<br />
tai kevytrakennetekniikka voivat alittaa, mutta vältytään arvioimasta esimerkiksi<br />
vaihteiston ohjelmia tai muita pienempi mahdollisesti muutaman prosentin<br />
muutoksia. Toisaalta kokemusten perusteella 2012 käytetty 25% porras on<br />
osoittautunut turhan karkeaksi, joten HSL harkitsee kompromissina mahdollista<br />
10% porrastusta.<br />
Taulukko 6. HSL:n lisäpisteluokat energiatehokkaille <strong>ajoneuvo</strong>ille CO2-<br />
päästöihin perustuvalla porrastuksella 2012.<br />
Lisäksi HSL on ottanut käyttöön uuden Bonus-mallin, joka mahdollistaa kilpailutuksen<br />
rinnalla <strong>ja</strong> sopimuskauden aikana ympäristövaikutuksia vähentävien lisätoimenpiteiden<br />
huomioinnin. Bonus-mallissa kukin liikennöitsijä voi tarjota päästöjä<br />
vähentäviä toimenpiteitä, kuten kaluston päivittämistä uudempaan kesken sovähenemä<br />
pistettä<br />
CO2 päästövähenemä referenssitasosta 25 % 0,5 pistettä<br />
CO2 päästövähenemä referenssitasosta 50 % 1,0 pistettä<br />
CO2 päästövähenemä referenssitasosta 75 % 1,5 pistettä<br />
CO2 päästövähenemä referenssitasosta 100 % 2,0 pistettä<br />
Bonus-malli
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
43 (142)<br />
pimuskauden, jälkiasenteisten pakokaasujen puhdistimien asentamista tai parempien<br />
polttoainevaihtoehtojen käyttämistä. Liikennöitsijä esittää tarjouksessaan<br />
toimenpiteelle hinnan, jonka perusteella HSL arvioi toimenpiteen kustannus/hyöty<br />
–suhteen perustuen samoihin direktiivissä 2009/33/EY määriteltyihin päästökustannuksiin<br />
perustuen, joihin myös peruspisteytysmalli poh<strong>ja</strong>utuu.<br />
2.6.3 Kaupunkibussien seurantamittaukset<br />
Vuosina 2011–2012 suoritettiin seurantamittauksia yhteensä kuudelle eri kaupunkibussille.<br />
Seuranta-autoista neljä on diesel- <strong>ja</strong> kaksi maakaasukäyttöisiä (CNG) .<br />
Maakaasuautot on varustettu kolmitoimikatalysaattorilla (TWC). Dieselbusseista<br />
kolme on varustettu SCR-järjestelmällä (Selective Catalytic Reduction), joista<br />
kahdessa oli lisäksi CRT-partikkelisuodatin (Continuously Regenerating Trap) <strong>ja</strong><br />
yksi pakokaasujen takaisinkierrätykseen käytetyllä EGR-järjestelmällä (Exhaust<br />
Gas Recirculation) <strong>ja</strong> osittaisella läpivirtaushiukkaspuhdistimella. Maakaasubusseista<br />
toisen moottorissa käytettiin stoikiometristä <strong>ja</strong> toisessa laihaa seossuhdetta.<br />
Taulukko 7. Seuranta-bussien tieto<strong>ja</strong><br />
Valmista<strong>ja</strong> Malli Vm. Iskutilavuus Jälkikäsittelylaitteet<br />
Iveco Crossway LE 2010 7,8 SCRT<br />
Iveco Citelis Line 2007 7,8 SCRT<br />
Scania K230 Scala 2008 9,3 EGR<br />
Volvo 8700 B7RLE 2008 7,1 SCR<br />
MAN Lion’s City (2-aks) 2005 11,9 TWC<br />
MAN Lion’s City (3-aks) 2006 12,9 TWC<br />
Iveco Citelis poistettiin vuoden 2012 seurantaohjelmasta autojen pienen määrän <strong>ja</strong><br />
pakokaasulaitteiden heikon toimintavarmuuden takia. Lopulta kaikki tämän mallin<br />
bussit poistuivat liikenteestä syksyllä 2012. Vuonna 2012 markkinoille <strong>ja</strong> liikenteeseen<br />
on tullut useita uusia lin<strong>ja</strong>-automalle<strong>ja</strong>, joiden ottaminen seurannan aloitusmittaukset<br />
on tehty. Tällaisia ovat kevytrakenteinen VDL Citea LLE <strong>ja</strong> Volvo<br />
8900 LE.<br />
Kuva 41 esittää seuranta-<strong>ajoneuvo</strong>jen NOx päästöjen kehittymistä ajettujen kilometrien<br />
suhteen. Seurannassa olleen stoikiometrisella seossuhteella toimivan<br />
maakaasubussin typenoksidipäästöissä on havaittu suurta vaihtelua. Korkeimman<br />
tuloksen jälkeen (n. 350 000 km) <strong>ajoneuvo</strong>on on vaihdettu useita komponentte<strong>ja</strong>,<br />
mm. oh<strong>ja</strong>usyksikkö <strong>ja</strong> sytytystulpat, jotka vaikuttavat moottorin toimintaan <strong>ja</strong><br />
päästöihin. Ajokilometrien myötä auton päästöt ovat kuitenkin nousseet uudelleen.<br />
Laihalla seossuhteella toimivan maakaasubussin viimeisessä mittaustuloksessa<br />
on mitattu huomattavasti aikaisempaa korkeammat päästöarvot. Kyseisessä<br />
<strong>ajoneuvo</strong>ssa ei tiedetä olleen erityistä vikaa mitattaessa. Scanian dieselbussissa on<br />
ollut 400 tkm:n jälkeen tehdyssä mittauksessa vika EGR-järjestelmässä, joka selittää<br />
huomattavan korkean tuloksen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
44 (142)<br />
Kuva 41. Seurantabussien typenoksidipäästöt kokonaisajosuoritteen aikana.<br />
Kuva 42 esittää seuranta-autojen tuottaman partikkelimassan ajokilometrien suhteen.<br />
Parhaat <strong>ja</strong> tasaisimmat tulokset saavutetaan Ivecon valmistamilla hiukkassuodattimilla<br />
varustetuilla dieselbusseilla, sekä maakaasubusseilla. Ivecon busseista<br />
ei tosin ole vielä mittaustuloksia kuin 200 tkm:n asti. Volvon dieselbussissa<br />
partikkelisuodatinta ei ole <strong>ja</strong> sen päästöt kasvavat vähitellen ajokilometrien myötä.<br />
Scanian EGR-järjestelmää käyttävän bussin partikkelipäästöt kasvavat huomattavan<br />
nopeasti ajokilometrien myötä. Alhainen tulos selittyy EGR-järjestelmässä olleella<br />
vialla, jonka kor<strong>ja</strong>uksen jälkeen päästöt ovat lähteneet jälleen nousuun.<br />
Kuva 42. Seurantabussien partikkelipäästöt kokonaisajosuoritteen aikana<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Veikko Karvonen (Veikko.Karvonen@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
45 (142)<br />
2.6.4 Yhteenveto lin<strong>ja</strong>-autojen OBD-mittauksista<br />
Keväällä 2012 toteutettiin lin<strong>ja</strong>-autojen OBD-vikakoodien kartoitustutkimus. Tavoitteena<br />
oli lukea vikakoodit lin<strong>ja</strong>liikenteessä olevista autoista. Mittauksia tehtiin<br />
kahtena eri päivänä ajoittaen ne ruuhkien väliin, jolloin suuri osa autoista oli varikolla.<br />
Kaikista <strong>ajoneuvo</strong>ista ei vikakoode<strong>ja</strong> saatu luettua, koska osa varikolla olleista<br />
autoista oli vuosimalliltaan 2002 tai siitä vanhempia joissa OBD-toimintoa<br />
ei ole. Tarkastettu<strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong><strong>ja</strong> oli yhteensä 51 kpl joista 18 kpl oli varustettu<br />
OBD-pistokkeella. Mittaukset suoritettiin Autocom -merkkisellä vikadiagnoositesterillä.<br />
Vikakoodit luettiin moottorin-, vaihteiston-, vaihteenvalitsimen-, <strong>ja</strong> SCR- oh<strong>ja</strong>inlaitteilta.<br />
Vikakoodien painopiste valittiin päästöihin <strong>ja</strong> polttoaineenkulutukseen<br />
vaikuttaviin oh<strong>ja</strong>inlaitteisiin. 18:sta autosta 17:stä saatiin luettua vikakoodit. Vikakoodien<br />
luku pal<strong>ja</strong>sti, että kaikista tarkastetuista autoista löytyi vähintään yksi<br />
vikakoodi. Kaikkiaan vikakoode<strong>ja</strong> 17:stä autosta löytyi huomattavan paljon, yhteensä<br />
90 kpl.<br />
Moottorinoh<strong>ja</strong>inlaitteen vikakoode<strong>ja</strong> löytyi yhteensä 68 kpl. Kaikissa autoissa oli<br />
vähintään yksi moottorinoh<strong>ja</strong>inlaitteelta luettu vikakoodi. Yleisin vikakoodi oli<br />
moottorin käyntinopeusanturin signaalin katkokset, joita oli yhteensä seitsemässä<br />
autossa. Seuraavaksi yleisimmät vikakoodit olivat jäähdytysnesteen matala taso,<br />
joka löytyi viidestä autosta, <strong>ja</strong> NOx-anturin virheellinen arvo tai oikosulku virtapiirissä,<br />
joka löytyi yhteensä neljästä autosta. Kolmessa autossa oli vikakoodi<br />
jäähdytysnesteen liian korkeasta lämpötilasta. Kahdessa autossa oli vikakoodi<br />
mekaanisesta viasta polttoaineen ruiskutussuuttimessa.<br />
Vaihteiston vikakoode<strong>ja</strong> löytyi yhteensä 18 kpl. Yleisin vikakoodi vaihteiston oh<strong>ja</strong>inlaitteilla<br />
oli väyläliikennekatkos SAE J1939-can väylässä. Yhteensä neljässä<br />
<strong>ajoneuvo</strong>ssa oli vaihteiston väyläliikenteessä katkos tai viallinen data. Muut vikakoodit<br />
olivat yksittäisiä, esim. yhdessä <strong>ajoneuvo</strong>ssa vaihteistoöljyn lämpötila liian<br />
korkea <strong>ja</strong> yhdessä moottorin momentti liian suuri.<br />
Vaihteenvalitsinyksikön oh<strong>ja</strong>inlaitteen vikakoode<strong>ja</strong> löytyi yhteensä 3 kpl. Yleisin<br />
vikakoodi valitsimen oh<strong>ja</strong>inlaitteella oli virheitä SAE J1939-can väyläliikenteessä.<br />
Yhteensä kahdessa <strong>ajoneuvo</strong>ssa oli vaihteiston väyläliikenteessä katkos tai viallinen<br />
data.<br />
SCR-oh<strong>ja</strong>inlaitteen vikakoode<strong>ja</strong> ei löytynyt kuin yhdestä <strong>ajoneuvo</strong>sta. Vikakoodi<br />
viittasi kalibrointimuistin virheeseen. SCR-laitteiston vikakoode<strong>ja</strong> havaittiin muutama<br />
myös moottorinoh<strong>ja</strong>inlaitteen päässä. Vikakoode<strong>ja</strong> löytyi yhteensä 5 kpl,<br />
joista 3 kpl oli ADBlue-letkulämmittimen vikakoode<strong>ja</strong>. Yksi vikakoodi oli AD-<br />
Blue:n paineen vikakoodi.<br />
Taulukosta 8 käy ilmi vikakoodien lukumäärän <strong>ajoneuvo</strong>kohtaisesti. Tyhjät kentät<br />
taulukossa tarkoittavat, ettei kyseistä tietoa ollut saatavilla <strong>ajoneuvo</strong>sta. Mikäli arvo<br />
on nolla, niin tieto oli saatavilla, mutta vikakoodien määrä oli nolla.<br />
Tarkastelussa mitattujen <strong>ajoneuvo</strong>jen perusteella voidaan todeta, että vikakoode<strong>ja</strong><br />
esiintyy lin<strong>ja</strong>-autoissa huomattavan paljon, vaikkakin mitattujen <strong>ajoneuvo</strong>jen määrä<br />
ko. mittauksissa oli suhteessa melko pieni. Joissain tapauksissa vikakoodit eivät<br />
todennäköisesti ole vaikuttaneet <strong>ajoneuvo</strong>n toimintaan haittaavasti. Tutkimuksen<br />
laajentaminen päästö- <strong>ja</strong> energian kulutus mittauksilla, niiden <strong>ajoneuvo</strong>n osalta<br />
joissa vikakoodina oli selkeä mekaaninen vika esim. polttoainejärjestelmässä,<br />
tuottaisi liikennöitsijälle hyödyllistä tietoa vikakoodien todellisista vaikutuksista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
46 (142)<br />
Taulukko 8. Lin<strong>ja</strong>-autojen OBD-vikakoodi tarkastelun tulokset<br />
Vikakoodien tarkastus nykymallilla on tehotonta. Kehittämällä järjestelmä, joka<br />
mahdollistaisi vikakoodien luvun etäyhteydellä, voitaisiin niihin reagointia parantaa<br />
huomattavasti. Näin pystyttäisiin ehkäisemään vakavampien vaurioiden syntymistä<br />
esim. moottoriin <strong>ja</strong> vaihteistoihin <strong>ja</strong> mahdollisesti ennalta ehkäisemään<br />
lin<strong>ja</strong>-liikenteessä sattuvat katkokset teknisen vian takia. Samalla kor<strong>ja</strong>amot voisivat<br />
hyödyntää vikatieto<strong>ja</strong> omien kor<strong>ja</strong>usten aikatauluttamiseen. Tällaisella menetelmällä<br />
olisi mahdollisuus vaikuttaa myös <strong>ajoneuvo</strong>jen kor<strong>ja</strong>us- <strong>ja</strong> käyttökustannuksiin<br />
<strong>ja</strong> samalla nopeuttaa kor<strong>ja</strong>amoilla työn läpimenoaiko<strong>ja</strong> esim. varaosien<br />
ennakkoon tilaamisen kannalta.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Seppo Kallonen (Seppo.Kallonen@vtt.fi)<br />
2.6.5 Palveluliikenne<strong>ajoneuvo</strong>jen vertailumittaukset<br />
Palveluliikennettä kuvaamaan muodostettua Jouko-sykliä käytettiin ensimmäistä<br />
kertaa vuoden 2010 alussa. Syklin muodostusta on kuvattu tarkemmin kohdassa<br />
menetelmäkehitys. Helsingin Palveluauton Mercedes-Benz Sprinttereillä suoritettiin<br />
vertailumittauksia diesel- <strong>ja</strong> CNG-versioiden välillä palveluliikennetyyppistä<br />
ajoa kuvaavalla Jouko-syklillä.<br />
Mittauksissa käytetyt <strong>ajoneuvo</strong>t olivat henkilöautoiksi (M1) rekisteröityjä eli niiden<br />
suurin sallittu kokonaismassa on 3500 kg. Palveluliikenteessä käytettävät <strong>ajoneuvo</strong>t<br />
ovat tyypillisesti M2-luokan <strong>ajoneuvo</strong>iksi rekisteröityjä pienlin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong>,<br />
joiden suurin sallittu kokonaismassa on 5000 kg. Tämän vuoksi vertailumittauksissa<br />
käytettiin simulointimassoina M2-luokan <strong>ajoneuvo</strong>lle tyypillisiä kuormia:<br />
tyhjä: 3610 kg, puolikuorma: 4305 kg <strong>ja</strong> täyskuorma 5000 kg. Diesel-<strong>ajoneuvo</strong>n<br />
malli oli Sprinter CDI 315 <strong>ja</strong> CNG-<strong>ajoneuvo</strong>n Sprinter NGT 316. CNG-<strong>ajoneuvo</strong><br />
oli varustettu kaksoispolttoainejärjestelmällä. Moottori käynnistetään bensiinillä<br />
<strong>ja</strong> kun riittävä käyntilämpötila on saavutettu, vaihdetaan kaasukäytölle. Molemmat<br />
vertailu<strong>ajoneuvo</strong>t olivat päästöiltään EU IV -tasoisia.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
47 (142)<br />
Taulukossa 9 on esitetty diesel- <strong>ja</strong> CNG-vertailu<strong>ajoneuvo</strong>jen päästökertoimet eri<br />
kuormilla. Taulukosta voidaan mm. havaita CNG-<strong>ajoneuvo</strong>n käyttämän OTTOprosessin<br />
heikompi hyötysuhde; CNG-<strong>ajoneuvo</strong> on käyttänyt kilometriä kohden<br />
enemmän energiaa.<br />
Taulukko 9. Diesel- <strong>ja</strong> CNG-palveluliikenne<strong>ajoneuvo</strong>jen päästökertoimet.<br />
CO<br />
(g/km)<br />
HC<br />
(g/km)<br />
CH4<br />
(g/km)<br />
NOx<br />
(g/km)<br />
PM<br />
(g/km)<br />
CO2<br />
(g/km)<br />
CO2 eqv<br />
(g/km)<br />
FC<br />
(kg/100km)<br />
FC<br />
(MJ/km)<br />
Jouko cycle Load<br />
Diesel vehicle w/o load 0.023 0.020 0.001 2.056 0.008 351.519 351.519 11.379 489.298<br />
half load 0.043 0.017 0.002 2.251 0.009 382.278 382.278 12.450 535.358<br />
full load 0.051 0.011 0.002 2.508 0.011 416.642 416.642 13.463 578.927<br />
CNG vehicle w/o load 0.035 0.021 0.011 0.025 0.005 317.159 317.652 12.240 612.016<br />
half load 0.020 0.022 0.011 0.034 0.005 342.236 342.732 13.429 671.448<br />
full load 0.027 0.000 0.012 0.026 0.004 372.813 372.813 14.486 724.311<br />
Kuvassa 43 on esitetty diesel- <strong>ja</strong> CNG-versioiden partikkelipäästötuloksia ajettaessa<br />
Jouko-sykliä eri kuormilla. Molempien testi<strong>ajoneuvo</strong>jen PM-päästöt olivat<br />
hyvin alhaisia. Kuorman kasvaessa partikkelipäästö kasvoi diesel<strong>ajoneuvo</strong>lla hieman.<br />
CNG-<strong>ajoneuvo</strong>lla päätön muuttuminen suhteessa kuormaan oli päinvastainen.<br />
Diesel<strong>ajoneuvo</strong>lla ajettaessa ilman kuormaa havaittiin partikkelipäästöissä<br />
testisyklien toistojen välillä huomattava ero, mikä nostaa partikkelituloksena käytettyä<br />
mittausten keskiarvoa. Ensimmäisessä testisyklissä havaittiin lähes täyden<br />
kuorman tasoa vastaava PM-päästö. Syynä havaittuun eroon oletetaan olevan <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
partikkelisuodattimen regenerointi syklin aikana. Regeneroinnin aikana<br />
moottorin pakokaasun lämpötilaa pyritään nostamaan ruiskuttamalla lisäpolttoainetta<br />
moottoriin hyvin myöhään palotapahtuman lopulla. Pakokaasujen lämpötiloissa<br />
ei kuitenkaan havaittu ero<strong>ja</strong> toistojen välillä. Myöskään polttoaineen kulutuksessa<br />
testin aikana ei ollut havaittavissa selkeitä muutoksia syklien välillä, joten<br />
selkeää näyttöä regeneroinnista ei ole. Eräs mahdollinen selitys poikkeavaan<br />
tulokseen voi myös olla laimennustunneliin kertynyt hiukkasmateriaali, joka<br />
poikkeavan tuloksen antaneen kokeen aikana irtosi seinämistä kasvattaen tulosta<br />
virheellisesti.<br />
Kuvassa 44 on esitetty diesel- <strong>ja</strong> maakaasu<strong>ajoneuvo</strong>jen NOx-päästötulokset. Maakaasu<strong>ajoneuvo</strong>n<br />
NOx-päästöt ovat varsin alhaisella tasolla. Ero diesel-<strong>ajoneuvo</strong>n<br />
NOx-päästöön on huomattava, noin 100-kertainen. Kun NOx-päästöt suhteutetaan<br />
täysikokoisten kaupunkilin<strong>ja</strong>-autojen kulutuksen suhteen, on dieselkäyttöisen palvelulin<strong>ja</strong>-<strong>ajoneuvo</strong>n<br />
NOx-päästö varsin lähellä täysikokoisen lin<strong>ja</strong>-auton päästöä.<br />
Kun CNG-<strong>ajoneuvo</strong>n NOx-päästö suhteutetaan samalla tavoin, jää päästö suhteutuksesta<br />
huolimatta huomattavan alhaiseksi.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
48 (142)<br />
PM emissions in Jouko cycle with a service trafic bus<br />
0.012<br />
0.010<br />
g/km<br />
0.008<br />
0.006<br />
0.004<br />
Diesel<br />
CNG<br />
0.002<br />
0.000<br />
W/O Load 3610 kg Half Load 4305 kg Fully Loaded 5000 kg<br />
Test weight<br />
Kuva 43: Diesel- <strong>ja</strong> maakaasupalvelu<strong>ajoneuvo</strong>jen hiukkaspäästöt Joukopalveluliikennesyklissä.<br />
Nox emissions in Jouko cycle with a service trafic bus<br />
3.00<br />
2.50<br />
2.00<br />
g/km<br />
1.50<br />
1.00<br />
Diesel<br />
CNG<br />
0.50<br />
0.00<br />
W/O Load 3610 kg Half Load 4305 kg Fully Loaded 5000 kg<br />
Test weight<br />
Kuva 44: Diesel- <strong>ja</strong> maakaasupalvelu<strong>ajoneuvo</strong>jen NOx-päästöt Joukopalveluliikennesyklissä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Veikko Karvonen (Veikko.Karvonen@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
49 (142)<br />
2.6.6 Robottivaihteiston vaikutus kaupunkibussin energiankulutukseen<br />
Osana vuoden 2010 bussimittauksia tutkittiin robottivaihteiston vaikutusta kaupunkibussin<br />
energian kulutukseen. Robottivaihteisto vastaa rakenteeltaan normaalia<br />
käsivalintaista vaihteistoa, mutta vaihteiden vaihtaminen tapahtuu automatisoidusti.<br />
Robottivaihteistossa yhdistyy automaattivaihteiston helppokäyttöisyys <strong>ja</strong><br />
manuaalivaihteiston energiatehokkuus. Tutkimus vaihteiston vaikutuksesta <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
suorituskykyyn toteutettiin Kabus-kevytrakenne<strong>ajoneuvo</strong>lla.<br />
Kaupunkibussien energian kulutusarvo<strong>ja</strong> on esitetty kuvassa 45. Robottivaihteistolla<br />
saavutettiin 9 – 12 % matalampi energiankulutus verrattuna normaaliin automaattivaihteiseen<br />
<strong>ajoneuvo</strong>on. Ero on suuruusluokaltaan yhdenmukainen, aiemmissa<br />
tutkimuksissa havaitun, automaatti- <strong>ja</strong> käsivalintaisen vaihteistojen välisten<br />
erojen kanssa. Tulosten perusteella voidaan todeta, että robottivaihteistossa<br />
yhdistyy käsivalintaisen vaihteiston energiatehokkuus <strong>ja</strong> automaattivaihteiston<br />
käytännöllisyys.<br />
Kuva 45. Robottivaihteiston <strong>ja</strong> kevytrakennetekniikan vaikutus kaupunkibussin<br />
energian kulutukseen.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Veikko Karvonen (Veikko.Karvonen@vtt.fi)<br />
2.6.7 Tuplanivelhybridibussin suorituskyky<br />
Vuonna 2010 <strong>VTT</strong> bussitutkimuksen piirissä toteutettiin energian kulutusmittaukset<br />
HESS tuplanivel-hybridille. Ajoneuvon voimalin<strong>ja</strong>n rakenne esti energian kulutusmittausten<br />
toteuttamisen alustadynamometrillä, joten <strong>ajoneuvo</strong>n suorituskyky<br />
päätettiin määritellä maantiemittauksilla.<br />
Mittaukset suoritettiin tasaisella tieosuudella, jossa toteutettiin Braunschweig<br />
kaupunkibussisykli. Tavoiteajonopeus välitettiin kuljetta<strong>ja</strong>lle erillisellä näytöllä<br />
nopeus-aikaprofiilina täsmälleen samaan tapaan kuin alustadynamometrilla tapah-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
50 (142)<br />
tuvissa mittauksissa. Polttoaineen kulutus mitattiin täyttämällä <strong>ajoneuvo</strong>n tankki<br />
ennen <strong>ja</strong> jälkeen kokeiden. Mittausta voidaan menettelytavasta johtuen pitää vain<br />
suuntaa antavana. Huomattavan lyhyestä ennakointia<strong>ja</strong>sta johtuen muuhun järjestelyyn<br />
ei ollut mahdollisuutta. Kokeet toteutettiin kuormaamattomalla <strong>ajoneuvo</strong>lla.<br />
Keskimääräinen polttoaineen kulutus <strong>ajoneuvo</strong>lle Braunschweig – syklissä määriteltiin<br />
68.6 l/100km. Ajoneuvon kokonaismassa tyhjällä kuormalla on noin 26500<br />
kg.<br />
Kuva 47 esittää tietokantaotoksen <strong>ja</strong> tuplanivel<strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutuksesta<br />
massan suhteen. Verrattaessa tulosta <strong>VTT</strong>:n kaupunkibussitietokantaan nähdään<br />
tuplanivel <strong>ajoneuvo</strong>n suoriutuvan perinteisiin dieselbusseihin nähden keskimääräisesti,<br />
kun paino huomioidaan tuloksissa. Hybridiominaisuudesta huolimatta<br />
tuplanivel<strong>ajoneuvo</strong>n energian kulutus ei huomattavasti poikkea normaaliin dieseltekniikkaan<br />
perustuvasta estimaatista. Ajoneuvosta on sittemmin julkaistu uusi,<br />
energiatehokkaampi versio.<br />
Kuva 46. Tuplanivel-hybribussi maantiemittauksissa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
51 (142)<br />
Kuva 47. Kaupunkibussien energian kulutus massan suhteen.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Veikko Karvonen (Veikko.Karvonen@vtt.fi)<br />
2.6.8 Kuorma-automittaukset<br />
Vuoden 2011 aikana oli tarkoitus <strong>ja</strong>tkaa käynnissä olevia kuorma-autojen seurantamittauksia,<br />
sekä suorittaa joitakin uusien automallien mittauksia. Mittaukset<br />
koostuvat pääosin <strong>VTT</strong>:n raskaalla alustadynamometrilla suoritettavista ajosykleistä,<br />
<strong>ja</strong> niiden yhteydessä suoritettavista pakokaasujen mittauksista.<br />
Vuoden 2011 aikana suoritetut kuorma-automittaukset koostuivat seurantamittauksista<br />
<strong>ja</strong> muutamista uusien autojen mittauksista. <strong>HDENIQ</strong>-projektissa on seurantamittausohjelmassa<br />
kaksi Scaniaa <strong>ja</strong> yksi Mercedes-Benz. Kaikki autot ovat<br />
VR Transpointin käytössä olevia auto<strong>ja</strong>, <strong>ja</strong> niille on jo suoritettu aiempia seurantamittauksia.<br />
2011 aikana mittauksiin saatiin toinen Scania <strong>ja</strong> Mercedes-Benz, mutta toista Scania<br />
ei saatu mittauksiin, keskinäisten aikatauluongelmien takia. Mercedes-Benz<br />
mitattiin <strong>VTT</strong>:n alustadynamometrillä kesällä, <strong>ja</strong> Scania syksyllä. Mercedes-<br />
Benzin seurantamittausten yhteydessä suoritettiin myös apulaitteiden mittauksia.<br />
Itse seurantamittaukset olivat samanlaiset, <strong>ja</strong> autoilla ajettiin simuloidulla puolikuormalla<br />
kolme tavallista mittaussykliä: maantie-, moottoritie- <strong>ja</strong> <strong>ja</strong>kelusykli.<br />
Mitatut seurantakuorma-autot olivat malleiltaan Mercedes-Benz Actros 2544L <strong>ja</strong><br />
Scania R 440. Mercedes-Benz käyttää pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistonaan<br />
SCR-järjestelmää <strong>ja</strong> Scania EGR-järjestelmää. Molemmat ovat Euro V päästötason<br />
auto<strong>ja</strong>.<br />
Kuvassa 48 on esitetty seuranta-autojen polttoaineen kulutus, kuvassa 49 molempien<br />
<strong>ajoneuvo</strong>jen typenoksidipäästöjen kehitys kokonaisajosuoritteen aikana <strong>ja</strong><br />
kuvassa 50 partikkelimassapäästöt vastaavasti.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
52 (142)<br />
Kuva 48: Seuranta-autojen polttoaineen kulutuksen kehitys.<br />
Kuva 49. Seuranta-autojen NOx tuloksia kilometrisuoritteen funktiona.<br />
Kuva 50. Seuranta-autojen PM tuloksia kilometrisuoritteen funktiona.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
53 (142)<br />
Kaikista Mercedes-Benz –auton alkumittauksista ei saatu typenokside<strong>ja</strong> analysaattorivian<br />
takia. Tulosten voidaan kuitenkin olettaa noudattavan ilmeistä trendiä<br />
mittauskertojen välillä.<br />
Typenoksidien osalta molemmat <strong>ajoneuvo</strong>t suoriutuivat hyvin viimeisimmissä<br />
mittauksissa. Kilometrisuoritteen yli päästöissä nähdään vaihtelua, mutta sen voimakkuus<br />
ei ole suurta <strong>ja</strong> sen voidaan olettaa olevan tyypillistä. Jakelusykli on<br />
voimakkaasti transienttinen ajosuorite <strong>ja</strong> se hei<strong>ja</strong>stuu typenoksidipäästöihin esitetyissä<br />
tuloksissa. Jakelusykli on toteutettu 26 tonnin ajovastuksilla.<br />
Partikkelimassapäästöt molemmissa <strong>ajoneuvo</strong>issa ovat hyväksyttävällä tasolla.<br />
Edelleen <strong>ja</strong>kelusyklissä mitattiin korkeimmat päästöt. MB- kuorma-auton partikkelimassatulos<br />
on ko. mittauksessa laskenut hieman, kun taas typen oksidipäästöt<br />
ovat kasvaneet vastaavasti.<br />
Ajoneuvojen päästöt kokonaisuudessaan vastaavat melko hyvin Euro V ra<strong>ja</strong>arvo<strong>ja</strong><br />
todellisessa ajossa. Vaihtelu päästöissä voidaan katsoa olevan luonnollista<br />
vaihtelua, eikä mahdollisia päästönhallintalaitteiston toimintahäiriöitä ole havaittavissa.<br />
Kuvan 48 mukaisesti voidaan myös todeta <strong>ajoneuvo</strong>jen polttoaineen kulutusten<br />
pysyvän tasaisena. Molemmat <strong>ajoneuvo</strong>t ovat seurannan tähän pisteeseen<br />
asti osoittaneet erittäin luotettavaa toimintaa sekä energian kulutuksen että lähipäästöjen<br />
osalta.<br />
Yksittäisiä mittauksia tehtiin muutamille uusille kuorma-automalleille. Mitattu<strong>ja</strong><br />
auto<strong>ja</strong> olivat: MAN TGX 26.440 <strong>ja</strong> Scania P280. Myös nämä autot olivat Euro V -<br />
päästötason auto<strong>ja</strong>. Molemmilla autoilla ajettiin maantie- <strong>ja</strong> <strong>ja</strong>kelusyklit. Näiden<br />
autojen mittaustuloksia on esitetty taulukossa 10.<br />
Taulukko 10. Mittaustuloksia uusista automalleista<br />
Auto Ajosykli NOx HC PM CO2 PA kulutus<br />
PA ominaiskulutus<br />
[g/km] [g/km] [g/km] [g/km] [l/100km] [g/kWh]<br />
MAN TGX 26.440 vm. 2010 Maantie 1.68 0.014 0.031 1029 32.42 226.9<br />
Scania P280 vm. 2011 Maantie 2.61 0.003 0.017 568 18.08 283.3<br />
MAN TGX 26.440 vm. 2010 Jakelu 7.04 0.027 0.067 862 27.55 291.6<br />
Scania P280 vm. 2011 Jakelu 5.88 0.038 0.024 756 24.14 304.9<br />
Vuoden 2012 aikana toivottiin mittauksiin myös ensimmäisiä Euro VI–päästötason<br />
auto<strong>ja</strong>, mutta näitä ei ehtinyt tulla riittävän laa<strong>ja</strong>sti käyttöön, jotta mittauksiin<br />
olisi saatu autoa lainaan.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
54 (142)<br />
2.6.9 Kaupunkibussien päästöt <strong>ja</strong> energiankulutus kylmässä<br />
Alkuvuodesta 2011 toteutettiin suunnitelman mukaisesti tutkimus kaupunkibussien<br />
päästöistä kylmäkäynnistyksen yhteydessä. Tutkimuksen tavoite oli määritellä<br />
uusimalla päästönhallintatekniikalla varustetun bussikaluston päästöjen tasoa <strong>ja</strong><br />
kehitystä heti kylmäkäynnistyksen jälkeisessä ajosuoritteessa. Testijoukko koostui<br />
kolmesta EEV Euro-tason kaupunkibussista joista jokainen hyödynsi toisistaan<br />
poikkeavia päästönhallintatekniikoita. Testatut tekniikat olivat:<br />
· SCR (Selective catalytic reduction)<br />
· SCRT (Selective catalytic reduction + Continuously regenerating trap)<br />
· EGR (Exhaust gas recirculation)<br />
Koska käytettävissä ei ollut jäähdytetyllä koetilalla varustettua <strong>ajoneuvo</strong>dynamometriä,<br />
tutkimus toteutettiin kenttäkokeena vuodenaikana, jolloin ulkolämpötilat<br />
olivat riittävän matalia. Kuvassa 51 nähdään bussi Varkauden lentokentällä, jossa<br />
koeajot suoritettiin.<br />
Kuva 51: PEMS tutkimus kylmässä ilmanalassa.<br />
Kaikille <strong>ajoneuvo</strong>ille suoritettiin kaksiosainen mittasar<strong>ja</strong>. Ennen jokaista mittauspäivää<br />
<strong>ajoneuvo</strong>n annettiin jäähtyä ympäröivissä olosuhteissa. Mittaussuunnitelman<br />
perusa<strong>ja</strong>tus oli mitata ensin kylmäkäynnistyspäästöt (”cold start”), jonka jälkeen<br />
ajettiin mitattavaa ajosykliä niin pitkään että auto saavutti käyttölämpötilansa,<br />
jolloin kolmesta viimeisimmästä syklistä saatiin tulos ”hot start”.<br />
Tarkemman kuvan muodostamiseksi päästöjen käyttäytymisestä sovellettiin lyhyempää<br />
SORT-sykliä, joka kuvastaa tyypillistä kaupunkibussiajosuoritetta. Tarkastelemalla<br />
koko syklin tuloksen si<strong>ja</strong>sta <strong>ja</strong>tkuvaa päästövuota voidaan tarkastella<br />
päästötason kehittymistä moottorin lämmetessä tarkemmin.<br />
Mittausten toteuttaminen edellytti paitsi <strong>ajoneuvo</strong>on asennettavaa liikuteltavaa<br />
pakokaasuanalysaattoria (PEMS, kuvassa 52), myös kalibrointikaasu<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> jopa
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
55 (142)<br />
erillistä, mittalaitteille sähköä tuottavaa aggregaattia. Kuvassa 53 on sisäkuva bussista<br />
mittausten aikana. Siinä nähdään erikoiskaasupullot, aggregaatti (vasemmalla,<br />
keskilattialla) sekä matkustajien painoa simuloivat lisäpainot (keskilattialla).<br />
Kuva 52: PEMS-laitteisto, joka mahdollistaa päästöjen analysoinnin <strong>ajoneuvo</strong>ssa.<br />
Kuva 53: PEMS-mittauksissakin tarvitaan kalibointikaasu<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> sähkövirtaa tuottava<br />
aggregaatti.<br />
Kuvassa 54 on kuvattu <strong>ajoneuvo</strong>jen suorituskyky typenoksidien muodostumisen<br />
suhteen, joihin ko. tekniikat pyrkivät ensisi<strong>ja</strong>isesti vaikuttamaan. Lämpimällä<br />
moottorilla mitattu vertailutulos, joka on merkitty kuviin ”Reference AMA”, on<br />
mitattu täysimittaisella tutkimuslaitteistolla <strong>VTT</strong>:n raskaan kaluston laboratoriossa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
56 (142)<br />
Scania EEV (EGR) aftertreatment performance in cold climate<br />
NOx [g/km]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
Reference_AMA<br />
Cold start<br />
Hot Start<br />
0<br />
0 1 2 3 4<br />
Braunschweig test number<br />
NOx [g/km]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
Iveco EEV (SCRT) aftertreatment performance in cold climate<br />
Reference_AMA<br />
Cold Start<br />
Hot Start<br />
0<br />
0 1 2 3 4<br />
Braunschweig test number<br />
NOx [g/km]<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
Volvo EEV (SCR) aftertreatment performance in cold climate<br />
Reference_AMA<br />
Cold start<br />
Hot Start<br />
0<br />
0 1 2 3 4<br />
Braunschweig test number<br />
Kuva 54: Kaupunkibussien päästöt kylmä- <strong>ja</strong> kuumakäynnistyksen jälkeen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
57 (142)<br />
Scania EEV (EGR) aftertreatment performance in cold climate<br />
NOx [g/km]<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
NOx<br />
Exhaust temp<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
SORT test time [min]<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Exhaust Temp [C]<br />
Iveco EEV (SCRT) aftertreatment performance in cold climate<br />
NOx [g/km]<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
NOx<br />
Exhaust temp<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
SORT test time [min]<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Exhaust Temp [C]<br />
NOx [g/km]<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Volvo EEV (SCR) aftertreatment performance in cold climate<br />
NOx<br />
Exhaust temp<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
SORT test time [min]<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Exhaust Tenp [C]<br />
Kuva 55: NOx päästöjen stabiloituminen kylmäkäynnistyksen jälkeen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
58 (142)<br />
Kuva 55 esittää typenoksidien muodostumisen a<strong>ja</strong>n funktiona. Kuvassa on esitetty<br />
myös pakokaasujen lämpötila, joka on vaikuttavin suure päästönhallintalaitteiden<br />
toiminnan kannalta. Kaikissa <strong>ajoneuvo</strong>issa pakokaasun lämpötilat nousevat nopeasti<br />
normaalille tasolle, mutta päästöjen vakiintuminen ei vaikuta olevan analoginen<br />
tämän tapahtuman kanssa. Pakokaasujen lämpötilat vakioituivat jäähdytysnestettä<br />
nopeammin, <strong>ja</strong> saavuttivat kaikissa <strong>ajoneuvo</strong>issa normaalin tason, vaikka ulkoilman<br />
lämpötila olikin reilusti pakkasen puolella.<br />
Testiolosuhteiden voidaan katsoa vastanneen tyypillistä kylmää ilmanalaa. Vaikka<br />
tavoitteellinen kylmyys ei täysin toteutunut päivän aikana, olivat yölämpötilat matalia.<br />
Siksi tutkimus toteutettiin antamalla kunkin testi<strong>ajoneuvo</strong>n seisoa kylmässä<br />
yön yli. Yölämpötilat testien aikana olivat -5 … -10 °C. Toisin sanoen <strong>ajoneuvo</strong>t<br />
kokivat huomattavat kylmäkäynnistysolosuhteet. Päivälämpötilat mittausten aikana<br />
olivat -1 asteen luokkaa.<br />
Tutkimuksen tulokset osoittavat, että jälkikäsittelytekniikoiden välillä oli merkittäviä<br />
suorituskykyero<strong>ja</strong> kylmäkäynnistyksen yhteydessä. Lisäksi nähtiin, ettei<br />
EGR-tekniikka välttämättä ole sen suorituskykyisempi kuin SCR-teknikka kylmässä<br />
ilmanalassa, mikä oli vastoin odotusarvoa. Toisaalta voidaan todeta, että<br />
suhteessa normaaliin päivän ajosuoritteeseen on päästöjen vakiintumiseen kuluva<br />
aika verrattain lyhyt. Toisin sanoen tämän tutkimuksen puitteissa voidaan todeta,<br />
ettei kylmäkäynnistysten vaikutus ole merkittävä päästöjen kokonaismäärän kannalta<br />
<strong>ja</strong> kaikkien päästönhallintatekniikoiden voidaan sanoa toimivan kylmällä ilmalla<br />
yhtä tehokkaasti. Lisäksi monilla varikoilla on käytössä bussien esilämmitys<br />
talviaikana sähkökäyttöisillä moottorinlämmittimillä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)<br />
2.6.10 Jälkiasennettavat pakokaasujen puhdistuslaitteet<br />
Jälkiasennettavien pakokaasunpuhdistusjärjestelmien kehitystyötä tehtiin yhteistyössä<br />
Proventia Emission Controlin kanssa. Kehitysprojektissa pyrittiin muokkaamaan<br />
Scanian Euro III-tasoisen kaupunkilin<strong>ja</strong>-auto ruiskutuksen ajoitusta, jotta<br />
jälkikäsittelyjärjestelmien toiminalle kyettäisiin luomaan suotuisammat toimintaolosuhteet<br />
sekä kyettäisiin käyttämään hinnaltaan halvempia jälkikäsittelyratkaisu<strong>ja</strong>.<br />
Lisäksi tavoitteena oli kohtuullinen polttoaineen kulutuksen lasku. Ruiskutuksen<br />
ajoitukseen pyrittiin vaikuttamaan ensivaiheessa elektronisesti, myöhemmin<br />
myös mekaanisesti. Elektronisilla säätökeinoilla ei kuitenkaan päästy toivottuun<br />
lopputulokseen. Mekaanisella säädölläkin toivottu vaikutus nähtiin vasta<br />
suurella ruiskutusennakon muutoksella, jolloin <strong>ajoneuvo</strong>n moottorinoh<strong>ja</strong>us päätyi<br />
vikatilaan. Ilmeisesti <strong>ajoneuvo</strong>n elektroninen säätö kykeni kompensoimaan pienemmät<br />
mekaaniset muutokset, mikä antaa aiheen olettaa myös elektronisen ennakon<br />
säädön olevan mahdollinen. Käytettävissä ei kuitenkaan ollut työvälineitä,<br />
joilla elektronisen säädön toimintaan olisi voitu halutulla tavalla vaikuttaa.<br />
Ruiskutusennakon kasvattaminen 18:aan kammenkulma-asteeseen nosti moottorin<br />
typenoksidipäästöjä merkittävästi, mikä oli odotettu tulos. Kuitenkaan toivottua<br />
laskua partikkelipäästöissä ei nähty. Syynä tähän voi olla moottorinoh<strong>ja</strong>uksen päätyminen<br />
vikatilaan, jolloin ruiskutus ei pysy normaalilla säätökäyrästölla aiheuttaen<br />
odotettua suuremman partikkelipäästön.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
59 (142)<br />
Kuva 56 esittää yhteenvedon tuloksista. Kuvan nuolet esittävät jälkikäsittelystrategian,<br />
jolla säätöjen auto olisi voitu säätöjen jälkeen muuttaa päästötasoiltaan<br />
EEV-tasoiseksi. Mikäli ruiskutuksen säätö olisi vaikuttanut oletetulla tavalla, olisivat<br />
partikkelipäästöt voineet asettua lähemmäs EEV-päästötaso ilman partikkelisuodatintakin.<br />
Ihannetilanteessa moottorista olisi ollut mahdollista tehdä EEV<br />
päästötasot täyttävä <strong>ja</strong> polttoainetta säästävä (vrt. nykyiset uudet SCR-autot).<br />
25<br />
20<br />
PM & NOx emissions on Braunschweig cycle<br />
Scania DC9 - Euro 3<br />
DPF: PM -90%<br />
Euro3 limit x 1.8<br />
Euro4 limit x 1.8<br />
Euro5 limit x 1.8<br />
NOx (g/km)<br />
15<br />
10<br />
5<br />
SCR: NOx -85%<br />
Euro 6 limit x 1.8<br />
EEV limits x 1.8<br />
Baseline<br />
Ajoitus muutettu<br />
mekaanisesti -4<br />
Ajoitus muutettu<br />
mekaanisesti -9<br />
0<br />
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25<br />
PM (g/km)<br />
Ajoitus muutettu<br />
mekaanisesti -18<br />
Ajoitus muutettu<br />
mekaanisesti -18 +<br />
DPF<br />
Kuva 56: Mekaanisen ajoituksen muutoksen vaikutus partikkeli- <strong>ja</strong> NOx-päästöön<br />
Moottorinoh<strong>ja</strong>usjärjestelmä mahdollisesti kykeni kompensoimaan pienemmät<br />
ajoitusmuutokset. DPF=partikkelisuodatin, SCR=ureakatalysaattori.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)<br />
2.7 Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen apulaitteiden tehonkulutus (<strong>VTT</strong>)<br />
2.7.1 Yleistä<br />
Apulaitteiden käyttö- <strong>ja</strong> olosuhdetutkimus selvittää eri <strong>ajoneuvo</strong>luokkien käyttöprofiile<strong>ja</strong><br />
<strong>ja</strong> -olosuhteita sekä apulaitteiden kuormitusprofiile<strong>ja</strong> Suomen olosuhteissa.<br />
Tutkimus toimii linkkinä <strong>ajoneuvo</strong>jen todellisen käytön sekä laboratoriotutkimuksen<br />
välillä. Tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää mm. <strong>ajoneuvo</strong>jen apulaitteiden<br />
toiminnan optimoinnissa <strong>ja</strong> siten <strong>ajoneuvo</strong>jen energiankäytön parantamiselle.<br />
Projektin puitteissa kerättiin mittava määrä raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen apulaitteisiin<br />
liittyvää mittausdataa operatiivisessa liikenteessä olevista kuorma- <strong>ja</strong> lin<strong>ja</strong>autoista.<br />
Datan keruu aloitettiin järjestelmällisesti alkuvuodesta 2011. Alla oleva<br />
taulukko 11 listaa datan keruun piirissä olleet <strong>ajoneuvo</strong>t <strong>ja</strong> niiden käyttäjät .<br />
Kabus-pikavuorobussin (XYP-761:n) tiedonkeruu keskeytyi vuoden 2012 alusta,<br />
joten tulokset eivät olleet käytettävissä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
60 (142)<br />
Autoihin on asennettu AC-Sähköautojen päätelaite, joka on kerännyt mittausdataa<br />
sekä autojen omista datalähteistä että <strong>VTT</strong>:n asentamista antureista. Ajoneuvoista<br />
on analysoitu seuraavien apulaitteiden tehonkulutusta:<br />
1. Moottorin tuuletin<br />
2. Paineilmakompressori<br />
3. Laturi<br />
4. Ilmastointi<br />
5. Oh<strong>ja</strong>ustehostin<br />
Apulaitteiden tehonkulutusta on verrattu <strong>ajoneuvo</strong>n muihin tehoa kuluttaviin parametreihin,<br />
etenkin ajovastuksiin <strong>ja</strong> kiihdytysten aiheuttamaan energian kulutukseen.<br />
Taulukko 11: Apulaitetiedonkeruun piirissä olevat <strong>ajoneuvo</strong>t<br />
TJY-443<br />
XYP-761<br />
ZHZ-303<br />
EJZ-215<br />
JFS-539<br />
SMZ-646<br />
Pikavuorobussi, Kabus (Koiviston Auto)<br />
Kaupunkibussi, Kabus TC-4A4 (Koiviston Auto)<br />
60t vetoauto, Mercedes Benz Actross (Transpoint)<br />
26t Jakelukuorma-auto, Volvo (Nokian Renkaat)<br />
18 t Jakelukuorma-auto, Scania P270 (Transpoint)<br />
Kaupunkibussi, Scania K230 (Veolia)<br />
2.7.2 Datan valinta <strong>ja</strong> esiprosessointi<br />
Tärkein tekijä <strong>ajoneuvo</strong>jen tehonkulutuksen mittauksissa on luonnollisesti polttoaineen<br />
kulutus <strong>ja</strong> sen mittaaminen. Jo tässä vaiheessa jouduimme karsimaan <strong>ajoneuvo</strong>luettelosta<br />
Veolia/Scanian (SMZ-646) <strong>ja</strong> Volvon (EJZ-215) puuttuvien polttoaineen<br />
kulutustietojen vuoksi. Kaikista kattavimmat mittaukset löytyivät Kabusin<br />
kaupunkilin<strong>ja</strong>-autosta (TJY-443) <strong>ja</strong> Scanian <strong>ja</strong>keluautosta (JFS-539), joten<br />
päätettiin keskittyä näihin <strong>ajoneuvo</strong>ihin sekä 60 tonnin MB:n <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän<br />
vetoautoon (ZHZ-303)<br />
Kaikki mittaustiedot on kerätty <strong>ajoneuvo</strong>jen CAN-väylästä <strong>ja</strong> mittausdatatiedostojen<br />
muoto noudattaa näin CAN-väylän standardia. Haluttujen mittaustietojen ekstrahointiin<br />
<strong>ja</strong> keskiarvostamiseen käytettiin itse kehitettyä Java-ohjelmistoa. Jatkoanalyysiin<br />
<strong>ja</strong> visualisointiin käytettiin RapidMiner – nimistä tiedonlouhintaohjelmistoa<br />
(www.rapidminer.com).<br />
Joidenkin mittaustulosten luotettavuudessa oli toivomisen varaa <strong>ja</strong> joissakin tapauksissa<br />
oli syytä epäillä anturien kuntoa (esimerkiksi tuulettimen pyörimisnopeusanturin<br />
toiminta kesäkuumilla kaupunkilin<strong>ja</strong>-autossa). Ongelmatilanteissa<br />
virheellinen data pyrittiin korvaamaan esimerkiksi ekstrapoloimalla ongelmallisen
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
61 (142)<br />
muuttu<strong>ja</strong>n arvo<strong>ja</strong> käyttämällä toisia, kyseisen muuttu<strong>ja</strong>n kanssa korreloivia muuttujia.<br />
Autojen apulaitteiden tehonkäyttö arvioitiin aikaisempien alustadynamometrillä<br />
tehtyjen energiankulutusmittausten perusteella. Ajovastuksina käytettiin <strong>VTT</strong>:n<br />
aikaisemmissa projekteissa määrittelemiä <strong>ajoneuvo</strong>luokkien taulukkoarvo<strong>ja</strong>, kor<strong>ja</strong>ttuina<br />
seurattavien <strong>ajoneuvo</strong>jen tyypillisille kuormille.<br />
Apulaitteiden tehontarpeen selvittämiseksi <strong>VTT</strong> suoritti raskaalla alustadynamometrillä<br />
testejä apulaitteista. Kullekin apulaitteelle määriteltiin energian kulutus<br />
kuormituksen <strong>ja</strong> kierrosnopeuden suhteen. Tämän riippuvuuden <strong>ja</strong> apulaitteiden<br />
kentältä tallennettujen toimintatilojen poh<strong>ja</strong>lta voidaan tehdä analyysi siitä, miten<br />
apulaite todellisissa ajosuoritteissa vaikuttaa kokonaisenergiankulutukseen.<br />
Kuva 57 esittää kaupunkibussin jäähdytyspuhaltimen ottaman tehon kierrosalueen<br />
suhteen maksimikuormituksella <strong>ja</strong> 50 % kuormituksella. Kertyneen tiedon perusteella<br />
voidaan <strong>ja</strong>tkossa esimerkiksi nähdä miten jäähdytyspuhaltimen toiminta<br />
vaikuttaa <strong>ajoneuvo</strong>n käyttölämpötilaan <strong>ja</strong> arvioida esim. voisiko puhallin toimia<br />
suhteessa enemmän eri kuormituspisteessä <strong>ja</strong> siten säästää energiaa.<br />
Power demand of engine cooling fan<br />
30<br />
25<br />
measured 100 % load<br />
Estimated 50 % load<br />
20<br />
P [kW]<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000<br />
rpm<br />
Kuva 57: Kaupunkibussin jäähdytyspuhaltimen ottoteho<br />
Polttoainelisälämmittimen polttoaineen kulutus määriteltiin valmista<strong>ja</strong>n ilmoittaman<br />
arvon <strong>ja</strong> käyttösuhteen perusteella.<br />
Kuvassa 58 esitetään kaupunkilin<strong>ja</strong>-autolle mitatut tehonkulutuskäyrät kullekin<br />
mitatulle apulaitteelle. Lisäksi samassa kuvaa<strong>ja</strong>ssa (sinertävät) käyrät ajovastusten<br />
<strong>ja</strong> kiihdytysten aiheuttamille tehonkulutuksille. Ylin käyrä on polttoaineen kulutuksen<br />
<strong>ja</strong> moottorin ominaiskulutuskäyttäytymisen avulla laskettu moottorin tuottama<br />
kokonaisteho, johon kaikkien muiden kuvaajien tulisi ideaalitapauksessa<br />
summautua.<br />
Tuloksista voidaan nähdä, että kaikkien mitattujen apulaitteiden yhteenlaskettu<br />
energian kulutus jää noin 15–20 prosenttiin käytetystä kokonaisenergiasta. Ajovastusten<br />
<strong>ja</strong> kiihdytysten aiheuttama energiahävikki on selvästi apulaitekulutusta<br />
suurempaa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
62 (142)<br />
Engine<br />
Acceleration<br />
Driving resistance<br />
Engine fan<br />
Air compressor<br />
Alternator<br />
Kuva 58. Kaupunkilin<strong>ja</strong>-auto tehonkulutuskuvaa<strong>ja</strong> 1.7.2011 – 7.7.2011<br />
Ideaalitapauksessa moottorin tuottaman kokonaistehon (ylin käyrä yo. kuvaa<strong>ja</strong>ssa)<br />
pitäisi vastata kulutettua tehoa, eli ylimmän käyrän pitäisi olla muiden käyrien<br />
summa. Näin ei käytännössä kuitenkaan ole, vaan kuvaajissa tuotettu kokonaisenergia<br />
jää alle kulutetun energian (varsinkin kesäkuumalla ajettaessa ero on selvästi<br />
nähtävissä). Tähän ongelmaan ei ole tämän projektin puitteissa ehditty kiinnittää<br />
huomiota. Potentiaalisia virhelähteitä voivat olla esimerkiksi moottorin<br />
ominaiskulutustaulukko <strong>ja</strong> sen hyödyntämisessä käytetty interpolointimenetelmä<br />
<strong>ja</strong> toisaalta <strong>ajoneuvo</strong>n ajovastuksia <strong>ja</strong> kiihdytysenergiaa laskettaessa käytetty oletus<br />
siitä, että <strong>ajoneuvo</strong>a ajetaan puolikuormalla (ei välttämättä vastaa todellisuutta).<br />
2.7.3 Olosuhteiden vaikutus<br />
Seuraavassa kuvissa 59 … 64 on esitetty (keski) tehonkäytön eli energiankulutuksen<br />
<strong>ja</strong>kaantuminen apulaitteille eri <strong>ajoneuvo</strong>tyypeissä lämpimänä <strong>ja</strong> kylmänä a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>ksona.<br />
Lämmin a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>kso: heinäkuu 2011<br />
Kylmä a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>kso: helmikuu 2012
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
63 (142)<br />
Summer conditions<br />
air compressor<br />
2 %<br />
AC pump<br />
3 %<br />
alternator<br />
1 %<br />
radiator fan<br />
11 %<br />
driving<br />
resistance<br />
35 %<br />
auxiliary heater<br />
0 %<br />
power steering<br />
pump<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
48 %<br />
Kuva 59: Kaupunkibussi kesäolosuhteissa.<br />
Winter conditions<br />
alternator<br />
1 %<br />
air compressor<br />
3 %<br />
auxiliary heater<br />
20 %<br />
radiator fan<br />
6 %<br />
driving<br />
resistance<br />
29 %<br />
power steering<br />
pump<br />
0 %<br />
AC pump<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
41 %<br />
Kuva 60: Kaupunkibussi talviolosuhteissa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
64 (142)<br />
Summer conditions<br />
air compressor<br />
1 %<br />
AC pump<br />
0 %<br />
alternator<br />
0 %<br />
driving<br />
resistance<br />
65 %<br />
power steering<br />
pump<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
34 %<br />
auxiliary heater<br />
0 %<br />
Kuva 61: Täysperävaunuyhdistelmä (26 t / 60 t) kesäolosuhteissa.<br />
Winter conditions<br />
auxiliary heater<br />
6 %<br />
air compressor<br />
1 %<br />
AC pump<br />
0 %<br />
alternator<br />
0 %<br />
driving<br />
resistance<br />
60 %<br />
power steering<br />
pump<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
33 %<br />
Kuva 62: Täysperävaunuyhdistelmä (26 t / 60 t) talviolosuhteissa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
65 (142)<br />
Summer conditions<br />
air compressor<br />
4 %<br />
AC pump<br />
1 %<br />
radiator fan<br />
2 %<br />
alternator<br />
1 %<br />
Tehonkäyttökuvaajista voimme päätellä että oh<strong>ja</strong>ustehostin on polttoaineenkäytön<br />
kanalta lähes merkityksetön, jopa kaupunkiajossa. Muiden apulaitteiden tehonkäyttö<br />
riippuu autotyypistä, käyttötarkoituksesta <strong>ja</strong> ulkolämpötilasta. Laturi käyttää<br />
keskimäärin yhden prosentin energiasta. Määrä ei ole kovin suuri mutta helpon<br />
toteutuksen vuoksi akun lataamisen painottaminen <strong>ja</strong>rrutustapahtumiin on yleisdriving<br />
resistance<br />
54 %<br />
auxiliary heater<br />
0 %<br />
power steering<br />
pump<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
38 %<br />
Kuva 63: Jakelukuorma-auto (18 t) kesäolosuhteissa<br />
air compressor<br />
1 %<br />
radiator fan<br />
1 %<br />
Winter conditions<br />
alternator<br />
1 % power steering<br />
driving<br />
resistance<br />
58 %<br />
pump<br />
0 %<br />
AC pump<br />
0 %<br />
auxiliary heater<br />
0 %<br />
acceleration<br />
power<br />
39 %<br />
Kuva 64: Jakelukuorma-auto (18 t) talviolosuhteissa
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
66 (142)<br />
tymässä. Autojen elektroniikan lisääntyessä sähkönkulutus on lisäksi vahvasti<br />
nousussa.<br />
Paineilmakompressori kuluttaa autotyypistä <strong>ja</strong> vuodena<strong>ja</strong>sta riippuen 1-4 % kokonaisenergiasta.<br />
Tämä on jo oleellinen energiamäärä, <strong>ja</strong> yksi ratkaisu ongelmaan<br />
voisi olla samansuuntainen kuin laturilla: paineilmasäiliö tulisi mitoittaa niin, että<br />
kompressori käy vain moottori<strong>ja</strong>rrutuksissa. Tämä voi myös edellyttää tehokkaampaa<br />
kompressoria.<br />
Moottorin jäähdytyksen energiankäyttö vaihtelee erittäin paljon. Jakeluautossa<br />
osuus on hyvin pieni eli 1-2 %. Kaupunkibussissa moottorin jäähdytykseen kuluu<br />
kylmässä 6 % <strong>ja</strong> lämpimässä jopa 11 % kokonaisenergiasta. Kaupunkibussissa<br />
asiaa selittävät hitaat nopeudet, mutta 60 tonnin <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmässä tätä ei<br />
laskettu koska anturointi puuttui.<br />
Suurin energiankulutta<strong>ja</strong> auton liikuttamisen lisäksi on lämmönsäätely. Lämpimällä<br />
säällä ilmastoinnin kompressori kuluttaa esimerkiksi kaupunkibussissa 3 %<br />
kokonaisenergiasta <strong>ja</strong> kylmällä polttoainelämmitin peräti 20 %. Autossa oli ilmastointi<br />
kuitenkin vain kuljetta<strong>ja</strong>lle. Muissa autoissa ei kulutus ole yhtä suuri. Täysperävaunullisen<br />
yhdistelmän polttoainelämmitin käyttää kylmässä 6 %.<br />
Seuraavassa taulukossa 12 on esitetty tehonkulutukset prosenteissa eri autotyypeille<br />
kesä- <strong>ja</strong> talviolosuhteissa. Koska vertailu on tehty autotyypeittäin, <strong>ja</strong> eri<br />
merkkien <strong>ja</strong> mallien välillä varmasti on ero<strong>ja</strong>, ei litramääräisiä kulutuksia voi antaa.<br />
Haluttu tulos saadaan kertomalla oman auton kulutus lähimmän autotyypin<br />
prosenttiluvulla.<br />
Taulukko 12. Tehonkulutus autoittain kesä/talvi<br />
City bus 60 tn truck 18 tn truck<br />
Power usage [ % ] summer winter summer winter summer winter<br />
driving resistance 35 29 64 59 55 57<br />
acceleration power 48 41 34 33 39 39<br />
radiator fan 11 6 0 0 2 1<br />
AC pump 3 0 0 0 1 0<br />
air compressor 2 3 1 1 4 1<br />
alternator 1 1 0 0 1 1<br />
power steering pump 0 0 0 0 0 0<br />
auxiliary heater 0 20 0 6 0 0<br />
2.7.4 Lämpötilaprofiilit<br />
Profiilien laskennassa käytettiin a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>ksoa 1.5.2011 – 30.4.2012. Lämpötilat on<br />
mitattu vain auton ollessa liikkeellä. Tulokset on esitetty kuvissa 65 <strong>ja</strong> 66.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
67 (142)<br />
Coolant temperatures<br />
91<br />
City bus<br />
60 tn truck<br />
90<br />
18 tn truck<br />
89<br />
88<br />
87<br />
Coolant temperature<br />
86<br />
85<br />
84<br />
83<br />
82<br />
81<br />
80<br />
-20 -10 0 10 20 30<br />
Ambient temperature<br />
Kuva 65: Jäähdytysnesteen lämpötilat autoissa.<br />
Kuvasta 65 nähdään ulkolämpötilan vaikutus jäähdytysnesteeseen eli moottorin<br />
lämpötilaan. Lämpötila on mitattu auton oltua liikenteessä niin kauan että lämpötila<br />
on tasaantunut.<br />
Kuvasta 66 nähdään että etumatkustamo on selvästi loppuautoa kylmempi. Lämpöanturit<br />
oli asennettu penkkien alle mahdollisimman lähelle auton keskilin<strong>ja</strong>a.<br />
Oletettavasti etuoven avaaminen vaikutus on suurempi kuin takaovien selittäen<br />
eron. Lämpötiloista myös näemme että lämmin sää aiheuttaa suuremmat ongelmat<br />
kuin kylmä. Pakkasella matkusta<strong>ja</strong>t ovat pukeutumisellaan varautuneet kylmään <strong>ja</strong><br />
sisälämpötilat vaikuttavat jopa osittain turhan lämpimiltä. Kuumalla kuitenkin yli<br />
30 asteen sisälämpötilaa ei voi kompensoida vaattein.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
68 (142)<br />
City bus cabin temperature<br />
45<br />
Front<br />
Mid<br />
40<br />
Rear<br />
35<br />
30<br />
Temperature<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-20 -10 0 10 20 30<br />
Ambient temperature<br />
Kuva 66: Kaupunkibussin sisälämpötilat<br />
Nesteiden lämpötilahistogrammit<br />
Laskennassa käytettiin a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>ksoa 1.5.2011 – 30.4.2012. Lämpötilat on mitattu<br />
vain autojen ollessa liikkeellä (min 5 km/h). Tuloksia esittävät kuvat 67, 68 <strong>ja</strong> 69.<br />
City bus<br />
< 0<br />
0 - 20<br />
20 - 40<br />
Gear<br />
box<br />
40 - 60<br />
60 - 80<br />
80 - 100<br />
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000<br />
minutes<br />
100 - 120<br />
Kuva 67: Kaupunkibussin nesteiden lämpöhistogrammi
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
69 (142)<br />
60 tn truck<br />
Differential<br />
< 0<br />
0 - 20<br />
20 - 40<br />
40 - 60<br />
Gearbox<br />
60 - 80<br />
0 50000 100000 150000<br />
minutes<br />
80 - 100<br />
Kuva 68. Raskaan kuorma-auton nesteiden lämpöhistogrammi<br />
18 tn truck<br />
Differential<br />
< 0<br />
0 - 20<br />
20 - 40<br />
Gearbox<br />
40 - 60<br />
60 - 80<br />
0 10000 20000 30000 40000 50000<br />
minutes<br />
Kuva 69. Jakelukuorma-auton nesteiden lämpöhistogrammi<br />
Kuvista nähdään, että autoilla ajetaan suhteessa erittäin vähän kylmillä vaihteiston<br />
<strong>ja</strong> perän voiteluaineilla. kaupunkilin<strong>ja</strong>-autolla ei ajeta lainkaan, kun vaihteistoöljy<br />
on alle 0 astetta, johtuen autojen säilyttämisestä sisätiloissa. Myös kuormaautojen<br />
vaihteistojen öljyt ovat pakkasella vain puoli tuntia vuodessa. Vetopyörästöt<br />
käyvät selvästi vaihteisto<strong>ja</strong> kylmempinä. Varsinkin <strong>ja</strong>keluauton, joka ajosuoritteen<br />
takia oletettavasti seisoo paikallaan täysperävaunullista enemmän.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
70 (142)<br />
Lämpötilasto<br />
Seurantamittauksen aikana kaupunkibussi oli normaaliajossa Lahdessa. Kuvassa<br />
70 on esitetty säätilaston mukaiset Lahden korkean <strong>ja</strong> matalan lämpötilan keskiarvot<br />
vuosilta 1979-2009. Auton lämpötilat rekisteröitiin vain auton ollessa liikkeessä,<br />
eli auton mittaamat lämpötilat eivät vastaa koko vuorokauden keskilämpötilaa.<br />
Temperature<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
Temperature Lahti<br />
Average low<br />
Average high<br />
City bus<br />
Kuva 70. Kaupunkibussin toimintaympäristön lämpötilaseuranta<br />
Muut seurannassa olleet autot ajoivat Jyväskylän <strong>ja</strong> Kuopion alueella, jonka lämpötilavaihtelu<strong>ja</strong><br />
esittää kuva 71. Kaikista kuvaajista näemme, että vuosi oli Kuopiossa<br />
suhteellisen normaali lämpötilaltaan. Helmikuussa oli hieman tavanomaista<br />
kylmempää <strong>ja</strong> kesäkuussa vähän lämpimämpää.<br />
Temperature<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
-5<br />
-10<br />
-15<br />
-20<br />
Temperature Kuopio<br />
Average low<br />
Average high<br />
60 tn truck<br />
18 tn truck<br />
Kuva 71. Kuorma-autojen toimintaympäristön lämpötilaseuranta
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
71 (142)<br />
2.7.5 Sähköiset apulaitteet<br />
Sähkön kulutuksen vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>ihin on viime aikoina korostunut. Syynä on<br />
apulaitteiden suurentunut tehontarve <strong>ja</strong> toisaalta hybridi- <strong>ja</strong> sähköautojen rajoitettu<br />
kuljetettava energiamäärä. Mekaanisissa järjestelmissä energian regenerointi on<br />
erittäin vaikeaa joten apulaitteiden sähköistäminen parantaa auton kokonaisenergiataloutta.<br />
Muutettaessa apulaitteita sähköisiksi voi myös koko laitteisto yksinkertaistua<br />
keventäen osia <strong>ja</strong> ainakin pitkällä tähtäimellä alentaen hintaa. Kokonaishyötysuhde<br />
voi parantua tai huonontua. Sähköisillä käytöillä on hyvät hyötysuhteet<br />
mutta sähköä pitää myös tuottaa. Hyötysuhteen paranemisen esimerkki<br />
on lin<strong>ja</strong>-autojen ovet, jotka nyt käyvät paineilmalla. Paineilma tuotetaan kompressorilla,<br />
jota moottori pyörittää. Kokonaishyötysuhteen tässä prosessissa arvioidaan<br />
olevan matala. Jos ovet toimivat suoraan sähköllä, niin hyötysuhde paranee.<br />
Moottorin tuuletin taas ottaa usein voimansa suoraan kampiakselilta. Tällöin hyötysuhde<br />
on optimaalinen. Ongelma on säädettävyys <strong>ja</strong> oh<strong>ja</strong>us.<br />
Tutkittu<strong>ja</strong> apulaitteita olivat:<br />
Oh<strong>ja</strong>ustehostin<br />
Nykytilanne raskaassa kalustossa on hydraulinen tehostus. moottori pyörittää hydraulipumppua,<br />
jonka tuottamalla nestepaineella hoidetaan tehostus. Vaihtoehtona<br />
on sähköhydraulinen tehostus jolloin sähkömoottori käyttää pumppua. Näitä vaihtoehto<strong>ja</strong><br />
on jo markkinoilla <strong>ja</strong> laitteisto on helposti asennettavissa nykykalustoon.<br />
Henkilöautoissa käytettävää suoraan sähköllä käyviä tehostimia ei raskaaseen kalustoon<br />
vielä ole. Näiden edut olisivat merkittäviä <strong>ja</strong> tilannetta vastaavien tuotteiden<br />
markkinoille tulosta seurataan.<br />
Hybridilin<strong>ja</strong>-auto on erittäin vaikea toteuttaa ilman sähköistä oh<strong>ja</strong>ustehostinta sillä<br />
auto ei pääse liikkeelle pysäkiltä ilman dieselmoottoria ellei oh<strong>ja</strong>ustehostinta saa<br />
käyttöön.<br />
Paineilmakompressori<br />
Sähkökäyttöisiä kompressoreita on useita. Etu näiden käytössä ei tule hyötysuhteesta,<br />
sillä suoraan moottoriin kytkettynä hyötysuhde on parhaimmillaan. Mutta<br />
sähköisellä käytöllä oh<strong>ja</strong>us saadaan optimoitua niin, että paineilmaa tuotetaan vain<br />
kuin käytössä on ”ilmaista energiaa” kuten moottori<strong>ja</strong>rrutuksissa. Paineilmaa pitäisi<br />
kuitenkin käyttää mahdollisimman vähän, sillä sen tuottamisen hyötysuhde<br />
on huono. Siirtyminen suoraan sähköön toisi useissa kohteissa etu<strong>ja</strong>. Paineilmaa<br />
voi myös tuottaa osin ilman lisäenergiaa esimerkiksi käyttämällä pakoputkiston<br />
lämpö hyödyksi.<br />
Moottorin jäähdytystuuletin<br />
Käytössä on suoraan moottorin kampiakselilta voimansa ottavia malle<strong>ja</strong> joko kytkimellä<br />
tai ilman. Käytöt voivat olla myös hydraulisia tai hihnavedolla. Myös<br />
sähköisiä malle<strong>ja</strong> on olemassa. Sähkön etu on joustava sijoitus sekä oh<strong>ja</strong>uksen<br />
hyvä säädettävyys.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Micke Bergman (Micke.Bergman@vtt.fi), Antti Pesonen<br />
(Antti.Pesonen@vtt.fi) <strong>ja</strong> Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
72 (142)<br />
2.8 Menetelmäkehitys<br />
2.8.1 Rullausmittausten kehittäminen<br />
Rullausmittaukset eli maantiellä ajovastusten määrittämiseksi tehtävät mittaukset<br />
ovat tärkeä osa hyvin montaa avoneuvon energiakäytön mittausta. Jotta alustadynamometrissä<br />
tehtävällä mittauksella voidaan jäljitellä normaalia ajoa, on tiedettävä<br />
ennalta <strong>ajoneuvo</strong>n kokemat vastusvoimat mittauksissa käytetyillä nopeuksilla.<br />
Tätä varten on kehitetty tiellä tehtävä rullausmittaus, jossa <strong>ajoneuvo</strong> kiihdytetään<br />
mahdollisimman suureen nopeuteen, minkä jälkeen rullataan vapaasti lähes<br />
pysähdyksiin. Kerätystä datasta voidaan laskea erikseen <strong>ajoneuvo</strong>n ilmanvastuskerroin<br />
(Cd) sekä rullausvastus (RR), <strong>ja</strong> määrittää niiden poh<strong>ja</strong>lta dynamometrin<br />
asetusarvot.<br />
Ongelma tavallisella tiellä tehdyissä rullausmittauksissa on niiden huono tarkkuus<br />
<strong>ja</strong> toistettavuus, koska tien pituuskaltevuus <strong>ja</strong> sen vaihtelu <strong>ja</strong> sääolosuhteiden<br />
muutokset sekoittavat tuloksia. Perinteisesti mittaukset on tehty kahteen suuntaan<br />
<strong>ja</strong> luotettu siihen, että tien profiili <strong>ja</strong> tuulen vaikutus keskiarvoistuvat ajettaessa<br />
vastakkaisiin suuntiin.<br />
Tässä projektissa tavoite on kuitenkin ollut kehittää menetelmä <strong>ja</strong> tarvittavat kor<strong>ja</strong>uskertoimet,<br />
joilla on mahdollista saada sama tulos joka ajolla molempiin suuntiin.<br />
Myös toistettaessa koe jonain toisena päivänä tuloksen tulisi pysyä ennallaan.<br />
Tämän saavuttamiseksi piti hallita kolme tekijää, jotka kaikki vaikuttavat tuloksiin<br />
erittäin paljon. Nämä tekijät ovat tienpituuskaltevuus, tuuli sekä ilman lämpötila<br />
<strong>ja</strong> muut ympäristöolosuhteet.<br />
Tien pituuskaltevuus on helpoimmin hallittava tekijä. Profiilin vaikutuksen laskeminen<br />
on helppoa, <strong>ja</strong> ainoa haaste on pituuskaltevuus tietojen selvittäminen tarpeellisella<br />
tarkkuudella sekä <strong>ajoneuvo</strong>n si<strong>ja</strong>innin riittävän tarkka määritys.<br />
Tuulen kompensointi osoittautui huomattavasti vaikeammaksi. Jos kokeet voitaisiin<br />
tehdä tuulettomina päivinä tai erittäin kevyessä tuulessa (alle 1 m/s) niin ongelmaa<br />
ei olisi. Projektissa kokeiltiin käyttää tuulitieto<strong>ja</strong> läheiseltä sääasemalta<br />
sekä tien viereen asennetulta tuulimittarilta. Kumpikaan näistä ei osoittautunut antavan<br />
riittävän hyvää tietoa vallitsevista olosuhteista, sillä tuuli vaihtelee yllättävän<br />
paljon kolmen kilometrin pituisella mittasuoralla. Ainoa toimiva menetelmä<br />
on kiinnittää tuulianturi mitattavaan autoon <strong>ja</strong> mitata tuulen voimakkuus sekä<br />
suunta reaalia<strong>ja</strong>ssa. Tässäkin menetelmässä on omat haasteensa, sillä tuulianturin<br />
on oltava hyvin kaukana autosta sijoitettuna sopivaan kohtaan. Ensimmäisissä kokeissa<br />
todettiin auton virtauskentän vääristävän tuuliarvo<strong>ja</strong> aivan liikaa. Tällöin<br />
tuulimittarin etäisyys autosta oli noin 1,5 metriä.<br />
Jos tuuli on auton suuntainen, sen vaikutus ajovastukseen on helppo laskea <strong>ja</strong><br />
suodattaa pois. Ongelman muodostaa sivutuuli, koska tällöin pitää selvittää kerroin<br />
sille, kuinka paljon sivutuuli lisää tuulen aiheuttamaa vastusta. Alkuarvo otettiin<br />
kir<strong>ja</strong>llisuudesta <strong>ja</strong> tämän jälkeen arvoa on kor<strong>ja</strong>ttu empiirisillä testeillä. Sivutuulen<br />
vaikutus ei ole vakio, vaan joka autolle on oma, auton muodosta riippuva<br />
kerroin. Erot ovat varsiin suuria, mutta alkutiedoiksi riittää, että löytää vakion eri<br />
autotyypeille, kuten esimerkiksi täysiperävaunut, puoliperävaunut, pakettiautot,<br />
jne.<br />
Ulkoiset olosuhteet, kuten lämpötila <strong>ja</strong> ilmanpaine, vaikuttavat ilman ominaispainoon<br />
(tiheyteen) <strong>ja</strong> tätä kautta ilmanvastukseen. Arvot kerätään <strong>ja</strong> huomioidaan<br />
tuloksia käsiteltäessä. Lämpötilan vaikutus renkaiden vierintävastukseen on tie-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
73 (142)<br />
dostettu <strong>ja</strong> ongelma kierretään tarkalla mittausmenettelyllä. Itse ongelmaa, eli renkaan<br />
lämpötilan muutoksen vaikutusta rullausvastuksen muutokseen ei vielä kyetä<br />
kompensoimaan. Projektissa kerättiin asiaan liittyvää dataa <strong>ja</strong> tutkittiin lämpötilan<br />
kompensoinnin laskennallisia menetelmiä.<br />
Kuva 72: Tuulianturin tulee sijoittaa mahdollisimman kauas <strong>ajoneuvo</strong>n ympärillä<br />
vallitsevasta virtauskentästä ns. vapaaseen ilmaan
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
74 (142)<br />
Kuva 73. Renkaan pintalämpötilan seuranta <strong>ja</strong> lämpötilan vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
ajovastuksiin.<br />
Ulkoiset olosuhteet kuten lämpötila <strong>ja</strong> ilmanpaine vaikuttavat ilman ominaispainoon<br />
<strong>ja</strong> tätä kautta ilmanvastukseen. Nykymenetelmässä arvot kerätään <strong>ja</strong> otetaan<br />
huomioon tuloksia käsiteltäessä. Lämpötilan vaikutus renkaiden vierintävastukseen<br />
on tiedostettu, <strong>ja</strong> ongelma kierretään tarkalla mittausmenettelyllä. Itse ongelmalle,<br />
eli renkaan lämpötilan vaikutukselle rullausvastukseen, ei vielä ole löydetty<br />
normalisointikeinoa. Kerättyä dataa käytetään etsittäessä laskennallista menetelmää<br />
kompensoimaan lämpötilan vaikutusta.<br />
2.8.2 Uudet syklit<br />
Keskusta-<strong>ja</strong>kelusykli<br />
Jakeluautojen mittauksiin kehitettiin uusi keskusta<strong>ja</strong>kelusykli. Kuvassa 74 oleva<br />
sykli perustuu tallenteeseen todellisesta <strong>ja</strong>keluajosta 18 tonnin <strong>ajoneuvo</strong>lla Helsingin<br />
keskusta-alueella. Aiemmat <strong>ja</strong>kelusyklit ovat suunnattu joko pienille kuorma-autoille<br />
(kevyen >3.5t kuorma-auton ”rullakko<strong>ja</strong>kelu”) tai kehäteitä pitkin tapahtuvaan<br />
<strong>ja</strong>keluun (raskaampien max. 26 tonnin kuorma-autojen alue<strong>ja</strong>kelu)<br />
Syklin keskeisimmät ominaisuudet on esitetty taulukossa 13. Verrattuna alue<strong>ja</strong>kelusykliin,<br />
keskinopeus <strong>ja</strong> huippunopeus ovat edellä mainituista syistä keskusta<strong>ja</strong>kelusyklissä<br />
huomattavasti alhaisemmat.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
75 (142)<br />
Urban Delivery Cycle<br />
Vehicle Speed [km/h]<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 200 400 600 800 1000 1200<br />
Time [s]<br />
Kuva 74: Aika-nopeusprofiili keskusta<strong>ja</strong>kelusyklistä.<br />
Taulukko 13. Alue- <strong>ja</strong> keskusta<strong>ja</strong>kelusyklien tunnusluku<strong>ja</strong>.<br />
Alue<strong>ja</strong>kelu Keskusta<strong>ja</strong>kelu<br />
Kesto (s) 1915 1170<br />
Matka (km) 19.49 5.46<br />
Keskinopeus (km/h) 36.69 16.8<br />
Max. Nopeus (km/h) 88.80 58.9<br />
Joutokäynti% 12.6 % 10.8 %<br />
Palvelulin<strong>ja</strong>-sykli<br />
Helsingissä, Espoossa <strong>ja</strong> Vantaalla liikennöi yhteensä 44 erityyppistä palvelulin<strong>ja</strong>a.<br />
Linjojen suunnittelun lähtökohtana on iäkkäiden, liikuntarajoitteisten <strong>ja</strong> liikkumisessaan<br />
apuvälineitä käyttävien tarpeet. Tästä johtuen palvelulinjojen (Jouko)<br />
liikennöinti poikkeaa selkeästi tyypillisestä pääkaupunkiseudun kaupunkibussiliikenteestä<br />
sekä <strong>ajoneuvo</strong>kaluston että linjojen ajotavan osalta. Palveluliikenteen<br />
kasvaneesta määrästä pääkaupunkiseudulla seuraa tarve tuntea liikennöinnin ympäristövaikutukset.<br />
Tätä tarvetta vastaamaan ajosyklivalikoimaan lisättiin vuonna<br />
2009 palveluliikenneajoa kuvaava Jouko-sykli.<br />
Sykli on muodostettu tallentamalla Helsingin kaupungin osalin<strong>ja</strong>n J32 todellista<br />
ajosuoritetta. Syklin määrittelyssä on käytetty <strong>ajoneuvo</strong>n CAN-väylästä tallennettua<br />
nopeustietoa sekä GPS-paikannustietoa. Kuvassa 75 nähdään mittauksissa<br />
käytetty Mercedes-Benz-merkkinen Jouko-lin<strong>ja</strong>-auto.<br />
J32-lin<strong>ja</strong>n päätepisteet ovat Haagan palvelutalo <strong>ja</strong> Munkkiniemen ostoskeskus.<br />
Muodostettu sykli on otos tästä reitistä alkaen Haagan palvelutalolta <strong>ja</strong> päättyen<br />
Haagan terveysaseman läheisyyteen. Kuvassa 76 on esitetty tallenteiden perusteella<br />
muodostetun Jouko-syklin nopeusprofiili a<strong>ja</strong>n suhteen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
76 (142)<br />
Kuva 75: Mittauksissa käytetty Mercedes-Benz-merkkinen Jouko-lin<strong>ja</strong>-auto.<br />
Jouko-sykli<br />
50<br />
40<br />
Ajonopeus (km /h)<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 200 400 600 800 1000 1200<br />
Aika (s)<br />
Kuva 76: Palvelulinjojen liikennöintiä kuvaava ajosykli.<br />
Taulukossa 14 on esitetty uuden Jouko-syklin perustieto<strong>ja</strong>. Erona lin<strong>ja</strong>liikennettä<br />
kaupungissa hyvin edustavaan Braunschweig-sykliin on muun muassa alhaisempi<br />
keskinopeus (Braunschweig 22.5 km/h) <strong>ja</strong> alhaisempi huippunopeus (Braunschweig<br />
58 km/h).
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
77 (142)<br />
Taulukko 14 Jouko-syklin tunnusluku<strong>ja</strong><br />
Keskinopeus (km/h) 18.3<br />
Maksiminopeus (km/h) 45.0<br />
Matka (km) 6.12<br />
Paikallaanoloaika (s) 145<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Micke Bergman (Micke.Bergman@vtt.fi),<br />
Petri Laine (Petri.Laine@vtt.fi)<br />
2.9 Erikoispäästömittaukset<br />
2.9.1 Mitatut autot<br />
· Scania K9<br />
· Volvo 8700 RLE<br />
· MAN Lions City CNG<br />
Yhteenveto <strong>ajoneuvo</strong>jen perustiedoista on esitetty taulukossa 15.<br />
Taulukko 15. Perustiedot EEV –päästötason <strong>ajoneuvo</strong>ista, joista analysoitiin<br />
sääntelemättömiä päästöjä <strong>HDENIQ</strong> -projektissa.<br />
Erikoispäästömittausten tarkoituksena on kartoittaa päästökomponentte<strong>ja</strong>, joita ei<br />
lainsäädännössä rajoiteta. Tällaiset päästökomponentit voivat kuitenkin olla haitallisia<br />
terveydelle tai ympäristölle. <strong>HDENIQ</strong> –projektissa suoritetut mittaukset<br />
ovat tietyssä määrin <strong>ja</strong>tkoa ”Rastu” –tutkimuskokonaisuudessa tehdyille erikoispäästömittauksille,<br />
joiden tulokset on raportoitu <strong>VTT</strong>:n raportissa <strong>VTT</strong>-R-04084-<br />
09. Kaikki erikoispäästömittaukset tehtiin Braunschweig –ajosyklillä.<br />
<strong>HDENIQ</strong> projektin puitteissa tutkittiin alla luetellut, EEV –päästötason kaupunkibussit:<br />
Moottorin Polttoainmallmetrit<br />
Vuosi-<br />
Ajokilo-<br />
Merkki Jälkikäsittely<br />
iskutilav. dm3<br />
MAN TWC 11.9 CNG 2009 71,300<br />
Volvo SCR 7.2 Diesel 2009 17,800<br />
Scania EGR+DOC 8.9 Diesel 2008 307,500<br />
Edellä mainituista <strong>ajoneuvo</strong>ista tehtiin säänneltyjen päästöjen lisäksi seuraavat<br />
mittaukset:<br />
Kaasufaasista määritettiin (yhdiste, (analyysilaite) / näyte):<br />
• hiilivetyerittely C 1 - C 8 -yhdisteille (GC) / laimennettu kaasu CVS-pussista<br />
• aldehydit (DNPH) (HPLC) / laimennettu kaasu CVS -pussista<br />
• ammoniakki NH 3 (FTIR) / kuuma raakapakokaasu, on-line,
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
78 (142)<br />
Hiukkasfaasista määritettiin:<br />
• hiukkasten lukumäärä<strong>ja</strong>kaumat (ELPI) <strong>ja</strong> kokonaislukumäärä (ELPI)<br />
• PAH –analyysi hiukkasmassasta (uutto + GC)<br />
• Ames –mutageenisuuskoe hiukkasmassasta (uute)<br />
Erikoismittaustekniikat, niihin mahdollisesti liittyvät säädökset <strong>ja</strong> eri päästöjen<br />
merkittävyydet (mm. NH3) sekä aiempien kaupunkibussien tulokset on käsitelty<br />
perusteellisesti ”Rastu” –tutkimuskokonaisuuden raportissa <strong>VTT</strong>-R-04084-09.<br />
2.9.2 Erikoispäästömittausten yhteydessä mitatut säännellyt päästöt<br />
Taulukossa 16 on esitetty mittaustulokset säännellyille päästöille. Päästötuloksista<br />
nähdään, että lukuun ottamatta Scania PM-tuloksia, kaikkien <strong>ajoneuvo</strong>jen päästötasot<br />
olivat oletetulla tasolla. Scanian PM-päästö oli lähes nelinkertainen verrattuna<br />
Volvon PM –päästöihin. Taulukon PM-tulokset perustuvat ns. suurtehokeräimellä<br />
tehtyihin mittauksiin.<br />
Taulukko 16. Mitattujen kaupunkibussien säännellyt päästöt.<br />
Merkki<br />
Pa. kulutus<br />
kg/100km<br />
CO<br />
g/km<br />
HC<br />
g/km<br />
CH4<br />
g/km<br />
NOx<br />
g/km<br />
CO2<br />
g/km<br />
PM (suurteho)<br />
mg/km<br />
MAN 44.1 1.41 0.39 0.26 0.85 1230 1.3<br />
Volvo 35.6 3.87 0.02 0.00 5.99 1089 38<br />
Scania 37.8 0.53 0.02 0.00 6.83 1171 156<br />
2.9.3 PAH- <strong>ja</strong> Ames -analyysit<br />
PAH <strong>ja</strong> Ames –analyysit suoritettiin suurtehokeräimellä kerätyn hiukkasmassan<br />
liukenevasta orgaanisesta osuudesta (SOF). CNG –<strong>ajoneuvo</strong>n PAH –päästöt olivat<br />
käytännössä analyysimenetelmän määritysra<strong>ja</strong>n alapuolella. Myös Volvon että<br />
Scanian karsinogeenisten PAH –yhdisteiden määrä oli vähäinen. Analyysitulosten<br />
perusteella molempien autojen pakokaasuissa esiintyi likimain sama määrä<br />
bents[a]antraseenia (n. 1.2 µg/km) <strong>ja</strong> kryseeniä (n. 0.3 µg/km). Muita karsinogeenisia<br />
PAH –yhdisteitä ei esiintynyt. Fenantreenia <strong>ja</strong> sitä raskaampia PAH–<br />
yhdisteitä oli suurimmat määrät Scanian päästössä. Tulos selittyy osittain ko. <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
korkean PM–päästötason vuoksi.<br />
Ames –analyysi tehtiin vain Scaniasta <strong>ja</strong> Volvosta. CNG –<strong>ajoneuvo</strong>lla ei pystytty<br />
järkevästi keräämään riittävän suurta PM –massaa analyysejä varten sen erittäin<br />
alhaisen PM-päästötason vuoksi.<br />
Sekä Volvosta, että Scaniasta kerättyjen näytteiden mutageenisuus oli alhaisella<br />
tasolla. Volvon näytteistä ei voida todeta, että ne olisivat selvästi mutageenisia<br />
mutta Scanian PM–päästö oli selvästi mutageenista, joskin mutageenisuus oli lievää.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
79 (142)<br />
2.9.4 Hiukkaslukumäärät: ELPI<br />
Hiukkaskoko<strong>ja</strong>kaumat <strong>ja</strong> kokonaislukumäärä mitattiin ELPI-mittalaitteella.<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projektissa mitatut koko<strong>ja</strong>kaumatulokset tukevat RASTU–projektin tuloksia,<br />
jotka on aiemmin esitetty mm. raportissa <strong>VTT</strong>-R-04084-09. Kuvassa 77<br />
on esitetty rinnan <strong>HDENIQ</strong> <strong>ja</strong> RASTU -projekteissa mitattujen bussien hiukkaskoko<strong>ja</strong>kaumat.<br />
Kuvan y-akselin logaritminen asteikko häivyttää <strong>ajoneuvo</strong>ryhmien<br />
sisäiset erot, mutta kuvasta ovat selkeästi nähtävissä <strong>ajoneuvo</strong>ryhmien väliset erot.<br />
Kuvasta 77 nähdään, että maakaasua polttoaineena käyttävien <strong>ajoneuvo</strong>jen hiukkaspäästöt<br />
ovat noin 2 kertaluokkaa pienemmät kuin diesel<strong>ajoneuvo</strong>jen. Koko<strong>ja</strong>kaumista<br />
nähdään myös, että <strong>ja</strong>kauman huippu eri <strong>ajoneuvo</strong>illa on eri kohdassa.<br />
MAN:ien koko<strong>ja</strong>kauman huippu on noin 40 nm:ssa, Volvojen välillä 40-70 nm <strong>ja</strong><br />
Scanioiden välillä 80-110 nm. Diesel<strong>ajoneuvo</strong>illa huipun paikkaan vaikuttaa jälkikäsittelyjärjestelmä<br />
<strong>ja</strong> sen vaikutus moottorin säätöjen valintaan.<br />
Ajoneuvojen väliset erot <strong>ja</strong>kauman huipun paikassa ovat loogisia suhteessa PM -<br />
päästöön, koska on yleisesti tiedossa, että pienimpien, n. D a < 60 nm, aerodynaamisten<br />
hiukkasten vaikutus hiukkasmassaan on hyvin pieni. Samaten vaikutus<br />
pienenee, kun hiukkasen aerodynaaminen halkaisi<strong>ja</strong> (D a ) nousee yli n. > 250 nm:n<br />
(ks. raportti <strong>VTT</strong>-R-00498-11). PM -päästöt näin ollen tukevat koko<strong>ja</strong>kaumatuloksia,<br />
sillä MAN CNG –autoissa PM –päästö oli selkeästi pienin <strong>ja</strong> Scaniassa suurin.<br />
Hiukkaskoko<strong>ja</strong>kauma eri <strong>ajoneuvo</strong>tekniikoilla<br />
Braunchweig- syklissä<br />
dN/dlogDp (#/km)<br />
1.0E+15<br />
1.0E+14<br />
1.0E+13<br />
1.0E+12<br />
1.0E+11<br />
1.0E+10<br />
1.0E+09<br />
1.0E+08<br />
0.01 0.1 1 10<br />
Aerodynaaminen halkaisi<strong>ja</strong> (µm)<br />
Scania Euro 3 *<br />
Scania Euro 4 *<br />
Scania EEV<br />
Scania EEV *<br />
Volvo EEV<br />
Volvo EEV *<br />
MAN CNG<br />
(stoich.) EEV<br />
MAN CNG<br />
(stoich.) EEV *<br />
MAN CNG<br />
(lean) EEV *<br />
* mitattu Rastuprojektissa<br />
2007<br />
Kuva 77: Eri kaupunkibussien hiukkaskoko<strong>ja</strong>kaumat, mitattu RASTU- <strong>ja</strong> <strong>HDENIQ</strong><br />
–projekteissa vuosina 2007 <strong>ja</strong> 2009.<br />
Hiukkasten kokonaislukumäärän <strong>ja</strong> massaemission (PM) välillä todettiin selkeä<br />
korrelaatio jo RASTU-projektin yhteydessä. Vuoden 2009 <strong>HDENIQ</strong> -mittaukset<br />
vahvistivat edelleen tätä tulosta. Kuvassa 78 on esitetty molemmissa projekteissa<br />
mitattujen bussien kokonaislukumäärä- <strong>ja</strong> PM-tulokset. Kuvasta nähdään, että ääripäitä<br />
edustavat maakaasu- <strong>ja</strong> Scanian Euro3 -<strong>ajoneuvo</strong>t. Kuvasta on myös nähtä-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
80 (142)<br />
vissä, että Scanian Euro4 - <strong>ja</strong> EEV- mallit eivät hiukkasmassapäästöjen osalta eroa<br />
toisistaan.<br />
Hiukkasten massapäästö <strong>ja</strong> konaislukumäärä eri <strong>ajoneuvo</strong>tekniikoilla<br />
Braunschweig -syklissä<br />
6.00E+14<br />
5.00E+14<br />
Kokonaislukumäärä, [1/km]<br />
4.00E+14<br />
3.00E+14<br />
2.00E+14<br />
Volvo EEV<br />
Scania Euro 4<br />
R 2 = 0.95<br />
Scania EEV<br />
Scania Euro 3<br />
1.00E+14<br />
MAN CNG EEV<br />
Ympyröidyt <strong>ajoneuvo</strong>t mitattu<br />
lean / stoich (3 <strong>ajoneuvo</strong>a)<br />
<strong>HDENIQ</strong> -projektissa.<br />
0.00E+00<br />
0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350<br />
PM, [g/km]<br />
Kuva 78: Hiukkasten kokonaislukumäärän <strong>ja</strong> PM-emission välinen korrelaatio<br />
<strong>HDENIQ</strong>- <strong>ja</strong> RASTU –projekteissa.<br />
2.9.5 Kaasumaiset sääntelemättömät päästöt: HC- <strong>ja</strong> aldehydierittely<br />
Taulukko 17 esittää kaasukromatografiseen (GC) analyysiin perustuva erittely hiilivetypäästöistä<br />
MAN:lle <strong>ja</strong> Volvolle, Scaniasta ei analyysia tehty. Analyysissä<br />
ovat mukana yhdisteet, joissa on enintään 8 hiiliatomia (C 8 ).<br />
Taulukosta nähdään, että emissiossa on vain metaania. Pierburg AMA4000-HFID<br />
analysaattorin antama metaanipitoisuus (AMA Metaani) on 10-30 % korkeampi<br />
kuin GC:n, mutta syy ei ole tunnettu. AMAn määrittämä kokonaishiilivetypitoisuus<br />
(AMA THC) on korkeampi kuin metaanipitoisuus, joten pakokaasu sisältää<br />
myös muita hiilivetyjä, kuin metaania <strong>ja</strong> mutta kyseiset hiilivety-yhdisteet eivät<br />
näy GC –analyysissä.<br />
Taulukko 18 listaa karbonyyliyhdisteiden tulokset kaikille kolmelle mitatulle <strong>ajoneuvo</strong>lle.<br />
Analyysissä saatiin mitattavissa olevia pitoisuuksia form-, aset- <strong>ja</strong> propionaldehydeille,<br />
<strong>ja</strong> lisäksi asetonille. MAN:in <strong>ja</strong> Volvon aldehydipitoisuudet ovat<br />
hyvin samalla tasolla kuin aiempien vastaavien, vuosimallia 2007-2008 olevien<br />
autojen, jotka on esitetty raportissa <strong>VTT</strong>-R-04084-09. Scanian form- <strong>ja</strong> asetaldehydien<br />
pitoisuudet olivat myös kohtuullisen pieniä, mutta propioneldehydi <strong>ja</strong> asetoni<br />
pitoisuudet sen si<strong>ja</strong>an olivat korkeita.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
81 (142)<br />
Taulukko 17. Vuosimallin 2009 EEV –bussien (MAN <strong>ja</strong> Volvo) GC-hiilivetyerittely<br />
sekä AMA4000:n HFID analysaattorilla mitatut hiilivedyt.<br />
MAN<br />
Volvo<br />
koe # 29R518 29R519 29R524 29R525 29R527 29R541 29R542<br />
[mg/km] [mg/km] [mg/km] [mg/km] [mg/km] [mg/km] [mg/km]<br />
AMA THC 417 368 185 144 178 16.8 23.7<br />
AMA Metaani 293 234 115 133 151 0.0 0.0<br />
Metaani 271 213 92 111 113 1.4 2.7<br />
Etaani 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Eteeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Propaani 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Propeeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Asetyleeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Isobuteeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
1,3-Butadieeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Bentseeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0<br />
Tolueeni 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.2<br />
taustailman analyysitulos<br />
rinnakkaisesta kokeesta<br />
Taulukko 18. Kolmen EEV –bussin karbonyyliyhdiste-erittely.<br />
Koe Auto Poltto- Sykli FA AA Ac Acro PrA CrA BuA BzA VA mTol HexA<br />
aine<br />
mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km mg/km<br />
29R518 MAN CNG Br 50 % 2.75 0.52 1.46 0.00 0.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
29R519 MAN CNG Br 50 % 2.66 0.47 0.99 0.00 0.22 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
29R541 VOLVO DIKC 0/-10 Br 50 % 4.99 1.17 0.16 0.00 0.46 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
29R542 VOLVO DIKC 0/-10 Br 50 % 6.04 1.40 0.46 0.00 0.39 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
29R616 SCANIA DIKC -0/-10 Br 50 % 8.17 1.34 6.46 0.00 34.6 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
29R617 SCANIA DIKC -0/-10 Br 50 % 9.20 1.62 30.0 0.00 41.3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00<br />
2.9.6 Sääntelemättömät kaasumaiset päästöt (FTIR-analyysi)<br />
Sääntelemättömät kaasumaiset päästöt mitattiin FTIR –laitteella, <strong>ja</strong> yhteenveto tuloksista<br />
on esitetty taulukossa 19<br />
SCR–jälkikäsittelyllä varustetussa bussissa (Volvo) ei pakokaasuissa esiintynyt<br />
ammoniakkia (NH 3 ), joka olisi merkki urealisäaineen liian suuresta syöttömäärästä.<br />
Myös NO 2 /NO –suhde oli kohtuullinen, NO 2 :n osuus kokonais NOx -päästöstä<br />
oli tasolla 11-13 %. Sen si<strong>ja</strong>an CNG-MAN –bussin NH 3 –pitoisuus oli korkea, n.<br />
100 til-ppm. CNG –bussissa on kolmitoimikatalysaattori, joka aiheuttaa suuren<br />
NH3 –päästön. Syytä ammoniakin syntymiseen kolmitoimikatalysaattorissa ei tiedetä,<br />
mutta todennäköisesti se syntyy huonosti toimivassa katalysaattorissa typen<br />
pelkistykseen liittyvien reaktioiden jäädessä va<strong>ja</strong>iksi. Scanian FTIR–analyysin tuloksissa<br />
huomiota herättää erittäin korkea NO 2 –osuus, n. 43 % kokonais-NOx –<br />
päästöstä. Korkea NO 2 –taso aiheutuu hapetuskatalysaattorista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
82 (142)<br />
Taulukko 19. Kaasumaisia päästökomponentte<strong>ja</strong>, FTIR-analyysi.<br />
MAN EEV<br />
2009<br />
Volvo EEV<br />
2009<br />
Scania EEV<br />
2008<br />
29R518 29R519 29R524 59R525 29R541 29R542 29R616<br />
NH 3 , ppm 104 118 85 100 < 3 < 3 < 3<br />
CH 4 , ppm 20 21 19 21 < 2 < 2 < 2<br />
NO 2 , ppm 1.4 1.4 0.4 0.6 13.0 11.0 143<br />
NO, ppm 77 91 77 82 137 135 191<br />
NO 2 /NO, % 1.9 1.6 0.5 0.7 9.5 8.1 75 %<br />
2.9.7 Yhteenveto<br />
<strong>HDENIQ</strong> –projektin yhteydessä mitattiin kolme EEV –päästötason kaupunkibussia,<br />
jotka edustivat kolmea erilaista <strong>ajoneuvo</strong>- / päästötekniikkaa. Vertailussa oli<br />
stoikiometrinen CNG –<strong>ajoneuvo</strong> kolmitoimikatalysaattorilla varustettuna, sekä<br />
diesel<strong>ajoneuvo</strong>t SCR- <strong>ja</strong> EGR+DOC- jälkikäsitettelyllä.<br />
Tulokset osoittavat, että stoikiometrinen CNG –<strong>ajoneuvo</strong> kolmitoimikatalysaattorilla<br />
on säänneltyjen <strong>ja</strong> sääntelemättömien päästöjen osalta pääsääntöisesti diesel<br />
verrokke<strong>ja</strong> parempi vaihtoehto. Poikkeuksena ovat CNG –<strong>ajoneuvo</strong>n metaani- <strong>ja</strong><br />
ammoniakkipäästöt, jotka ovat selvästi korkeammat diesel<strong>ajoneuvo</strong>ihin verrattuna.<br />
Diesel<strong>ajoneuvo</strong>ista SCR –tekniikalla varustettu Volvo oli päästöiltään parempi<br />
verrattuna EGR+DOC –tekniikalla varustettuun Scaniaan. Erityisesti Scanian PM<strong>ja</strong><br />
NO 2 –päästöt olivat merkittävästi Volvoa korkeammat.<br />
Nyt mitattujen <strong>ajoneuvo</strong>yksilöiden tuloksia ei tietenkään voida yleistää kaikkiin<br />
vastaavilla tekniikoilla varustettuihin <strong>ajoneuvo</strong>ihin. Kuitenkin voidaan todeta, että<br />
<strong>VTT</strong>:llä tehdyissä mittauksissa on kyseisten tekniikoiden osalta tehty vastaavia<br />
havainto<strong>ja</strong> muulloinkin, kuin näissä mittauksissa (vrt. <strong>HDENIQ</strong> seurantamittaukset<br />
vuosiraportissa 2010).<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Timo Murtonen (Timo.Murtonen@vtt.fi),<br />
Mai<strong>ja</strong> Lappi (Mai<strong>ja</strong>.Lappi@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
83 (142)<br />
3 Ajo-opastin<br />
3.1 Yleistä<br />
Ajo-opastinlaite on reaaliaikainen a<strong>ja</strong>mista avustava järjestelmä lin<strong>ja</strong>autonkuljettajille.<br />
Päämääränä on polttoainetta säästävä, laadukas <strong>ja</strong> aikataulussa<br />
pysyvä ajo. Tähän päästään kaupunkiajossa nopealla kiihdytyksellä <strong>ja</strong> mahdollisimman<br />
alhaisella vakionopeudella. Järjestelmä monitoroi <strong>ajoneuvo</strong>n liikettä <strong>ja</strong> si<strong>ja</strong>intia<br />
<strong>ja</strong> vertaa tieto<strong>ja</strong> aikatauluun. Aikataulun <strong>ja</strong> kerättyjen tietojen perusteella<br />
lasketaan loppureitin tavoitenopeus. Testeissä on havaittu 5-10 % säästöt polttoaineissa.<br />
Säästö on sitä suurempi, mitä paremmin laitteen ohjenopeutta noudatetaan.<br />
Ennen vuotta 2010 opastimen toimintaa <strong>ja</strong> vaikutuksia oli selvitetty <strong>ja</strong> ominaisuuksia<br />
kehitetty edelleen, mutta käyttäjära<strong>ja</strong>pinta puuttui. Lisäksi ohjelmistoa oli<br />
kehitetty useassa eri paikassa <strong>ja</strong> erilaisilla työkaluilla: lin<strong>ja</strong>ohjeiden muodostukset<br />
LabView-ohjelmistolla, ajo-opastimen logiikka koodattu <strong>ajoneuvo</strong>päätteeseen laitesidonnaisesti,<br />
<strong>ja</strong> raportointi <strong>ja</strong> vertailujärjestelmä toteutettu Matlabilla.<br />
Vuosina 2010–2012 kehitettiin ajo-opastinlaitteelle tausta- <strong>ja</strong> raportointijärjestelmä.<br />
Ohjelmistolla voidaan muodostaa ajo-opastimen tarvitsemat reittitiedostot<br />
erimuotoisten lähtötietojen perusteella, analysoida ajotapahtumia kuljetta<strong>ja</strong>- <strong>ja</strong><br />
<strong>ajoneuvo</strong>kohtaisesti, sekä tarkastella aikataulun toteutumista eri kellonaikoina.<br />
Ohjelmisto on käynnissä AC-Sähköautot Oy:n hallinnoimalla palvelimella, <strong>ja</strong> liikennöitsijöillä<br />
on pääsy sen käyttöliittymään web-selaimella. Käyttöliittymän<br />
kautta liikennöitsijä voi tarkastella kuljetta<strong>ja</strong>- <strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>kohtaisia analyysituloksia<br />
<strong>ja</strong> yhteenvetoraportte<strong>ja</strong>. Ajo-opastinlaite on käytössä pääkaupunkiseudun Jokeribusseissa,<br />
sekä Jyväskylässä linjoilla 1,2 <strong>ja</strong> 27.<br />
Vuonna 2010 aloitetussa yhteistyössä Telefot-hankkeen kanssa saatiin lisää tutkimustukea<br />
opastimen vaikutusten arviointiin mm. kuljettajien haastattelujen <strong>ja</strong> syvemmän<br />
data-analyysin kautta. Tutkimuksessa verrattiin ajo-opastinta käyttäneitä<br />
kuljettajia niihin, joiden käytössä opastin ei vielä ole. Laitteen vaikutuksia polttoaineen<br />
kulutukseen <strong>ja</strong> nopeusrajoitusten noudattamiseen tutkittiin erikseen koko<br />
reitille <strong>ja</strong> lyhemmille tarkastelu<strong>ja</strong>ksoille. Tutkimuksen päätuloksena todettiin, että<br />
ajo-opastimen käyttö pienentää polttoaineen kulutusta <strong>ja</strong> vähentää ylinopeuden<br />
a<strong>ja</strong>mista.<br />
Kun kuljetta<strong>ja</strong>t pitivät ajo-opastimen päällä, he pääsivät jopa 5,4 l/100km pienempään<br />
kulutukseen tietyllä reitin osalla, <strong>ja</strong> ruuhkassa koko reitillä 2,7 l/100km. Kuljettajilla<br />
nähtiin myös jonkin verran ns. siirtovaikutusta, eli he ajoivat myös ilman<br />
opastinta taloudellisemmin kuin ne kuljetta<strong>ja</strong>t, joita ei ole vielä ajo-opastimen<br />
käyttöön koulutettu.<br />
Polttoainesäästön lisäksi ajo-opastin lisäsi nopeusrajoituksen noudattamista. Ajoopastin<br />
päällä kuljetta<strong>ja</strong>t ajoivat selvästi vähemmän yli 5 km/h ylinopeutta kuin<br />
ilman laitetta tai ennen kuin laite oli otettu käyttöön. Vuosina 2008 <strong>ja</strong> 2009 koulutetut<br />
kuljetta<strong>ja</strong>t ajoivat ilman laitetta kesällä rauhallisessa liikenteessä 12,2 %<br />
matkasta ylinopeutta <strong>ja</strong> laite päällä 3,5 % matkasta. Yli 10 km/h ylinopeuksien<br />
osalta osuudet matkasta olivat ilman laitetta 9,7 % <strong>ja</strong> laitteen kanssa enää 1,5 %<br />
matkasta. Ilman ajo-opastinta ajo-opastimen käyttöön koulutetut eivät selkeästi<br />
eronneet ylinopeuksien a<strong>ja</strong>misen osalta kouluttamattomista kuljettajista.<br />
Haastateltaessa kuljettajia, he eivät itse kokeneet, että laitteesta olisi heille juurikaan<br />
hyötyä. He arvioivat, että heillä on jo sen verran paljon kokemusta, että he
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
84 (142)<br />
a<strong>ja</strong>vat olosuhteiden mukaan suurin piirtein samaan tapaan oli autossa ajo-opastin<br />
tai ei. Silti vaikutusarviotuloksista näkyi selvästi, että he olivat kuluttaneet vähemmän<br />
polttoainetta, noudattaneet paremmin nopeusrajoituksia <strong>ja</strong> a<strong>ja</strong>neet<br />
enemmän laitteen määrittämällä optiminopeudella laitteen ollessa päällä.<br />
3.2 Ohjelmisto<br />
Ohjelmisto koostuu palvelinohjelmasta <strong>ja</strong> selainpoh<strong>ja</strong>isesta käyttöliittymästä. Palvelinohjelma<br />
prosessoi automaattisesti jokaisessa ajossa syntyneen havaintodatan<br />
<strong>ja</strong> analysoi sen. Käyttöliittymässä voi selata analyysitulosraportte<strong>ja</strong>. Palvelinohjelma<br />
on toteutettu Java-kielellä. Selainpoh<strong>ja</strong>isen käyttöliittymän toteutuksessa on<br />
käytetty JSP <strong>ja</strong> Java Script -kieliä. Kuvassa 79 on esitetty järjestelmän yleisrakenne.<br />
Aikataulu<br />
Raportit<br />
Reittimääritys<br />
Reitin kor<strong>ja</strong>us<br />
CAN-data<br />
Analysoitu data<br />
Kuva 79: Ajo-opastinjärjestelmä<br />
Ajo-opastin vaatii toimiakseen ennalta muodostetun reittikohtaisen ohjeistuksen.<br />
Palvelinohjelmisto kerää muista järjestelmistä saatavat tarpeelliset tiedot, kuten<br />
pysäkkikohtaiset aikataulut <strong>ja</strong> nopeusrajoitukset, sekä pysäkkien <strong>ja</strong> nopeusrajoitusten<br />
vaihtumispisteiden koordinaatit. Näistä tiedoista muodostetaan jokaiselle<br />
lin<strong>ja</strong>lle <strong>ja</strong> sen lähdöille tavoitteelliset paikkasidonnaiset tavoitenopeudet. Jos kaikkea<br />
tietoa ei saada kerätyksi automaattisesti, reittiä voi tarkastella <strong>ja</strong> muokata<br />
myös karttapoh<strong>ja</strong>isessa käyttöliittymässä. Reitti esitetään opastinlaitteelle listana<br />
reittipisteitä (pysäkit, nopeusrajoituksen muutokset, muut mahdolliset oh<strong>ja</strong>uspisteet).<br />
Reittipisteen voi lisätä käyttöliittymässä kartasta klikkaamalla. Pisteen paikan<br />
voi tarkistaa Google Street View -linkistä. Kuvassa 80 on esitetty reitinmuodostuksen<br />
käyttöliittymä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
85 (142)<br />
Kuva 80: Reitinmuodostus.<br />
Ajo-opastinjärjestelmä toimii puolueettomana mittarina kuljettajien ajosuorituksien<br />
onnistumiselle. Ajoneuvoista kerätty tieto lähetetään palvelimelle. Jokaisesta<br />
tallennetusta ajotapahtumasta lasketaan tarkasteltavia suureita kuvaavat tunnusluvut.<br />
Tällä hetkellä järjestelmässä seurataan polttoaineen kulutusta, ylinopeutta <strong>ja</strong><br />
aikataulussa pysymistä. Lisäksi monitoroidaan, kuinka hyvin kuljetta<strong>ja</strong> noudattaa<br />
ajo-opastimen ohjeistamaa optiminopeutta. Datasta poistetaan virheelliset tai keskenjääneet<br />
ajotapahtumat. Kaikki analysoitavat ajotapahtumat tehdään yhteismitallisiksi<br />
poistamalla niistä erilaisista olosuhteista johtuva vaihtelu. Referenssikäyrät<br />
ovat keskimääräisiä profiile<strong>ja</strong>, jotka kuvaavat näitä analysoitavien arvojen<br />
vaihtelua. Referenssiarvojen laskenta <strong>ja</strong>kaantuu kahteen vaiheeseen:<br />
1. Viikonpäiväreferenssi: Ajotapahtumat <strong>ja</strong>etaan viikonpäivän mukaisiin joukkoihin<br />
<strong>ja</strong> kullekin joukolle määritetään suureen keskimääräinen arvo kellona<strong>ja</strong>n<br />
funktiona. Tällöin voidaan huomioida esimerkiksi liikennemäärien vaihtelut<br />
vuorokauden sisällä sekä eri viikonpäivien kesken <strong>ja</strong> poistaa niiden vaikutukset
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
86 (142)<br />
kuljettajien ajosuorituksessa. Esimerkki viikonpäiväreferenssistä on esitetty<br />
kuvassa 81.<br />
Kuva 81: Polttoaineenkulutuksen viikonpäiväreferenssi<br />
2. Vuodenaikareferenssi: Ajotapahtumat <strong>ja</strong>etaan eri päivämäärien mukaisiin<br />
joukkoihin. Jokaisen tarkasteltavan päivän ajotapahtumia kuvaavat suureet kor<strong>ja</strong>taan<br />
edellisessä kohdassa (1) määrätyllä viikonpäiväreferenssillä. Tämän jälkeen<br />
tarkasteltavalle suureelle voidaan määrittää jokaiselle päivälle keskimääräinen<br />
arvo tarkastelu<strong>ja</strong>kson aikana. Suureen päiväkohtaista trendiä muokataan<br />
liukuvalla keskiarvolla sileämmän trendin aikaansaamiseksi. Vuodenaikareferenssi<br />
huomio esimerkiksi sääolosuhteiden muutokset, talvilaatuisen polttoaineen<br />
käytön, rengastuksen muutoksen jne. Vuodenaikareferenssit muodostetaan<br />
erikseen kaikille <strong>ajoneuvo</strong>ille <strong>ja</strong> kuljettajille, jotta erilaisten ajotyylien vaikutus<br />
saadaan poistettua <strong>ajoneuvo</strong><strong>ja</strong> vertailtaessa, <strong>ja</strong> erilaisten <strong>ajoneuvo</strong>jen vaikutus<br />
kuljettajia vertailtaessa. Kuvassa 82 on esitetty vuodenaikareferenssikäyrä.<br />
Referenssien määrittämisen jälkeen kaikille tarkasteltaville suureille on vertailuarvo,<br />
joka huomioi <strong>ajoneuvo</strong>n, kuljetta<strong>ja</strong>n, viikonpäivän, vuorokaudena<strong>ja</strong>n sekä<br />
pidemmän aikavälin trendin vaikutuksen. Näin ajotapahtumia voidaan verrata referenssiarvoihin,<br />
jolloin tarkasteltavien suureiden poikkeama referenssiarvosta<br />
kuvaa kuljetta<strong>ja</strong>n ajosuoritusta tai <strong>ajoneuvo</strong>n ominaisuuksia puolueettomasti.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
87 (142)<br />
Kuva 82: Polttoaineenkulutuksen vuodenaikareferenssi.<br />
Analyysin tulokset esitetään käyttöliittymässä kuljetta<strong>ja</strong>- <strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>kohtaisesti.<br />
Lisäksi sekä kuljettajista että <strong>ajoneuvo</strong>ista on saatavilla keskiarvosuorituksia kuvaava<br />
yhteenvetotaulukko. Myös referenssikäyriä voi tarkastella käyttöliittymässä.<br />
Kuvassa 83 on esimerkki analyysiraportista.<br />
Kuva 83: Ajoneuvoraportti.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
88 (142)<br />
Koko <strong>ajoneuvo</strong>joukkoa kuvaavaan yhteenvetoraporttiin (Kuva 84) ajot <strong>ja</strong>etaan<br />
kolmeen osaan: opastamattomat ajot, opastetut ajot, sekä vähiten kuluttaneiden<br />
kuljettajien ajot. Kulutuksen vertailussa käytetään referenssikor<strong>ja</strong>ttu<strong>ja</strong> ajo<strong>ja</strong>, eli<br />
parhaat kuljetta<strong>ja</strong>t ovat ne, jotka ovat kuluttaneet suhteellisesti vähiten kaikki olosuhteet<br />
(sää, ruuhkat) huomioon ottaen. Raportista käy ilmi esimerkiksi <strong>ajoneuvo</strong>joukon<br />
polttoaineenkulutuksen säästöpotentiaali. Koko <strong>ajoneuvo</strong>joukon raportte<strong>ja</strong><br />
voidaan tarkastella myös kuukausikohtaisesti.<br />
Huomioitavaa on myös se, että opastuspoikkeama on parhaiten a<strong>ja</strong>neilla huomattavasti<br />
pienempi kuin opastetuilla keskimäärin, vaikka parhaiden kuljettajien joukossa<br />
suurin osa kuljettajista on opastamattomia. Tämä kertoo toisaalta siitä että<br />
vähiten kuluttaneet kuljettavat ovat a<strong>ja</strong>neet kuten ajo-opastin opastaa, näkivät he<br />
opastimen tai eivät. Toisaalta tämä kertoo myös siitä että opastetut eivät ole noudattaneet<br />
ajo- opastimen ohjeistusta parhaalla mahdollisella tavalla, minkä vuoksi<br />
myöskään koko säästöpotentiaalia ei ole hyödynnetty. Kuljettajille annettava<br />
säännöllinen palaute, <strong>ja</strong> mahdollisuus päästä näkemään oman suorituksensa tuloksia<br />
todennäköisesti parantaisi tilannetta, mutta tätä ei projektin yhteydessä tutkittu.<br />
Kuva 84: Koko <strong>ajoneuvo</strong>joukon yhteenvetoraportti.<br />
Kuvassa 85 on esitetty aikataulun toimivuutta kuvaava raportti. Raportissa näytetään<br />
poikkeamat aikataulusta eri kellonaikoina pysäkkiväleittäin. Ylinopeudet raportoidaan<br />
samalla tavalla. Arki- <strong>ja</strong> viikonloppuaikataulujen toteuma esitetään<br />
erikseen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
89 (142)<br />
Kuva 85: Aikataulun toteutuminen.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
90 (142)<br />
3.3 Analyysitulokset<br />
Ajo-opastimen keräämä data analysoitiin a<strong>ja</strong>lta 1.7.2011–31.10.2012. Analyysit<br />
tehtiin erikseen Jyväskylän <strong>ja</strong> Jokerin datoille. Analyysissä käytettiin samaa <strong>ja</strong>koa<br />
ajoille kuin koko <strong>ajoneuvo</strong>joukon yhteenvetoraportissa: opastamattomat ajot,<br />
opastetut ajot, sekä viiden parhaan kuljetta<strong>ja</strong>n ajot. Analyysi tehtiin kuukausikohtaisesti,<br />
<strong>ja</strong> kuukausittaisista tuloksista laskettiin lopuksi keskiarvot tarkasteltaville<br />
suureille. Kuukausikohtaisissa tuloksissa on parhaiden kuljettajien ryhmä muodostettu<br />
sen kuukauden parhaiten suoriutuneista kuljettajista, koska pitemmän aikavälin<br />
parhailla ei välttämättä ollut jokaisena kuukautena riittävästi ajo<strong>ja</strong>. Tuloksista<br />
näkyy selvä korrelaatio pienen polttoaineenkulutuksen, pienen opastuspoikkeaman<br />
(opastimen optiminopeuden noudattamisen) <strong>ja</strong> pienen ylinopeusindeksin<br />
välillä. Parhaat kuljetta<strong>ja</strong>t myös a<strong>ja</strong>vat vähiten etua<strong>ja</strong>ssa.<br />
Jokerilin<strong>ja</strong>lla opastetut ovat kuluttaneet seuranta<strong>ja</strong>kson aikana keskimäärin 1,5<br />
l/100km vähemmän kuin opastamattomat, <strong>ja</strong> parhaiden kulutus on ollut keskimäärin<br />
jopa 4,3 l/100km alle opastamattomien kuljettajien kulutuksen. Vastaavat keskiarvotulokset<br />
opastuspoikkeamassa ovat -29 % opastetuille kuljettajille <strong>ja</strong> -31 %<br />
parhaille, eli molemmat ryhmät ylittävät ajo-opastimen opastusnopeutta noin<br />
30 % vähemmän kuin opastamattomat kuljetta<strong>ja</strong>t. Tuloksista voidaan huomata, että<br />
säästöpotentiaali on suuri, jos kuljetta<strong>ja</strong>t saadaan noudattamaan ohjenopeutta.<br />
Sekä opastetut että parhaat kuljetta<strong>ja</strong>t ajoivat noin 10 % vähemmän ylinopeutta<br />
kuin opastamattomat ylinopeusindeksillä vertailtaessa. Suurten ylinopeuksien<br />
(>10 km/h) osalta luvut olivat -22% <strong>ja</strong> -33%.<br />
Tuloksissa on havaittavissa selvää hiipumista ajo-opastimen käytössä <strong>ja</strong> seuraamisessa:<br />
opastettu<strong>ja</strong> ajo<strong>ja</strong> on koko a<strong>ja</strong>n vähenevä määrä, jolloin muutaman opastinta<br />
käyttävän mutta opastusta noudattamattoman kuljetta<strong>ja</strong>n muusta opastettujen joukosta<br />
poikkeavat tulokset (selvästi suurempi määrä ylinopeuksia, suurempi opastuspoikkeama,<br />
suurempi kulutus) vääristävät tunnusluku<strong>ja</strong>. Kuljettajille annettava<br />
säännöllinen palaute <strong>ja</strong> mahdollisuus päästä näkemään oman suorituksensa tuloksia<br />
voisi auttaa ajo-opastimen säästöpotentiaalin realisoimisessa <strong>ja</strong> ylinopeuksien<br />
kuriin saamisessa.<br />
Jyväskylän tulokset ovat samansuuntaisia. Erot kulutuksessa eivät ole yhtä suuria<br />
kuin Jokerilin<strong>ja</strong>lla, mutta ylinopeudet ovat pudonneet melko tehokkaasti, <strong>ja</strong> ajot<br />
ovat paremmin aikataulussa. Ylinopeuksia sekä opastetut että parhaat kuljetta<strong>ja</strong>t<br />
ajoivat noin 28 % vähemmän kuin opastamattomat ylinopeusindeksillä vertailtaessa.<br />
Suurten ylinopeuksien (>10 km/h) osalta luvut olivat -22% <strong>ja</strong> -28%.<br />
Opastettujen keskikulutus oli seuranta<strong>ja</strong>ksolla 0,7 l/100km vähemmän kuin opastamattomilla<br />
kuljettajilla. Parhaat kuljetta<strong>ja</strong>t kuluttivat keskimäärin 1,1 l/100km<br />
vähemmän kuin opastamattomat. Opastetuilla opastuspoikkeama on huomattavasti<br />
suurempi kuin Jokerilin<strong>ja</strong>lla, eli opastinta ei noudateta keskimäärin läheskään<br />
yhtä hyvin, mikä selittänee pienemmät kulutussäästöt. Vastaavat keskiarvotulokset<br />
opastuspoikkeamassa olivat -12 % opastetuille <strong>ja</strong> -20 % parhaille kuljettajille.<br />
Jyväskylässä kytkettiin ajo-opastin kaikille kuljettajille kesäkuussa 2012. Kun<br />
verrataan vuoden 2012 <strong>ja</strong> 2011 heinä-syyskuuta keskenään, huomataan, että keskimääräinen<br />
polttoaineenkulutus kaikkien kuljettajien osalta on laskenut noin<br />
0,2 % <strong>ja</strong> ylinopeudet noin 10 %. Kulutuksen lasku on merkittävästi vähäisempää<br />
kuin yleensä ajo-opastimen käyttöönotossa. Vertailu ei kuitenkaan ole tieteellisesti<br />
erityisen vahva, sillä eri vuosien välillä muuttujia on paljon, eikä yhtenäistä referenssiä<br />
ole olemassa. Opastimen käyttöönoton jälkeen 2012 opastuspoikkeaman
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
91 (142)<br />
trendi on kuitenkin ollut selvästi laskeva, mikä on johtanut vähitellen parempaan<br />
aikataulujen toteutumiseen, ks. kuva 86.<br />
Kuva 86: Opastuspoikkeaman <strong>ja</strong> aikataulun toteutumisen kehitys, kun kaikki ajot<br />
ovat opastettu<strong>ja</strong>.<br />
Aikataulujen toteutumisraporteista voidaan huomata, että Jokerilin<strong>ja</strong>lla ruuhkaaikaa<br />
lukuun ottamatta arkena aikataulussa pysytään melko hyvin, eikä etua<strong>ja</strong>ssa<br />
ajeta keskimäärin. Toisaalta koska aikataulun toteutumisraportit kuvaavat keskiarvo<strong>ja</strong>,<br />
tarkoittaa tasan a<strong>ja</strong>ssa toteutuminen keskimäärin käytännössä sitä, että<br />
jos välillä ollaan hieman jäljessä, niin välillä ollaan vastaavasti edellä. Koska edellä<br />
aikataulusta a<strong>ja</strong>minen on palvelun kannalta erityisen haitallinen tapahtuma, on<br />
ihanteellinen pysäkkiaika hieman aikataulussa jäljessä, esim. 1-3 min. Näin ollen<br />
taulukossa toteutumat, joissa aikataulusta on oltu keskimäärin 2 - 3 minuuttia<br />
myöhässä, ovat todennäköisesti lähellä optimaalista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
92 (142)<br />
Ruuhka-aikana aikataulu kaipaisi joidenkin vuorojen väljentämistä, sillä aikataulusta<br />
ollaan näissä jäljessä yli 5 minuuttia päätepysäkillä. Ruuhka-aikana Itäkeskus-Pitäjänmäen<br />
asema -väli, <strong>ja</strong> Westendinasema-Huopalahden asema -väli toiseen<br />
suuntaan, aikataulussa pysytään, mutta loppureitillä jäädään jälkeen keskimäärin<br />
enemmän kuin olisi ihanteellista. Viikonloppuna ajetaan etua<strong>ja</strong>ssa, mutta<br />
silti ilman suuria ylinopeuksia. Yleensä ylinopeudet keskittyvät 40km/h nopeusrajoitusalueille<br />
<strong>ja</strong> viimeiselle pysäkkivälille ennen päätepysäkkiä.<br />
Jyväskylän tarkastelluilla linjoilla on enemmän aikataulupoikkeamia. Kaikilla linjoilla<br />
ajetaan noin 1-4 minuuttia etua<strong>ja</strong>ssa keskustan tasauspysäkille, samoin tasauspysäkkiä<br />
edeltäville 5-10 pysäkille. Tasauspysäkiltä lähdettäessä ollaan aikataulussa,<br />
mutta lin<strong>ja</strong>n loppua kohden ajetaan jälleen etua<strong>ja</strong>ssa 1-4 minuuttia. Keskimäärin<br />
4 minuuttia etua<strong>ja</strong>ssa tarkoittaa siis käytännössä sitä että osa kuljettajista<br />
a<strong>ja</strong>a järjestelmällisesti yli 10 min etua<strong>ja</strong>ssa. Tilanne on aikataulujen suhteen samanlainen<br />
sekä arkena että viikonloppuisin, mutta viikonloppuna ajetaan hieman<br />
enemmän ylinopeutta. Samoin kuin Jokerilin<strong>ja</strong>lla, suuremmat ylinopeudet keskittyvät<br />
40 km/h nopeusrajoitusalueille. Opastetut kuljetta<strong>ja</strong>t a<strong>ja</strong>vat vähemmän etua<strong>ja</strong>ssa<br />
kuin opastamattomat.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Kimmo Erkkilä (Kimmo.Erkkila@vtt.fi
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
93 (142)<br />
4 Liukkaudentunnistus<br />
4.1 Järjestelmän kuvaus<br />
Vuosina 2010–2012 toteutettiin Aplicom-laitteen kanssa yhteensopiva Liukkaudentunnistus-ohjelmamoduuli<br />
yhteistyössä EC-Tools Oy:n kanssa. Ohjelma laskee<br />
liukkausindeksiarvon kuorma-auton CAN-väylästä luettavien tietojen perusteella.<br />
Liukkausindeksi <strong>ja</strong> lähtötiedot sekä havaintopaikan koordinaatit lähetetään<br />
eteenpäin Aplicom-laitteesta. Liukkaudentunnistus-ohjelmamoduuli on <strong>VTT</strong>:n toteuttama,<br />
EC-Tools toteutti lähtötietojen lukemisen CAN-väylästä, niiden välittämisen<br />
liukkaudentunnistus-moduulille, sekä liukkaushavaintojen lähettämisen<br />
edelleen Aplicom-laitteesta. 2010–2012 toteutettiin palvelinohjelmisto, joka kerää<br />
<strong>ja</strong> varastoi liukkaustiedon, sekä visualisoi liukkaat tieosuudet kartalle.<br />
Palvelinohjelmistoon on toteutettu myös ra<strong>ja</strong>pinta liukkaustietojen <strong>ja</strong> -<br />
varoituksien lähettämiseksi takaisin autoille. Liukkaudentunnistus-moduulissa on<br />
ra<strong>ja</strong>pinta varoitusten vastaanottamiseksi <strong>ja</strong> logiikka sekä moduulin itse havaitsemista<br />
että palvelimelta tulleista liukkaista paikoista varoittamiseen. Liukkaudentunnistus-moduuli<br />
<strong>ja</strong> palvelinohjelmisto on toteutettu Java-kielellä. Karttavisualisoinnissa<br />
on käytetty JSP <strong>ja</strong> JavaScript -kieliä. Ohjelmamoduuli on käynnissä<br />
27 autossa.<br />
Kuvassa 87 on esitetty järjestelmän yleisrakenne <strong>ja</strong> ra<strong>ja</strong>pinnat. Kun liukkaushavainto<br />
huomataan LIKU-moduulissa, kuljetta<strong>ja</strong>lle näytetään hälytys, <strong>ja</strong> havainto<br />
lähetetään päätelaitepalvelimelle <strong>ja</strong> sieltä Web Service -ra<strong>ja</strong>pintaa käyttäen <strong>VTT</strong>:n<br />
palvelimelle liukkaustietojärjestelmään. Liukkaustietojärjestelmässä havainnot<br />
yhdistetään <strong>ja</strong> herkkyyskalibroidaan, jotta saadaan a<strong>ja</strong>ntasainen <strong>ja</strong> luotettava kuva<br />
tienpintojen liukkaudesta.<br />
Kuva 87: Järjestelmä <strong>ja</strong> ra<strong>ja</strong>pinnat.<br />
Liukkaushavainnot talletetaan PostgreSQL-tietokantaan, jossa on PostGISlaajennus.<br />
PostGIS on ohjelmisto paikkatietojen tallentamiseen <strong>ja</strong> analysointiin.<br />
Toteutetun palvelinohjelmiston avulla tietokannasta voidaan hakea liukkaushavainto<strong>ja</strong><br />
koordinaattien (tietyn alueen havainnot), päivämäärien <strong>ja</strong> kellonaikojen,
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
94 (142)<br />
sekä auton rekisterinumeron mukaan. Kuvassa 88 on esimerkki liukkaushavaintojen<br />
visualisoinnista web-sivulla karttapoh<strong>ja</strong>lla. Liukkaushavaintojen visualisoinnissa<br />
käytetään OpenLayers-JavaScript-kir<strong>ja</strong>stoa. Ra<strong>ja</strong>pinnalta kysytyistä liukkaushavainnoista<br />
muodostetaan KML (Keyhole Markup Language)-kielinen tiedosto,<br />
joka visualisoidaan karttapoh<strong>ja</strong>lla. Käyttöliittymässä voi valita, minkä tasoiset<br />
liukkaushavainnot kartalle tuodaan. Kartalla sininen väri on pitävä tie, vihreä<br />
tarkoittaa heikko<strong>ja</strong> liukkaushavainto<strong>ja</strong>, keltainen melko liukasta <strong>ja</strong> punainen<br />
”pääkallokeliä”. Kartalla lähellä toisiaan olevat havainnot klusteroidaan yhdeksi<br />
merkinnäksi. Merkin koko osoittaa havaintojen lukumäärää. Klusterointi on riippuvainen<br />
kartan tarkkuudesta. Kun karttaa lähennetään, klusterin sisällä olevat<br />
havainnot näytetään erillisinä.<br />
Kuva 88: Liukkaushavainnot kartalla 31.1.2012.<br />
Liukkaustietojärjestelmässä on valmius ottaa vastaan web service -ra<strong>ja</strong>pinnan<br />
kautta missä tahansa tuotettu<strong>ja</strong> liukkaushavainto<strong>ja</strong>, joten se ei ole riippuvainen<br />
laitteesta. Liukkausvaroituksia voi ra<strong>ja</strong>pinnan avulla hakea tai niitä voidaan lähettää<br />
useille hyödyntäjille: tien käyttäjille, tien kunnossapidosta vastaaville tahoille,<br />
ilmatieteenlaitoksille, tiesääpalveluille ym.<br />
4.2 Rengasvertailu liukkaudentunnistusmenetelmää hyödyntäen<br />
4.3 Tavoite<br />
Rengasvertailun tavoitteena oli selvittää voitaisiinko aiemmassa RASTU-projektissa<br />
kehitettyä automaatista liukkaudentunnistusmenetelmää havaitsemaan<br />
ero<strong>ja</strong> renkaiden toiminnassa <strong>ja</strong> kulumisessa. Vertailussa käytettiin autojen liuk-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
95 (142)<br />
4.4 Vertailu<br />
kausindeksin laskentaa, jossa indeksi kertoo auton renkaan luistamisesta menetelmän<br />
toimintaperiaatteen mukaisissa ajotilanteissa. Pieni indeksin arvo (lähellä<br />
nollaa) tarkoittaa, ettei liukkautta ole havaittu kun taas suuri arvo (lähellä 1.0) indikoi<br />
merkittävämpää luistoa.<br />
Liukkausvertailu tehtiin neljän auton välillä. Autojen tunnukset olivat: 460, 483,<br />
485, 494. Auto 459 jätettiin pois vertailusta puuttuvan GPS-tiedon vuoksi. Vertailussa<br />
käytettiin elokuun 2011 <strong>ja</strong> syyskuun 2012 välillä kerättyä dataa. Usealta autolta<br />
puuttui GPS-tiedot helmikuu-kesäkuu 2012 väliseltä a<strong>ja</strong>lta, minkä vuoksi tulokset<br />
ovat kevään osalta epätäydellisiä. Renkaiden vertailu tehtiin aina kahden<br />
auton välillä käyttäen liukkausindeksilaskentaa. Vertailussa renkaan suoriutumista<br />
mitattiin laskemalla auton liukkaushavainnot per 100 km. Käytimme eri liukkaustaso<strong>ja</strong><br />
laskemaan liukkausmääriä. Toisin sanoen, liukkaushavainto on tehty jos<br />
liukkausindeksi on yli ennalta määrätyn liukkaustason. Vertailu tehtiin jokaiselle<br />
päivälle erikseen. Kahden auton välille tehtiin vertailu jos autot ajoivat tunnin sisällä<br />
GPS-koordinaattien mukaan samalla 1,65 km x 1,65 km alueella.<br />
Tilan säästämiseksi tässä raportissa ei esitetä tuloksia kaikista 48 tehdystä vertailusta<br />
vaan esitetyt tulokset on valittu<strong>ja</strong> esimerkkejä jotka kuvaavat saatu<strong>ja</strong> havainto<strong>ja</strong><br />
mahdollisimman kattavasti. Vertailu tehtiin vain mittauksille, joissa auton<br />
nopeus oli yli 40 km/h.<br />
4.5 Kalibroinnit<br />
Kalibroinnin ideana on tehdä mittaukset yhteismitallisiksi auton nopeuden <strong>ja</strong> vetovoiman<br />
muuttuessa.<br />
Liukkausindeksin laskentaa varten tehtiin kaksi erityyppistä kalibrointia: 1) rengaskoon<br />
muutoksen kalibrointi, <strong>ja</strong> 2) normaali luisto suhteessa vetovoimaan kalibrointi.<br />
Ensimmäinen kalibrointi ottaa huomioon renkaan koon muutoksen auton<br />
nopeuden kasvaessa. Jälkimmäinen taas otetaan huomioon vetovoiman <strong>ja</strong> luiston<br />
välinen suhde. Molemmat kalibroinnit tehtiin jokaiselle päivälle erikseen. Koska<br />
auton painolla on suuri vaikutus tuloksiin (tämä käsitellään seuraavassa luvussa),<br />
kalibroinnit tehtiin eri painoluokille. Painoluokiksi valittiin: alle 4000 kg, 4000 kg<br />
– 6000 kg, 6000 kg – 8000 kg, 8000 kg - 10 000kg, 10 000kg – 12 000 kg, <strong>ja</strong> yli<br />
12 000 kg. Toisin sanoen, auton kalibrointikertoimet vaihtuivat päivän aikana kun<br />
auton paino muuttui.<br />
4.6 Tulokset<br />
Testit <strong>ja</strong>ettiin kolmeen eri osaan jossa autojen vertailu tehtiin kolmelle eri autopainolle:<br />
alle 8000kg, yli 8000kg, sekä ilman painora<strong>ja</strong>usta (toisin sanoen, molemmat<br />
painoluokat). Liukkaustasoiksi valittiin 0,1, 0,2, 0,5 <strong>ja</strong> 1,0. Testien tulokset<br />
on nähtävissä alla olevista kuvista 89 <strong>ja</strong> 90.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
96 (142)<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
2011_09_15<br />
2011_09_23<br />
2011_09_29<br />
2011_10_06<br />
2011_10_13<br />
2011_10_20<br />
2011_10_27<br />
2011_11_02<br />
2011_11_10<br />
2011_11_17<br />
2011_11_24<br />
2011_12_01<br />
2011_12_08<br />
2011_12_15<br />
2011_12_22<br />
2012_01_02<br />
2012_01_11<br />
2012_01_18<br />
2012_02_03<br />
2012_08_31<br />
2012_09_11<br />
483<br />
460<br />
Kuva 89. Y-akselilla päiväkohtaiset liukkausmäärät / 100km. Liukkaustaso=0.1,<br />
paino alle 8000kg, autot 483 <strong>ja</strong> 460.<br />
Kuvasta 89 voidaan tehdä ensimmäinen havainto: liukkauden tunnistus <strong>ja</strong> autojen<br />
kalibrointi toimii hyvin, sillä autojen liukkauspiikit osuvat samoille päiville. Auto<br />
483 reagoi huomattavasti selvemmin liukkaisiin päiviin. Suurin piikki kuvaa<strong>ja</strong>ssa<br />
osuu päivälle 15.12.2011, jolloin molemmilla autoilla on selvät piikit liukkaushavaintomäärissä.<br />
Freemeteo-palvelun1 mukaan kyseisenä päivänä on kylmempää<br />
kuin edellisenä päivänä <strong>ja</strong> sade on kevyttä lumisadetta. Sama pätee myös ympäröiviin<br />
piikkeihin (esimerkiksi 13.12.2012). Vähän liukkaushavainto<strong>ja</strong> tuottaneena<br />
päivänä (14.12.2012, edellä mainittujen päivien välissä) lämpötila oli selvästi<br />
plussan puolella <strong>ja</strong> sade tuli vetenä.<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
483<br />
460<br />
5<br />
0<br />
9 10 11 12 1 2 8 9<br />
Kuva 90. Kuukausikohtaiset liukkausmäärät / 100km. Liukkaustaso=0,1, paino alle<br />
8000 kg, autot 00483 <strong>ja</strong> 000460.<br />
1 http://www.freemeteo.com/default.asp?pid=20&gid=648227&sid=29474&la=10&lc=1&nDate=16/12/2011
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
97 (142)<br />
Kuva 90 osoittaa liukkaushavainnot kuukausitasolla. Tämäkin kuvaa<strong>ja</strong> osoittaa,<br />
että kun autot ovat kevyitä <strong>ja</strong> liukkaustasona pidetään liukkausindeksiä 0.1, auto<br />
483 reagoi herkemmin liukkaaseen tiehen kuin auto 460. On huomioitava, että<br />
helmikuun vähäinen liukkaushavaintojen määrä johtuu datan puutteesta.<br />
Kuva 91 osoittaa liukkaushavainnot kun autot painavat yli 8000kg (yleisimmin<br />
paino oli yli 10 000kg). Tässä auto 000460 saa huomattavasti enemmän liukkaushavainto<strong>ja</strong><br />
kuin aiemmin. Toisin kuin kevyiden autojen tapauksessa, useassa tapauksessa<br />
liukkaushavaintomäärät ylittävät selvästi auton 483 liukkausmäärät. Kun<br />
liukkausmääriä vertaillaan kuukausitasolla (Kuva 92), on autojen järjestys kääntynyt<br />
muun muassa lokakuussa <strong>ja</strong> joulukuussa.<br />
1600<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
2011_09_15<br />
2011_09_24<br />
2011_10_07<br />
2011_10_18<br />
2011_10_25<br />
2011_11_01<br />
2011_11_08<br />
2011_11_16<br />
2011_11_24<br />
2011_12_08<br />
2011_12_14<br />
2011_12_19<br />
2011_12_29<br />
2012_01_10<br />
2012_01_16<br />
2012_01_20<br />
2012_02_04<br />
2012_09_06<br />
2012_09_14<br />
483<br />
460<br />
Kuva 91. Päiväkohtaiset liukkaushavainnot / 100km, kun auton paino yli 8000 kg<br />
<strong>ja</strong> liukkaustaso=0,1. Kuvaa<strong>ja</strong>ssa autot 000483 <strong>ja</strong> 000460.<br />
Kuva 92. kuukausikohtaiset havainnot kuvan 90 parametreilla.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
98 (142)<br />
Kuten Kuvista 89 - 92 huomataan, painolla on suuri merkitys liukkaushavaintoihin.<br />
Tämä on selvästi havaittavissa Kuvassa 93. Painon vaikutus otettiin huomioon<br />
kalibroinnissa tekemällä molemmat kalibroinnit useille eri painoluokille. Kuvan<br />
91 selvä liukkaushavaintojen hyppäys auton painon muuttuessa johtuu siitä<br />
että auto reagoi herkemmin liukkaaseen tiehen kevyenä. Myös se että auto on ollut<br />
purkamisen a<strong>ja</strong>n pysähtyneenä jolloin olosuhteet ovat muuttuneet kun auto <strong>ja</strong>tkaa<br />
taas matkaa, näkyy helposti dramaattisena piikkinä kuvaa<strong>ja</strong>ssa.<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0<br />
-0.2<br />
-0.4<br />
1<br />
1372<br />
2743<br />
4114<br />
5485<br />
6856<br />
8227<br />
9598<br />
10969<br />
12340<br />
13711<br />
15082<br />
16453<br />
17824<br />
19195<br />
20566<br />
21937<br />
23308<br />
14000<br />
12000<br />
10000<br />
8000<br />
6000<br />
4000<br />
2000<br />
Slippery Index<br />
Weight<br />
-0.6<br />
Kuva 93. Auton painon <strong>ja</strong> liukkaushavaintojen välinen korrelaatio. Y-akselilla vasemmalla<br />
on liukkausindeksi <strong>ja</strong> oikealla auton paino.<br />
Muita syitä suuriin piikkeihin voivat olla kalibrointi- <strong>ja</strong> mittausvirheet. Esimerkiksi<br />
kun auton konfiguraatio muuttuu äkisti esimerkiksi renkaiden vaihdon seurauksena,<br />
tuloksiin voi helposti tulla vääriä havainto<strong>ja</strong>.<br />
Vertailut tehtiin kaikille neljälle autoparille, käyttäen neljää eri liukkaustasoa <strong>ja</strong><br />
kolmea eri painoluokkaa. Tilan säästämiseksi emme esitä tässä tarkempaa kuvaajien<br />
tarkastelu kaikista näistä testeistä. Lisäksi testit jotka tehtiin suuremmilla<br />
liukkausindeksirajoilla eivät juurikaan muuttaneet aiemmin esitettyjä havainto<strong>ja</strong>.<br />
Liukkausmäärät pienenivät, mutta autojen väliset liukkaushavaintosuhteet pysyivät<br />
suurin piirtein samoina.<br />
Taulukko 20 <strong>ja</strong> taulukko 21näyttävät autojen väliset herkkyyden sekä kevyiden että<br />
raskaiden autojen tapauksessa. Autot on pisteytetty siten, että jos päiväkohtainen<br />
liukkaushavaintomäärien ero on yli 5, vähemmän liukkaushavainto<strong>ja</strong> saanut<br />
saa yhden pisteen. Auto, joka saa vertailussa yhteenlaskettuna koko vuoden a<strong>ja</strong>lta<br />
enemmän pisteitä saa vertailussa: yhden pisteen jos yhteenlaskettu pisteiden<br />
summa koko vuodelta eroaa vertailtavasta autosta yli 5 <strong>ja</strong> kaksi pistettä jos yli 10<br />
pistettä (tämän auton hyväksi).<br />
0<br />
Taulukko 20. Autojen välinen vertailu kun autot painavat alle 8000 kg
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
99 (142)<br />
Taulukko 21. Autojen välinen vertailu kun autot painavat yli 8000 kg.<br />
Kuten vertailusta nähdään, kun autot ovat kevyitä, autot 460 <strong>ja</strong> 483 pärjäävät hyvin.<br />
Kun taas autot ovat raskaita, on järjestys täysin päinvastainen. Syy tähän ilmiöön<br />
on saattaa olla eri rengastyyppien luistosuhteen erilainen reagointi kuormaan.<br />
Kuva 94 <strong>ja</strong> Kuva 95 kuvaavat autojen liukkaushavaintomääriä sadalla kilometrillä,<br />
herkimmällä liukkaushavaintora<strong>ja</strong>lla 0,1. Mittaukset ovat syyskuun 2011 <strong>ja</strong><br />
syyskuun 2012 väliseltä a<strong>ja</strong>lta. Kuva 94 osoittaa kuinka kevyiden autojen liukkaushavainnot<br />
kertyvät talvia<strong>ja</strong>lle: suurimmat liukkausmäärät on saatu joulukuussa<br />
2011 <strong>ja</strong> tammikuussa 2012. Kesällä liukkaushavainto<strong>ja</strong> tulee selvästi vähemmän.<br />
Kuva 95 osoittaa taas kuinka auton ollessa <strong>raskas</strong> tulee liukkausmääriin<br />
enemmän hajontaa. Liukkaushavainto<strong>ja</strong> tulee kyllä eniten talvella, mutta myös kesän<br />
aikana näkyy liukkauspiikkejä. Tämä voi johtua esimerkiksi kalibroinnin epätarkkuudesta<br />
kyseisillä päivillä, mittausvirheistä tai muista ulkoisista tekijöistä.<br />
Esitetty liukkausindeksin herkkyystaso 0,1 on lähellä kohinatasoa, mikä asettaa<br />
kalibroinneille haasteita. Näin ollen onkin suositeltavaa, että varsinaisissa sovelluksissa<br />
käytetään korkeampaa havaintora<strong>ja</strong>a. Huomioitavaa kuvien 94 <strong>ja</strong> 95 osalta<br />
on myös se, että kyseiset autot ovat a<strong>ja</strong>neet eri kuormien tapauksissa eri paikoissa,<br />
ts. piikkien ei voida odottaa olevan samassa kohdassa molemmissa kuvissa.<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
483<br />
2011_08_30<br />
2011_09_13<br />
2011_09_29<br />
2011_10_15<br />
2011_10_31<br />
2011_11_17<br />
2011_12_02<br />
2011_12_19<br />
2012_01_04<br />
2012_01_20<br />
2012_02_13<br />
2012_02_28<br />
2012_03_13<br />
2012_03_27<br />
2012_04_13<br />
2012_04_28<br />
2012_05_15<br />
2012_05_31<br />
2012_06_14<br />
2012_07_03<br />
2012_07_20<br />
2012_08_04<br />
2012_08_22<br />
2012_09_06<br />
483<br />
Kuva 94. Auton 00483 liukkaushavaintomäärät / 100km vuoden aikana auton<br />
painon ollessa alle 8000kg. Liukkaustaso 0,1.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
100 (142)<br />
483<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
2011_08_31<br />
2011_09_15<br />
2011_09_30<br />
2011_10_20<br />
2011_11_07<br />
2011_11_24<br />
2011_12_15<br />
2011_12_29<br />
2012_01_14<br />
2012_02_07<br />
2012_02_20<br />
2012_03_05<br />
2012_03_17<br />
2012_03_30<br />
2012_04_17<br />
2012_05_03<br />
2012_05_16<br />
2012_06_04<br />
2012_06_20<br />
2012_07_16<br />
2012_07_30<br />
2012_08_14<br />
2012_08_29<br />
483<br />
Kuva 95. Auton 000483 liukkaushavainnot / 100km vuoden aikana auton painon<br />
ollessa yli 8000kg. Liukkaustaso 0,1.<br />
4.7 Johtopäätökset<br />
Koska piikit eri autojen liukkaushavainnossa osuvat vertailussa samoille päiville,<br />
tulokset osoittavat liukkausindeksimenetelmän <strong>ja</strong> autokohtaisen kalibroinnin toimivan.<br />
Renkaiden väliseen vertailuun tässä kuvattu menetelmä ei sovellu halutulla<br />
tavalla, koska 1) painon vaikutus tuloksiin on suuri (tulokset vaihtelivat suuresti<br />
riippuen auton painosta) eikä asiaa ehditty tutkia tai ottaa huomioon riittävällä<br />
tarkkuudella, <strong>ja</strong> 2) renkaiden käytökseen (ts. liukkaushavaintoihin) vaikuttavia parametre<strong>ja</strong><br />
voi olla enemmän kuin mitä tässä on huomioitu. Vaikka tässä esitetyt<br />
menetelmät eivät havaitse selviä ero<strong>ja</strong> renkaiden välillä, menetelmän kehityksen<br />
<strong>ja</strong> <strong>ja</strong>tkotutkimuksen tuloksena on mahdollista löytää uusia menetelmiä joita voidaan<br />
käyttää renkaiden vertailuun. Tutkimuksen ohessa todettiin että nykyisellä<br />
liukkaudentunnistusmenetelmällä herkkyystaso 0,1 on liian herkkä menetelmän<br />
kohinatasoon nähden, aiheuttaen satunnaisia virhehälytyksiä.<br />
Tulevaisuuden suurimpina haasteina on painon vaikutuksen tarkempi havainnointi<br />
<strong>ja</strong> huomioon ottaminen. Tätä varten esimerkiksi kalibrointimenetelmää voidaan<br />
joutua muokkaamaan. Lisäksi, jotta renkaiden kulumista voitaisiin tarkkailla paremmin,<br />
olisi tärkeä saada dataa myös kevään a<strong>ja</strong>lta. Autojen vertailu <strong>ja</strong> liukkaushavaintojen<br />
muutosten tutkiminen kevään datalla voisi tuoda selkeämmin ero<strong>ja</strong><br />
renkaiden välille varsinkin kulumisen muodossa. Johtopäätöksenä, aihe on tutkimuksellisessa<br />
mielessä mielenkiintoinen <strong>ja</strong> tarjoaa paljon haasteita tulevaisuuden<br />
varalle.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Kimmo Erkkilä (Kimmo.Erkkila@vtt.fi),<br />
Mika Timonen (Mika.Timonen@vtt.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
101 (142)<br />
5 Aalto-yliopiston opinnäytetyöt <strong>HDENIQ</strong>-projektissa<br />
5.1 Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen<br />
· Diplomityö: Veikko Karvonen Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen,<br />
2012<br />
Joukkoliikennejärjestelmän energiankulutukseen <strong>ja</strong> päästöihin henkilökilometriä<br />
kohden vaikuttaa yksittäisten <strong>ajoneuvo</strong>jen tehokkuuden lisäksi <strong>ajoneuvo</strong>jen täyttöaste.<br />
Lin<strong>ja</strong>-autojen päästömääräykset koskevat ainoastaan terveydelle haitallisia<br />
lähipäästöjä, eikä energiankulutukselle <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöille ole asetettu rajo<strong>ja</strong>.<br />
Lähipäästöjenkin rajoitukset suhteuttavat tuotetut päästöt auton voimalin<strong>ja</strong>n tekemään<br />
työhön, kun taas joukkoliikennejärjestelmän kannalta olennaista on energiankulutuksen<br />
<strong>ja</strong> päästöjen suhteuttaminen henkilökilometreihin.<br />
Joukkoliikenteen matkusta<strong>ja</strong>kohtainen energia- <strong>ja</strong> päästötehokkuus on parhaimmillaan<br />
silloin kun <strong>ajoneuvo</strong>n kuormitusaste on mahdollisimman suuri <strong>ja</strong> energiankulutus<br />
<strong>ja</strong> päästöt paikkakilometriä kohden mahdollisimman matalat. Energiankulutus<br />
<strong>ja</strong> päästöt paikkakilometriä kohden yleensä laskevat kaluston koon kasvaessa.<br />
Korkeasti kuormittuneilla linjoilla energia- <strong>ja</strong> päästötehokkuutta olisi siis<br />
mahdollista parantaa kalustokokoa kasvattamalla. Pääkaupunkiseudun joukkoliikenteen<br />
järjestämisestä vastaavan Helsingin seudun liikenteen lin<strong>ja</strong>-autojen keskimääräinen<br />
kuormitusaste on 20 % <strong>ja</strong> 29 prosentilla kaikista arkivuorokauden aikana<br />
ajettavista vuoroista on alle 15 nousi<strong>ja</strong>a. Useimmissa tapauksissa kalustokoko<br />
on siis jo nykyisellään tarpeettoman suuri. Joukkoliikenteen kaluston määrä <strong>ja</strong><br />
yksikkökoko joudutaan mitoittamaan ruuhkahuipun kysynnän mukaisesti, jonka<br />
seurauksena ruuhka-a<strong>ja</strong>n ulkopuolella on tarjolla runsaasti ylimääräistä kapasiteettia.<br />
Ruuhka-a<strong>ja</strong>n mukaan mitoitetulla kalustolla operoitaessa hil<strong>ja</strong>isina aikoina<br />
<strong>ajoneuvo</strong>n täyttöaste jää matalaksi <strong>ja</strong> matkusta<strong>ja</strong>a kohden lasketut energiankulutus-<br />
<strong>ja</strong> päästöarvot korkeiksi. Käyttämällä hil<strong>ja</strong>isena<strong>ja</strong>n liikenteessä nykyistä pienempää<br />
kalustoa saataisiin lin<strong>ja</strong>-autoliikenteen energiankulutusta <strong>ja</strong> päästöjä laskettua.<br />
Helsingin seudun liikenne huomioi lin<strong>ja</strong>-autojen päästötason käyttämällä sitä yhtenä<br />
pisteytyskriteerinä lin<strong>ja</strong>-autoliikennettä kilpailutettaessa. Tärkein kilpailutuskriteeri<br />
on kuitenkin hinta. Arvioitaessa mahdollisuuksia valita <strong>ja</strong> kohdentaa liikenteessä<br />
käytettävää kalustoa tarkemmin kysyntää vastaavaksi, on keinojen oltava<br />
myös kustannustehokkaita. Työssä käsiteltyjä keino<strong>ja</strong> lin<strong>ja</strong>-autoliikenteen<br />
energiankulutuksen, päästöjen <strong>ja</strong> kustannusten vähentämiseksi ovat pienkaluston<br />
käyttö tavallisilla linjoilla hil<strong>ja</strong>isena aikana, kahden kaksiakselisen lin<strong>ja</strong>-auton<br />
korvaaminen modulaaribussilla, sekä kaksiakselisen lin<strong>ja</strong>-auton korvaaminen pienellä<br />
modulaaribussilla. Pienkaluston käytön osalta on arvioitu mahdollisuuksia<br />
käyttää nykyisin päiväsaikaan palvelulinjoilla käytettävää pienkalustoa hil<strong>ja</strong>isina<br />
aikoina tavallisilla linjoilla, sekä erillisen pienkaluston hankinnan kannattavuutta.<br />
Modulaaribusseilla tarkoitetaan lin<strong>ja</strong>-auton <strong>ja</strong> matkustajien kuljetukseen käytetyn<br />
perävaunun yhdistelmää. Modulaaribusse<strong>ja</strong> on saatavilla useissa eri kokoluokissa<br />
pikkubusseista 12 metrin pituisiin kaksiakselisiin busseihin <strong>ja</strong> niiden perävaunun<br />
kapasiteetti on samaa suuruusluokkaa vetoauton kanssa. Modulaaribusseilla liikennöitäessä<br />
perävaunua voidaan käyttää ruuhka-aikana korkeamman kapasiteetin<br />
tuottamiseksi<br />
Lin<strong>ja</strong>-autoliikenteen kustannukset muodostuvat pääoma-, ylläpito-, polttoaine-,<br />
palkka- <strong>ja</strong> yleiskustannuksista. Helsingin seudun liikenteen sopimusmallissa eri
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
102 (142)<br />
kustannustekijät <strong>ja</strong>otellaan autopäivälle, lin<strong>ja</strong>tunnille, sekä lin<strong>ja</strong>kilometrille, joiden<br />
perusteella tarjouksen kokonaishinta muodostuu. Työssä tehdyt kustannusarviot<br />
perustuvat Helsingin seudun liikenteen toteutuneisiin yksikkökustannuksiin, tilastokeskuksen<br />
ylläpitämään lin<strong>ja</strong>-autoliikenteen kustannusindeksiin, <strong>VTT</strong>:n lin<strong>ja</strong>autojen<br />
päästötietokantaan, sekä muihin <strong>ajoneuvo</strong>tyypeistä saatavilla oleviin tietoihin.<br />
Näiden avulla on arvioitu yksikkökustannukset myös sellaisille <strong>ajoneuvo</strong>ille<br />
joita ei tällä hetkellä ole Suomessa käytössä. Ajoneuvotyyppien toisistaan poikkeavien<br />
päästöarvojen huomioimiseksi yksikkökustannuksiin on sisällytetty Euroopan<br />
yhteisön määrittämien päästökustannusten <strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>tyypin päästöjen perusteella<br />
lasketut päästökustannusarvot.<br />
Taulukko 22: Lin<strong>ja</strong>-autotyyppien yksikkökustannukset päästökustannusarvot sisällytettyinä<br />
Autopäivä<br />
Lin<strong>ja</strong>tunti<br />
Lin<strong>ja</strong>kilometri<br />
2-akselinen lin<strong>ja</strong>-auto 145,28 31,11 0,67<br />
Pikkubussi 75,43 31,11 0,29<br />
Modulaarinen lin<strong>ja</strong>-auto iso 294,54 31,11 1,05 / (0,67)<br />
(ilman perävaunua)<br />
Modulaarinen lin<strong>ja</strong>-auto 171,24 31,11 0,41 / (0,29)<br />
pieni (ilman perävaunua)<br />
Yksikkökustannusten avulla on laskettu yleisiä edellytyksiä eri kaluston kohdentamistavoille.<br />
Erillisen pienkaluston hankinta hil<strong>ja</strong>isen a<strong>ja</strong>n liikennettä on kannattavaa<br />
silloin kun pienemmillä lin<strong>ja</strong>kilometrikustannuksilla saadaan katettua auton<br />
hankinnasta kertyvät kustannukset, sekä auton vaihdosta kesken päivän kertyvät<br />
kustannukset. Vain hil<strong>ja</strong>isena<strong>ja</strong>n liikennettä hankitulla pikkubussilla pitäisi näin<br />
laskettuna a<strong>ja</strong>a 195,5 km ainoastaan autopäiväkustannusten kattamiseksi. Näin<br />
suuri suorite vaatisi erittäin laa<strong>ja</strong>a ruuhkan ulkopuolista liikennöintiaikaa. Modulaarisia<br />
lin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong> käytettäessä kustannussäästöt ovat suurimmillaan silloin kun<br />
kaluston määrää <strong>ja</strong> vuoro<strong>ja</strong> voidaan vähentää. Pienten modulaaristen lin<strong>ja</strong>-autojen<br />
autopäivän hinta on kaksiakselista lin<strong>ja</strong>-autoa korkeampi, mutta lin<strong>ja</strong>kilometrikustannusten<br />
ollessa edullisemmat niiden käyttö on kannattavaa silloin kun kapasiteetti<br />
riittää. Modulaarisilla lin<strong>ja</strong>-autoilla on mahdollista liikennöidä myös siten,<br />
että perävaunua käytetään vain osalla lin<strong>ja</strong>a. Monilla linjoilla kuormitusprofiili on<br />
epätasainen <strong>ja</strong> lin<strong>ja</strong>n loppupäässä saattaa olla pitkä osuus, jolla matkusta<strong>ja</strong>kuormitus<br />
jää pieneksi. Modulaarisen lin<strong>ja</strong>-auton perävaunun kytkentään kuluvan a<strong>ja</strong>n <strong>ja</strong><br />
sille tarvittavan pysäköintitilan vuoksi kannattavuuden saavuttamiseksi vaaditun<br />
lin<strong>ja</strong>n perävaunuttoman osuuden pituus kasvaa pitkäksi <strong>ja</strong> saavutetut säästöt ovat<br />
silti pieniä. Yhdistelmän katkaisu kesken lin<strong>ja</strong>n heikentäisi myös matkustajien<br />
palvelutasoa <strong>ja</strong> pidentäisi matka-aikaa.<br />
Työssä on laskettu lin<strong>ja</strong>kohtaisia esimerkkejä tarkemmalla kalustonkohdentamisella<br />
saavutettavista eduista kustannusten energiankulutuksen <strong>ja</strong> päästöjen suhteen.<br />
Helsingin seudun liikenteen lin<strong>ja</strong>t 53 <strong>ja</strong> 503 liikennöivät osittain samalla reitillä<br />
siten, että 53 liikennöi välillä Merihaka–Munkkiniemi <strong>ja</strong> ruuhka-aikoina lin<strong>ja</strong>a<br />
liikennöidään tunnuksella 503, jolloin reitti <strong>ja</strong>tkuu Munkkiniemestä Matinkylään.<br />
Hil<strong>ja</strong>iseen aikaan liikennöivällä lin<strong>ja</strong>lla 53 lähes kaikilla vuoroilla on alle 15<br />
nousi<strong>ja</strong>a kun taas lin<strong>ja</strong>lla 503 vuorokohtaiset nousi<strong>ja</strong>määrät nousevat vilkkaimmilla<br />
vuoroilla yli kuudenkymmenen. Koska kyseessä on pitkä poikittaislin<strong>ja</strong>, suurin
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
103 (142)<br />
hetkellinen matkusta<strong>ja</strong>kuorma on pienempi kuin nousijoiden määrä yhteensä.<br />
Näillä linjoilla voitaisiin operoida pienellä modulaarisella lin<strong>ja</strong>-autolla siten, että<br />
perävaunu olisi käytössä vain ruuhkaisena aikana. Kustannussäästö tällä menetelmällä<br />
olisi arkipäivää kohden 292,64 €, lauantaille 304,64 € <strong>ja</strong> koko viikolle<br />
1767,84 €. Energiankulutus lin<strong>ja</strong>lla laskisi 51,8 %.<br />
5.2 SCR <strong>ja</strong> EGR - Selvitys käytönaikaisista ongelmista<br />
· Raportti SCR <strong>ja</strong> EGR, Selvitys käytönaikaisista ongelmista, Juha-Matti<br />
Isomaa, Matti Juhala, 2011<br />
Selvityksen tarkoituksena on kartoittaa päästöjenrajoitusmenetelmien vikaantumisia<br />
<strong>ja</strong> vikaantumisten seurauksia pääkaupunkiseudun lin<strong>ja</strong>-autoliikennöitsijöiden<br />
näkökulmasta. Selvitykseen haastateltiin suurimpien liikennöitsijöiden teknisiä<br />
edustajia, joiden mielipiteiden poh<strong>ja</strong>lta selostus on koottu. Selostuksessa pyritään<br />
myös selvittämään mahdollisia syitä päästöjenrajoitusmenetelmien vikaantumiselle,<br />
verrataan tilannetta muihin Euroopan maihin sekä pohditaan tulevaisuutta<br />
päästöjenrajoitusten yhä tiukentuessa<br />
Diesel-moottorin käydessä syntyy pakokaasu<strong>ja</strong>, jotka koostuva pääasiassa typestä,<br />
hiilidioksidista, vedestä sekä hapesta, joka ei ole osallistunut palotapahtumaan. 99<br />
% päästöistä on näitä aineita. Lisäksi palamistapahtuman seurauksena syntyy pieni<br />
määrä sekä ympäristölle että ihmisten terveydelle vaarallisia typen okside<strong>ja</strong>,<br />
hiilimonoksidia, hiilivetyjä sekä kiinteitä partikkeleita.<br />
Päästörajoituksilla pyritään vähentämään erityisesti terveydelle <strong>ja</strong> ympäristölle<br />
vaarallisten aineiden määrää. Ajoneuvojen moottoreiden valmistajien on hyväksytettävä<br />
moottorinsa Euroopan Yhteisön standardien mukaisesti, mikäli he haluavat<br />
myydä tuotteitaan Euroopan Yhteisön alueella. Tämän ansiosta päästörajoituksia<br />
voidaan hallita kannustaen valmistajia kehittämään päästöjenrajoitustekniikkaansa<br />
edelleen.<br />
Yhä tiukentuneet päästörajoitukset ovat pakottaneet diesel-moottorien valmistajia<br />
käyttämään uusia päästöjenrajoitusmenetelmiä. Uudet menetelmät eivät ole osoittautuneet<br />
tarpeeksi luotettaviksi kehityksensä alussa, jolloin ajon aikana päästötasot<br />
voivat nousta paljon standardin mukaisia korkeammaksi. Tämä on erityisen<br />
kiusallista uusimmissa raskaissa <strong>ajoneuvo</strong>issa, joissa on mm. moottorin päästöjä<br />
valvova OBD-järjestelmä. Päästöarvojen ylittäessä sallitun ra<strong>ja</strong>n OBD-järjestelmä<br />
rajoittaa moottorin tuottamaan vääntömomenttia <strong>ja</strong> a<strong>ja</strong>minen vaikeutuu tai käytännössä<br />
estyy. Tämä pakottaa kor<strong>ja</strong>amaan päästöjenhallintajärjestelmän toimivaksi.<br />
Pääkaupunkiseudun lin<strong>ja</strong>-autoliikennöitsijät kokevat pakokaasujen jälkikäsittelylaitteiden<br />
vikaantumiset epämieluisiksi. Kovasta kilpailutilanteesta <strong>ja</strong> kilpailutuksen<br />
luonteesta johtuen heidän täytyy käyttää vähäpäästöisiä lin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong>.<br />
Selvityksen työtapana olivat kir<strong>ja</strong>llisuustutkimus <strong>ja</strong> liikennöitsijöiden haastattelut.<br />
Haastattelut tehtiin kolmeen suurimpaan lin<strong>ja</strong>-autoliikennöitsijän teknisille johtajille.<br />
Nämä kolme liikennöitsijää kattavat noin 70% pääkaupunkiseudun lin<strong>ja</strong>liikenteestä.<br />
Selvityksen alussa on katsaus pakokaasujen keskeisimpiin käsittely<br />
menetelmin eli EGR <strong>ja</strong> SCR laitteistojen toimintaa.<br />
Säännöllisesti, mutta myös ennustettavasti kiristyvien päästörajoitusten alittamiseksi<br />
moottoreita on <strong>ja</strong>tkuvasti kehitetty kohti puhtaampaa palamistapahtumaa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
104 (142)<br />
Palamistapahtuman hallinnassa on päästy jo niin pitkälle, että sen parantamisella<br />
ei enää voida laskea päästöjä merkittävästi lyhyellä aikavälillä. Ensimmäisiin Euro-standardeihin<br />
pääsemiseksi kehitettiin polttoaineen suihkutusta sekä turboa <strong>ja</strong><br />
viimeisimpien päästörajoituksien alittamiseksi käytetään pakokaasun sekaan ruiskutettavaa<br />
ureaa <strong>ja</strong> katalysaattoria, pakokaasun takaisinkierrätystä sekä hiukkassuodattimia.<br />
Lin<strong>ja</strong>-autojen vikaantuminen lin<strong>ja</strong>n ajon aikana on kiusallinen ongelma liikennöitsijöille<br />
<strong>ja</strong> matkustajien matkanteko viivästyy. Taloudellisessa mielessä a<strong>ja</strong>mattomasta<br />
lin<strong>ja</strong>sta ei saa korvausta <strong>ja</strong> käytännössä on pidettävä vara-auto<strong>ja</strong> vikaantumisten<br />
varalta. Vara-autot ovat yleisesti vanhempaa kalustoa, minkä takia rikkoutuneen<br />
lin<strong>ja</strong>-auton korvaava auto ei vastaa alkuperäistä lin<strong>ja</strong>-autoa. Tästä seuraa<br />
yleensä liikennöintisopimuksen mukainen sakko, sillä vara-autossa eivät mm. alitu<br />
sopimuksen mukaiset päästöra<strong>ja</strong>t tai täyty mukavuustekijät. Kustannuksia tulee<br />
myös vara-auton kuljetta<strong>ja</strong>n palkasta sekä kor<strong>ja</strong>us-kustannuksista. Lin<strong>ja</strong>n keskeytyksistä<br />
seuraa myös huonoa mainetta liikennöitsijälle <strong>ja</strong> itse liikennemuodolle.<br />
Haastateltujen liikennöitsijöiden mukaan pakokaasujen jälkikäsittelylaitteistojen<br />
viko<strong>ja</strong> on ollut varsinkin uuden tekniikan alkuaikoina kiusallisen paljon. Tunnetta<br />
voimistaa varmasti se, että vikatyyppi on täysin uusi, <strong>ja</strong> suhteellisen yleinen varsinkin<br />
uuden tekniikan tulleessa lin<strong>ja</strong>-autoihin. Mielikuva jälkikäsittelylaitteistojen<br />
huonoudesta voi myös osittain selittyä tyytymättömyydellä uusien lin<strong>ja</strong>autojen<br />
yleiseen laatuun. Suurin osa haastateltavista olikin sitä mieltä, että lin<strong>ja</strong>autojen<br />
yleinen laatu on heikentynyt <strong>ja</strong> a<strong>ja</strong>mista haittaavia viko<strong>ja</strong> on ollut entistä<br />
enemmän.<br />
EGR-järjestelmän ongelmakohtana sen tulessa markkinoille oli toimilaitteiden<br />
heikko kestävyys. EGR-toimilaitteet altistuvat suurille lämpötilanmuutoksille <strong>ja</strong><br />
korkeille lämpötiloille. Myös pakokaasun seassa olevat partikkelit rasittavat toimilaitteita,<br />
sillä liikkuvilla partikkeleilla on aina kuluttava vaikutus. Karstan muodostus<br />
EGR-venttiiliin <strong>ja</strong> EGR-jäähdyttimeen heikentävät myös toimilaitteiden<br />
toimintaa. EGR-järjestelmät asettavat myös haasteita moottorin voitelujärjestelmälle.<br />
EGR-järjestelmän ongelmat on kuitenkin saatu ratkottua paremmalle tasolle, <strong>ja</strong><br />
toimilaitteet kestävät nykyisin käyttöä hyvin. Haastattelujen mukaan liikennöitsijöiden<br />
mielipiteet ovat osin ristiriitaisia. Osa liikennöitsijöistä pitää EGRjärjestelmällä<br />
varustettu<strong>ja</strong> lin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong> luotettavina <strong>ja</strong> ovat tyytyväisiä järjestelmään<br />
tällä hetkellä. Osa puolestaan pitää EGR-auto<strong>ja</strong> suhteellisen epäluotettavina.<br />
SCR-järjestelmän alku on liikennöitsijöiden mielestä ollut hankala <strong>ja</strong> yleisesti<br />
koetaan, että järjestelmä ei ollut riittävän kehittynyt, kun se otettiin käyttöön<br />
Suomen olosuhteisiin. Kylmä talvi asettaa haasteita lämpötilariippuvaiselle järjestelmälle.<br />
Ongelmat ovat vähentyneet verrattuna a<strong>ja</strong>nkohtaa, jolloin SCR tuli<br />
markkinoille, mutta järjestelmä aiheuttaa vieläkin keskeytyksiä linjoille turhan<br />
paljon. Haastattelujen mukaan tämä tarkoittaa pahimmillaan 2-3 keskeytystä/auto<br />
vuodessa. Tätä voi etäisesti verrata tilanteeseen, jossa ”oma auto jättäisi tielle” 2-3<br />
kertaa vuodessa; tätä suurin osa yksityisautoilijoista ei olisi valmis hyväksymään.<br />
Tehtaat kehittävät <strong>ja</strong>tkuvasti SCR-järjestelmää paremmin lin<strong>ja</strong>-autoihin sopivaksi,<br />
mikä näkyy kampanjoina, joissa vaihdetaan uusia osia järjestelmiin. Koetaan kuitenkin,<br />
että liikennöitsijöille ei tule tehtaalta tarpeeksi tietoa kehityksestä tai keinoista,<br />
joilla järjestelmään liittyviä ongelmia voisi kor<strong>ja</strong>ta. On myös pohdittava<br />
huollon toimintaa tilanteen parantamiseksi. Monet liikennöitsijät huoltavat autonsa<br />
omilla kor<strong>ja</strong>amoilla, joista voi puuttua merkkiliikkeiden tehtaalta tullut uusin
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
105 (142)<br />
tieto järjestelmien huoltamisesta. Liikennöitsijät voisivat kartoittaa huoltohenkilöstön<br />
koulutusmahdollisuuksia etenkin SCR-järjestelmän kohdalla.<br />
Myös OBD-järjestelmän tarjoamia mahdollisuuksia tulisi tutkia. Tällä hetkellä<br />
OBD-järjestelmä ilmoittaa liian korkeiksi nousseista päästöarvoista rajoittamalla<br />
moottorin momenttia. Ajojen keskeytyksiä voitaisiin mahdollisesti vähentää, mikäli<br />
OBD-järjestelmästä tulisi huollolle <strong>ja</strong> kuljetta<strong>ja</strong>lle lukuarvo päästöjen tasosta.<br />
Tällöin päästöjenrajoitusjärjestelmä voitaisiin huoltaa ennakoivasti, kun nähdään,<br />
että päästöarvot ovat nousseet tietyn pisteen yli <strong>ja</strong> lähestyvät ra<strong>ja</strong>-arvoa jonka jälkeen<br />
moottorin momenttia rajoitetaan. Näin toimittaessa lin<strong>ja</strong>-autot, joiden päästöt<br />
nousevat hitaasti kohti ra<strong>ja</strong>-arvoa, saataisiin huollettua ennen momentinrajoitusta.<br />
Yksi keskeytykseen johtava syy voi olla myös SCR-tankin a<strong>ja</strong>minen tyhjäksi,<br />
mutta sitä voidaan hallita oikeilla käyttötottumuksilla.<br />
Euro VI-luokitus astuu voimaan vuonna uusille malleille 2013 <strong>ja</strong> kaikille myytäville<br />
raskaille <strong>ajoneuvo</strong>ille vuoden 2014 alusta, jolloin päästörajoituksien hiilivety-<br />
<strong>ja</strong> typpioksidira<strong>ja</strong>t laskevat huomattavasti EEV-luokan alapuolelle. Tämä tarkoittaa<br />
mitä ilmeisimmin, että tehtaiden on yhdistettävä useita eri päästöjenrajoitustekniikoita<br />
alittaakseen päästörajoitukset. Yhdistämällä päästöjenrajoitustekniikat<br />
saadaan päästöjen osalta käyttöön molempien järjestelmien hyvät puolet, mutta<br />
toisaalta yhdistetään myös molempien järjestelmien huonot puolet.<br />
Kilpailutusten kautta kannustetaan käyttämään vähäpäästöisiä lin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong>. Tämän<br />
vuoksi on hyvin todennäköistä, että Euro VI-luokituksen mukaisien autojen tullessa<br />
markkinoille liikennöitsijät tarjoavat niitä linjoille. Tämän seurauksena pääkaupunkiseudun<br />
liikennöitsijät toimivat ikään kuin uuden tekniikan koekäyttäjinä<br />
kylmissä olosuhteissa. Tämä saattaa näkyä vikaantumisina <strong>ja</strong> keskeytyneinä ajoina<br />
uuden tekniikan käyttöönottovaiheessa. Tämän vuoksi kilpailutuksessa olisi järkevää<br />
miettiä, voisiko uusien vähäpäästöisten lin<strong>ja</strong>-autojen rikkoontumisesta johtuvia<br />
sanktioita keventää. Yksi vaihtoehto olisi odottaa uuden tekniikan kypsymistä<br />
ennen kuin kilpailutuksen kautta oh<strong>ja</strong>taan hankkimaan Euro VI-auto<strong>ja</strong> laajemmin,<br />
mutta tämä hidastaisi asetettujen päästövähennystavoitteiden saavuttamista.<br />
Myös liikennöitsijän kannattaa ennakoida uuden tekniikan mukanaan tuomia riskejä<br />
tarjousta tehdessään.<br />
5.3 HVAC – heating, ventilation, air-conditioning<br />
· Diplomityö: Mikko Laamanen: Ilmastointijärjestelmän vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
energiankulutukseen, 2010<br />
Nousevan elintason myötä ihmisten mukavuudenhalu lisääntyy, mikä asettaa kehittämispaineita<br />
myös <strong>ajoneuvo</strong>jen mukavuuselektroniikalle. HVAC- eli lämmitys-,<br />
ilman-vaihto- <strong>ja</strong> ilmastointijärjestelmän tehtävänä on luoda <strong>ajoneuvo</strong>n sisälle<br />
matkustajien kannalta miellyttävä ilmasto. Se siirtää lämpöä <strong>ajoneuvo</strong>n matkustamoon<br />
tai sieltä pois, säätää ilman kosteutta <strong>ja</strong> huolehtii ilman puhdistuksesta sekä<br />
kierrättämisestä <strong>ajoneuvo</strong>ssa. HVAC-järjestelmä on oleellinen osa <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
turvallisuutta huolehtien kuljetta<strong>ja</strong>n vireydestä <strong>ja</strong> mahdollistaen hyvän näkyvyyden<br />
ulos <strong>ajoneuvo</strong>sta. Perinteisesti suunnittelussa on lähdetty liikkeelle lämmitys<strong>ja</strong><br />
jäähdytystehosta <strong>ja</strong> hyötysuhde on ollut toissi<strong>ja</strong>inen asia.<br />
Työssä luotiin katsaus nykyisiin <strong>ja</strong> lähitulevaisuuden teknologioihin sekä arvioitiin<br />
energiankulutusta. Tavoitteena oli selvittää, kuinka paljon <strong>ja</strong> missä kohdin järjestelmää<br />
energiaa kuluu, kun <strong>ajoneuvo</strong>n matkustamo jäähdytetään, lämmitetään
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
106 (142)<br />
<strong>ja</strong> sen ilmaa vaihdetaan. Lisäksi tarkoitus on tunnistaa teknisten ratkaisujen erot<br />
säädettävyyden <strong>ja</strong> energiatehokkuuden kannalta.<br />
Ajoneuvojen lämmittämiseen on useita eri toteutustapo<strong>ja</strong>, joista yleisin on polttomoottorin<br />
yhteydessä oleva lämmönvaihdin, joka hyödyntää moottorin hukkalämpöä<br />
sisään tulevan ilman lämmittämiseen. Tämän lisäksi on käytössä erillisiä lisälämmittimiä,<br />
jotka voivat olla polttoaine- tai sähkökäyttöisiä. Jäähdytys taas perustuu<br />
yleisimmin nesteen höyrystymiseen, joka sitoo lämpöä <strong>ja</strong> sitoutunut lämpö<br />
siirretään toisessa paikassa takaisin ulkoilmaan. Yleisin kylmäaine on R-134a.<br />
Jäähdytyksessä tarvitaan kompressoria, joka yleensä ottaa käyttövoimansa <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
moottorista hihnapyörästön välityksellä. Kylmäkuljetuksissa on erillinen<br />
kompressori erillisellä diesel-moottorilla. Erityisesti hybridi<strong>ajoneuvo</strong>issa kompressorin<br />
muuttaminen sähkökäyttöiseksi tuo suuria etu<strong>ja</strong>, koska silloin jäähdytystä<br />
varten ei tarvitse pitää polttomoottoria käynnissä. Vastaavasti <strong>raskas</strong>ta kalustoa<br />
käytetään paljon tyhjäkäynnillä mukavuustason ylläpitämiseksi. Sähkökäyttöisen<br />
kompressorin pyörimisnopeus on lisäksi riippumaton moottorin pyörimisnopeudesta,<br />
joten sen koko <strong>ja</strong> komponentit voidaan valita paremmalla hyötysuhteella<br />
toimiviksi. Myös kompressorin säätö helpottuu <strong>ja</strong> magneettikytkimen tarve poistuu.<br />
Kompressori voi kuluttaa jopa 80 % ilmastoinnin käyttämiseen tarvittavasta<br />
energiasta, joten sen ominaisuuksilla on huomattava vaikutus polttoaineenkulutukseen<br />
perinteisissä <strong>ajoneuvo</strong>issa <strong>ja</strong> erityisesti hybridi-, sähkö- sekä polttokenno<strong>ajoneuvo</strong>issa.<br />
Kylmäaineen valinnalla voidaan vaikuttaa järjestelmän hyötysuhteeseen, mutta<br />
ympäristön kannalta pitää ottaa huomioon myös sen suorat päästöt aineen vuotamisen<br />
yhteydessä. Hybridi- <strong>ja</strong> sähkö<strong>ajoneuvo</strong>issa pitää myös akku<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> sähkömoottoria<br />
jäähdyttää, mikä tuo oman lisän lämpöenergianhallintaan. Esimerkiksi<br />
Li-ion -akkujen jäähdytys tulee integroida osaksi ilmastointijärjestelmää; perinteinen<br />
jäähdytystapa ei riitä.<br />
Ilman<strong>ja</strong>keluun pitää myös kiinnittää huomiota, erityisesti lin<strong>ja</strong>-autoissa <strong>ja</strong> kuormatilojen<br />
jäähdytyksen yhteydessä. Niissä tasainen <strong>ja</strong>kautuminen edellyttää laitteiston<br />
ha<strong>ja</strong>uttamista useaan eri paikkaan. Kuormatiloissa usein ilmansyöttö tapahtuu<br />
<strong>ajoneuvo</strong>n päältä <strong>ja</strong> jäähdytysyksikön tuulettimia käytetään lämpötilasäädellyn ilman<br />
kierrättämiseen <strong>ajoneuvo</strong>n sisällä. Ilman syöttö- <strong>ja</strong> paluupuolen ollessa samalla<br />
puolella <strong>ajoneuvo</strong>a tasaisen lämpötila<strong>ja</strong>kauman saavuttaminen koko kuorman<br />
välillä on haasteellista, jolloin tarvitaan suurempaa ilman virtausta.<br />
Myös <strong>ajoneuvo</strong>n konstruktio vaikuttaa lämmitys- <strong>ja</strong> jäähdytystarpeeseen. Erityisesti<br />
lasien <strong>ja</strong> ilmanvaihtojärjestelmän kautta tapahtuva lämmönsiirto sen si<strong>ja</strong>an on<br />
huomattavaa. Myös matkustajien määrä vaikuttaa järjestelmän kuormaan erityisesti<br />
lin<strong>ja</strong>-autoissa, joissa ihmismassan tuoma lämpökuorma on huomattavan suuri.<br />
Ajoneuvon ilmastointijärjestelmä on monimutkainen järjestelmä <strong>ja</strong> sen yksittäisten<br />
osien toiminta vaikuttaa läheisesti koko järjestelmän suorituskykyyn. Optimaalinen<br />
<strong>ja</strong> turvallinen toiminta <strong>ja</strong>tkuvasti muuttuvissa olosuhteissa vaatii järjestelmän<br />
tarkan säädön mahdollistavia komponentte<strong>ja</strong>. Säätö perustuu suurelta osin<br />
erilaisten antureiden <strong>ja</strong> toimilaitteiden käyttöön <strong>ja</strong> järjestelmän automaatioasteesta<br />
sekä toteutustavasta riippuen säädössä hyödynnetään eriasteista informaatiota.<br />
Manuaalinen ilmastointijärjestelmä ei kykene pitämään <strong>ajoneuvo</strong>n matkustamon<br />
lämpötilaa vakiona, koska järjestelmä ei pysty reagoimaan matkustamon muuttuviin<br />
olosuhteisiin. Tämä tuo haasteita erityisesti lin<strong>ja</strong>-autoissa, joissa kuljetta<strong>ja</strong><br />
joutuu säätämään matkustamon lämpötilaa pelkän arvion perusteella. Lisäksi on
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
107 (142)<br />
olemassa puoliautomaattisia järjestelmiä. Automaattinen järjestelmä pyrkii pitämään<br />
halutun lämpötilan kaikkialla matkustamossa. Lisäksi monialueilmastoinnin<br />
avulla matkustamon eri osissa voidaan ylläpitää erilaisia olosuhteita.<br />
Ajoneuvojen tyyppihyväksyntätestissä mitataan hiilidioksidipäästöjä, mutta testi<br />
jättää kuitenkin nykyisessä muodossaan huomioimatta useat päästöjen lähteet, kuten<br />
ilmastointilaitteet sekä lisälämmittimet. Tästä syystä Euroopan komissio on<br />
teettänyt tutkimustyötä, jonka tarkoituksena on ollut selvittää lämmitys- <strong>ja</strong> ilmastointijärjestelmän<br />
vaikutus kevyiden <strong>ajoneuvo</strong>jen polttoaineenkulutukseen <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöihin<br />
sekä löytää luotettava menetelmä päästöjen <strong>ja</strong> kulutuksen mittaamiseksi.<br />
Tavoitteena olisi sisällyttää ilmastoinnin <strong>ja</strong> lisälämmittimen lisäkulutuksen<br />
mittausmenetelmä tyyppihyväksyntätestiin, jolloin myös niiden aiheuttama<br />
epäsuora vaikutus päästöihin tulisi huomioiduksi. Ilmastointijärjestelmän polttoaineenkulutukseen<br />
vaikuttaa huomattava määrä sekä <strong>ajoneuvo</strong>n sisäisiä että ulkoisia<br />
tekijöitä, mikä vaikeuttaa kulutuksen mittaamista. Mittaussykleinä käytetään<br />
henkilöautoille Yhdysvalloissa SC03-sykilä <strong>ja</strong> Euroopassa NEDC-sykliä. Raskaan<br />
kaluston ilmastoinnin kulutuksen määrittämiseen ei ole standardoitua ajosykliä.<br />
Lisäksi mittaushuoneen pitää olla erikseen ilmastoinnin mittausta varten rakennettu,<br />
jotta muuttuvat olosuhteet saadaan osaksi mittausta.<br />
Kuva 96: Ajoneuvotutkimuksiin tarkoitettu säähuone.<br />
Ilmastoinnin polttoaineenkulutusta henkilöautoissa on tutkittu paljon. Erilaisten<br />
mittausmenetelmien <strong>ja</strong> oletusten takia erilaisia tuloksia on kuitenkin lähes yhtä<br />
paljon kuin tutkimustaho<strong>ja</strong>. Näin ollen yksiselitteisen yhteenvedon tekeminen<br />
niistä on mahdotonta. Hyöty<strong>ajoneuvo</strong>jen ilmastoinnin kulutusta koskevien tutkimusten<br />
löytäminen osoittautui työtä tehdessä erittäin vaikeaksi. Asia ei ole mahdollisesti<br />
raskaan kaluston puolella vielä tähän mennessä ollut sellainen, että siihen<br />
olisi kiinnitetty julkisissa lähteissä laajemmin huomiota. Haasteena on mahdollinen<br />
tiedon olemattomuus tai luottamuksellisuus. Tiedon puute ei kuitenkaan<br />
tarkoita, että se olisi tarpeetonta tai merkityksetöntä, vaan se voi olla osoitus siitä,<br />
että tietoa ei ole vielä tarvittu. Tulevaisuudessa asia tulee olemaan varmasti toisin.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
108 (142)<br />
Diplomityössä on esitetty tuloksia, jotka havainnollistavat polttoaineenkulutuksen<br />
kannalta merkittäviä järjestelmäkohtaisia ero<strong>ja</strong> sekä polttoaineenkulutukseen vaikuttavia<br />
tekijöitä. Kaikkia tuloksia ei pystytä esittämään tässä yhteydessä. Vakiotilavuuksisella<br />
kompressorilla varustettu manuaalinen ilmastointijärjestelmä voi<br />
lisätä <strong>ajoneuvo</strong>n polttoaineenkulutusta jopa 2,5-kertaisesti verrattuna kehittyneempään<br />
ilmastointijärjestelmään. Normaalissa henkilöautossa ilmastoinnin<br />
aiheuttama kulutuslisä voi olla jopa 20 %.<br />
Hybridi<strong>ajoneuvo</strong>issa ilmastoinnin suhteellinen polttoaineenkulutus on huomattavan<br />
suuri. Ilmastointi voi kuluttaa polttoainetta jopa enemmän kuin <strong>ajoneuvo</strong>n liikuttaminen.<br />
Esimerkiksi Toyota Prius II:n ilmastoinnin polttoaineenkulutus kaupunkisylkissä<br />
35 °C ulkolämpötilassa oli 3,8 l/100km. Ajoneuvon polttoaineenkulutus<br />
ilman ilmastointia oli samoissa olosuhteissa 2,6 l/100km.<br />
Taulukko 23: Ilmastoinnin polttoaineenkulutus 35 °C (l/100km).<br />
Raskaan kaluston ilmastointilaitteen polttoaineenkulutusta voidaan suuntaaantavasti<br />
arvioida kompressorin ottotehojen avulla. Esimerkiksi kaupunkilin<strong>ja</strong>auton<br />
kohdalla tarkasteltavana ajosyklinä voidaan käyttää Braunschweig-sykliä,<br />
joka kuvaa kaupunkilin<strong>ja</strong>-autolle tyypillistä ajotapahtumaa. Ilmastointilaite nostaa<br />
polttoaineenkulutusta 18 kW:n keskimääräisellä kompressorin teholla arvioituna<br />
47 % <strong>ja</strong> sen osuus kulutuksesta on 32 %. Lin<strong>ja</strong>-auton polttoaineenkulutuksen arvioitiin<br />
olevan ilman ilmastointia 44 l/100km, <strong>ja</strong> ilmastoinnin kanssa kulutukseksi<br />
saatiin noin 65 l/100km eli ilmastoinnin polttoaineenkulutus on noin 21 l/100km.<br />
Esimerkiksi käyttämällä har<strong>ja</strong>tonta moottoria <strong>ja</strong> PWM-säädintä puhaltimen oh<strong>ja</strong>uksessa,<br />
virrankulutusta voidaan pienentää huomattavasti (kuva 97). Tällöin Keski-Euroopan<br />
olosuhteissa ilmastointijärjestelmän polttoaineenkulutus laskee arviolta<br />
10 % verrattuna järjestelmään, jossa on käytetty lineaarisäädintä <strong>ja</strong> har<strong>ja</strong>llista<br />
moottoria.<br />
Raskaan kaluston puolella <strong>ajoneuvo</strong>tyypistä riippuen kuormatilan jäähdytyslaitteiston<br />
keskimääräinen polttoaineenkulutus on 15 – 25 % <strong>ajoneuvo</strong>n moottorin<br />
polttoaineenkulutuksesta. Lisäksi kaupunkikuljetuksissa polttoaineenkulutus on<br />
keskimäärin 16 % korkeampi verrattuna pitkän matkan kuljetuksiin johtuen muun<br />
muassa toistuvista ovien avauksista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
109 (142)<br />
Kuva 97: Puhaltimen oh<strong>ja</strong>uksen <strong>ja</strong> moottorin vaikutus sähkötehon kulutukseen.<br />
Vain <strong>ajoneuvo</strong>n toimintaympäristön <strong>ja</strong>tkuvasti huomioivalla dynaamisesti <strong>ja</strong> älykkäästi<br />
oh<strong>ja</strong>tulla järjestelmällä, jonka suunnittelussa on lisäksi huomioitu toimintaan<br />
koko järjestelmätasolla vaikuttavat tekijät, on mahdollista saavuttaa optimaalinen<br />
järjestelmän tehokkuus muuttuvissa toimintaolosuhteissa. Ilmastointijärjestelmän<br />
tehokkuutta voidaan lisätä parantamalla sen yksittäisten komponenttien<br />
toimintaa optimoimalla niiden painehäviöitä <strong>ja</strong> tehokkuutta, mutta parhaaseen<br />
suorituskykyyn päästään vain, kun järjestelmää käsitellään kokonaisuutena. Järjestelmän<br />
järkevällä oh<strong>ja</strong>uksella sekä lämpökuorman, virrankulutuksen <strong>ja</strong> kompressorin<br />
ottotehon pienentämisellä matkustamoa voidaan lämmittää tai jäähdyttää<br />
vain niin paljon <strong>ja</strong> usein, kun on riittävän matkustamon mukavuustason <strong>ja</strong> turvallisuuden<br />
kannalta välttämätöntä. Myös esim. eristyksellä <strong>ja</strong> lämpöä hei<strong>ja</strong>stavilla<br />
materiaaleilla voidaan pienentää lämpökuormaa <strong>ja</strong> jäähdytyksen tarvetta.<br />
Kuva 98. Ilmastoinnin kulutus VW Touran TDI 1,9 (T ulko : 20 °C / 28 °C / 35 °C)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
110 (142)<br />
Taukotuuletuksella matkustamoon saadaan <strong>ja</strong>tkuvasti raikasta ilmaa <strong>ja</strong> sisälämpötilaa<br />
voidaan laskea kesäolosuhteissa jopa 50 % verrattuna <strong>ajoneuvo</strong>on, jossa taukotuuletusta<br />
ei ole käytetty. Taukotuuletuksessa voidaan hyödyntää aurinkoenergiaa<br />
<strong>ajoneuvo</strong>jen kattoluukun tai koko katon yhteyteen asennettavien aurinkokennojen<br />
avulla. Vastaavasti raskaalla kalustolla on tekniikoita, joilla voidaan vähentää<br />
vain ilmanvaihdon takia tarvittua tyhjäkäyntiä. Lisäksi on olemassa joukko<br />
vaihtoehtoisia järjestelmiä liittyen mm. kylmäaineeseen, jäähdytysmenetelmiin,<br />
lämmönvaihtimiin <strong>ja</strong> kuormatilojen jäähdytykseen. Esimerkiksi käyttämällä hiilidioksidia<br />
kylmäaineena (R744) voidaan saavuttaa polttoaineen säästöä. Lisää näitä<br />
on tarkasteltu lähemmin diplomityössä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Antti Lajunen (Antti.Lajunen@aalto.fi)<br />
5.4 Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen <strong>ja</strong> muotovirheiden<br />
vaikutus raskaan kaluston energiankulutukseen<br />
· Diplomityö: Timo Naskali: Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen <strong>ja</strong><br />
muotovirheiden vaikutus raskaan kaluston energiankulutukseen, 2010<br />
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia vaikutuksia renkaan epätasapainolla,<br />
ilmanpaineella <strong>ja</strong> muotovirheillä on raskaan kaluston energiankulutukseen.<br />
Samalla tarkasteltiin millaisia muita vaikutuksia kyseisillä renkaiden ominaisuuksilla<br />
on niin <strong>ajoneuvo</strong>n kuin ympäristönkin kannalta. Asioita on tarkasteltu<br />
myös kustannusten <strong>ja</strong> kannattavuuden näkökulmasta.<br />
Työn perustana on suurelta osin kir<strong>ja</strong>llisuustutkimus kyseisistä asioista. Varsinaisia<br />
suoria tutkimuksia ei epätasapainon vaikutuksista energiankulutukseen löytynyt.<br />
Löydettyjen lähteiden perusteella keskeisten aiheiden ympärillä on markkinoilla<br />
monia erilaisia ratkaisu<strong>ja</strong>, joten aiheeseen liittyvää mainosmateriaalia tulee<br />
helposti vastaan. Kuitenkaan mainosväitteiden perustoiksi ei löytynyt merkittäviä<br />
selvitys- tai tutkimustuloksia.<br />
Epätasapainon syynä on vanne tai rengas, mutta yleensä niitä tarkastellaan kokonaisuutena,<br />
pyöränä. Staattisessa epätasapainossa massa on epätasapainossa renkaan<br />
keskilin<strong>ja</strong>lla <strong>ja</strong> se voidaan tasapainottaa vastapuolelle asennettavalla painolla.<br />
Dynaamisessa epätasapainossa epätasapaino on muualla kuin pyörän keskilin<strong>ja</strong>lla<br />
<strong>ja</strong> painot pitää asetella ristikkäin eri puolille vannetta. Sallittu ra<strong>ja</strong> on<br />
2000gcm (2000g epätasapaino 1cm etäisyydellä pyörintäakselin keskikohdasta).<br />
Liika valmistustarkkuus kuitenkin nostaa kustannuksia, koska elastisena materiaalina<br />
kumista on vaikea tehdä “täydellistä” rengasta. Lisäksi renkaisiin voi jäädä<br />
asennuksen yhteydessä muoto-virhettä <strong>ja</strong> uriin jää käytön aikana kiviä. Myös vanteisiin<br />
tulee epätasapainoa hitsaussaumoista, venttiileistä <strong>ja</strong> liasta. Tasapainotus<br />
voidaan tehdä kiinteillä painoilla, irtokehällä tai irtomateriaalilla.<br />
Suurimpia epätasapainon haitto<strong>ja</strong> ovat virheellinen kuluminen, matkustusmukavuuden<br />
lasku <strong>ja</strong> ratin tärinä. Epätasapainolla ei juurikaan ole vaikutusta vierinvastukseen,<br />
kulutuksen nousuun tai alustarakenteiden heikkenemiseen. Esimerkiksi<br />
250 g epätasapaino 52 cm säteellä 80 km/h nopeudessa aiheuttaa simuloinneissa<br />
kulutuslisän 0,000229 l/100km.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
111 (142)<br />
Rengaspaine on kompromissi eri ajotilanteiden välillä. Suuri paine nostaa rengasmelua<br />
<strong>ja</strong> tien kulumista, mutta pienentää vierinvastusta kovalla pinnalla. Vastaavasti<br />
matalammalla paineella saadaan suurempi tiekosketuksen pinta-ala <strong>ja</strong><br />
pienempi vierinvastus pehmeällä pinnalla. Vyörenkailla paine ei vaikuta normaaliin<br />
kulumiseen, mutta kylläkin muihin ominaisuuksiin, kuten käyttöikään, epätasaiseen<br />
kulumiseen tai runkorakenteen vaurioitumiseen. Yleisesti ra<strong>ja</strong> rungon vauroitumiselle<br />
on 20% paineva<strong>ja</strong>us. Lisäksi rengaspaineella on vaikutus liikenneturvallisuuteen.<br />
Rengaspaineen merkitys on tiedostettu, mutta eräässä tutkimuksessa<br />
todettiin 20%:ssa renkaista olevan suosituspaineesta poikkeava rengaspaine,<br />
yleensä va<strong>ja</strong>apaineen suuntaan. Suhteellisesti eniten va<strong>ja</strong>apaineisia oli paripyörissä,<br />
joissa paineva<strong>ja</strong>us on vaikea havaita. Haastattelun perusteella rengaspaineita<br />
arvioitiin yleensä vain silmämääräisesti.<br />
Kulutuslisän prosentuaalinen kasvu lisääntyy nopeuden noustessa. Erään tutkimuksen<br />
mukaan 3 bar paine-ero suosituspaineen läheisyydessä kasvattaa kulutusta<br />
jopa 2%, mikä 60t yhdistelmässä tarkoittaisi ~3 l/100km, jos kaikki renkaat olisivat<br />
va<strong>ja</strong>apaineisia. 10% va<strong>ja</strong>apaine lisää kulutusta 0,5-0,75% <strong>ja</strong> 20% va<strong>ja</strong>apaine 1-<br />
1,75%. Tämän perusteella yhden renkaan 15% va<strong>ja</strong>apaine lisää kulutusta 0,2%,<br />
joka tarkoittaa 40 l/100km kulutuksella 0,08 l/100km.<br />
Muotovirheitä voi syntyä renkaan <strong>ja</strong> vanteen valmistusprosessin aikana. Käytön<br />
aikana syntyvät muotovirheet luetaan yleensä kulumavirheiksi. Teräsvanteen mittatarkkuus<br />
heikkenee jännitysten poistumien <strong>ja</strong> pysyvien muodonmuutosten myötä,<br />
esim. säteisheitto siirtyy renkaaseen. Tämän vaikutusta voidaan pienentää<br />
asentamalla renkaan matalin kohta vanteen korkeimmalle kohdalle. Muotovirheen<br />
vaikutus on pitkälti sama kuin epätasapainossa. Ainoa suurempi ero on, että muotovirhe<br />
voi aiheuttaa iskunvaimentimen männänvarren kulumista <strong>ja</strong> muotovirhettä<br />
ei saa pois tasapainottamalla. Suurin sallittu säteisheiton “ra<strong>ja</strong>” premium-renkaissa<br />
on 1,5 mm etupyörillä <strong>ja</strong> 2mm vetävillä pyörillä. Sivuttaisheitossa ra<strong>ja</strong>t ovat vastaavasti<br />
2,0-2,2 mm <strong>ja</strong> 2,2-2,5 mm. Kulutuspinnan muotovirhettä voi kor<strong>ja</strong>ta hieman<br />
hiomalla, mutta muuten kor<strong>ja</strong>aminen ei kannata.<br />
Koottujen tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että renkaan epätasapainolla ei ole<br />
juurikaan vaikutusta energiankulutuksen kannalta. Muut <strong>ajoneuvo</strong>n kulumista aiheuttavat<br />
vaikutukset jäävät myös melko pieniksi. Tulos johtuu suurelta osin siitä,<br />
että raskaassa kalustossa pyöränkuormat ovat niin suuria, ettei niihin aiheudu<br />
merkittävää vaihtelua epätasapainosta maantienopeuksillakaan. Tiehen aiheutuvat<br />
rasitukset kasvavat jonkin verran. Eniten vaikutusta on matkustusmukavuuteen <strong>ja</strong><br />
oh<strong>ja</strong>uspyörän värinöihin.<br />
Löydettyjen tulosten perusteeksi on tehty vertailevia laskelmia, jotka tukevat tuloksia<br />
siitä, että epätasapainolla ei ole havaittavaa vaikutusta energiankulutuksen<br />
kannalta. Muotovirheistä aiheutuvat vaikutukset ovat paljolti epätasapainosta aiheutuvien<br />
kaltaisia, eikä useimmilla tavanomaista suuruusluokkaa olevilla virheillä<br />
ole kovinkaan suurta vaikutusta energiankulutukseen. Nokian Renkailla tehtiin<br />
epätasapainon <strong>ja</strong> säteisheiton vaikutuksia kartoittava mittaus (kuva 99), jonka tulokset<br />
ovat samassa lin<strong>ja</strong>ssa edellisten arvioiden kanssa epätasapainon vähäisestä<br />
vaikutuksesta energiankulutukseen. Sen si<strong>ja</strong>an matkustusmukavuuteen useimmat<br />
muotovirheet <strong>ja</strong> erityisesti pyörän säteisheitto vaikuttavat. Muotovirheistä <strong>ja</strong> epätasapainosta<br />
aiheutuu pitkällä aikavälillä renkaan nopeampaa <strong>ja</strong> epätasaisempaa<br />
kulumista, joka nostaa rengaskustannuksia.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
112 (142)<br />
Kuva 99: Mitattava pyörä asennettuna mittauskoneeseen <strong>ja</strong> lämpökamerakuva<br />
mittauksen aikana<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Antti Lajunen (Antti.Lajunen@aalto.fi)<br />
5.5 Auxliary power needs<br />
· Raportti: Matti Juhala, Johannes Kankare, Mikko Laamanen: Katsaus <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
oheisjärjestelmien energiankulutukseen <strong>ja</strong> -tuottamiseen, 2010<br />
Työssä selvitettiin kolmea energian kannalta olennaista osaa <strong>ajoneuvo</strong>ista – energiaa<br />
kuluttavia järjestelmiä, energiaa tuottavia järjestelmiä sekä pakokaasujen<br />
lämpöenergian hyödyntämistä. Kuvassa 100 on esitetty nykyaikaisen raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
moottorin energiatase. Lukuarvot ovat kuormituksen ym. vaikutuksesta<br />
johtuen vain suuntaa antavia, mutta niiden perusteella voidaan päätellä, minkälaisia<br />
mahdollisuuksia hyötysuhteen parantamiselle voisi löytyä. Merkittävimmät<br />
häviökohteet on jäähdytys <strong>ja</strong> pakokaasut. Näiden energian talteenotto voisi tuoda<br />
merkittävää parannusta.<br />
Kuva 100: Nykyaikaisen raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n moottorin energiatase.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
113 (142)<br />
Moottorin toiminnan kannalta tarpeellisten apulaitteiden optimointi voisi myös<br />
tarjota parannusmahdollisuuksia häviöiden edustaessa noin 2,5 % osuutta <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
kokonaisenergiankulutuksesta. Erityisesti apulaitteiden toiminnan sähköistäminen<br />
<strong>ja</strong> säätöominaisuuksien parantaminen on viimeaikoina ollut tutkimuksen<br />
kohteena.<br />
Sähkökäyttöön siirtyminen vaikuttaa kahdella tavalla. Ensinnäkin on huomattava,<br />
että tällaisissa tapauksissa moottorista syntyvän mekaanisen energian muuntaminen<br />
sähköiseksi <strong>ja</strong> jälleen mekaaniseen tai hydrauliseen muotoon aiheuttaa muunnoshäviöitä.<br />
Tunnetustihan hammasvälityksen hyötysuhde on varsin korkea. Toisaalta<br />
sähköinen järjestelmä tarjoaa merkittävästi paremmat säätömahdollisuudet,<br />
erityisesti mahdollisuuden laitteen lepuuttamiseen energiaa kuluttamatta silloin,<br />
kun käyttötarvetta ei ole. Sovelluksesta riippuen näin saatava säästö voi olla hyvinkin<br />
huomattava.<br />
Sähköinen voimansiirto mahdollistaa myös laitteiden, kuten jäähdytys- tai tuuletuspuhaltimien<br />
nopeuden säätämisen moottorin pyörintänopeudesta riippumattomalla<br />
tavalla. Näin jäähdytystehoa voidaan säätää syntyvän jäähdytystarpeen perusteella.<br />
Apulaitteiden käytön sähköistämisestä saatavat hyödyt korostuvat hybridi<strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
yhteydessä. Sähköistyksen merkitys on suurempi, kun <strong>ajoneuvo</strong>a<br />
käytetään vaihtelevissa olosuhteissa joihin sisältyy myös merkittäviä joutokäynti<strong>ja</strong>kso<strong>ja</strong>.<br />
On arvioitu, että hybridi<strong>ajoneuvo</strong>issa moottorin apulaitteiden sähkökäytöllä voitaisiin<br />
saavuttaa noin 3…5 % suuruinen säästö energian kulutuksessa. Eräässä<br />
tutkimuksessa 2 eri ajosykillä todettiin apulaitteiden energiankulutukseksi<br />
4,7…7,3 %. Tämä antaa käsityksen apulaitteiden uudelleen suunnittelun avulla<br />
mahdollisesti saavutettavasta energiansäästöstä. Käytännössähän ainoastaan osa<br />
tästä kulutuksesta voidaan säästää.<br />
Lämmönhallinnalla voi olla merkittävä vaikutus energiankulutukseen, päästöihin,<br />
luotettavuuteen <strong>ja</strong> turvallisuuteen. Hybridi- <strong>ja</strong> polttokenno<strong>ajoneuvo</strong>jen arvioidaan<br />
entisestään kasvattavan jäädytystarvetta. HVAC-järjestelmien osalta yllä on tiivistys<br />
Mikko Laamasen diplomityöstä (kts. julkaisu yllä).<br />
Mekaanisista apulaitteista, joista löytyy sähköisiä sovelluksia, tai joita voidaan tulevaisuudessa<br />
sähköistää, ovat mm. öljypumppu, oh<strong>ja</strong>ustehostin, paineilman tuotto,<br />
alipaineen tuotto <strong>ja</strong> venttiilinoh<strong>ja</strong>us. Sähköntarpeen lisääntymisen <strong>ja</strong> käynnistys/pysäytys<br />
toimintojen myötä perinteisestä käynnistimestä ollaan enenevässä<br />
määrin luopumassa. Se voidaan korvata järjestelyllä, jossa sama moottori toimii<br />
sekä käynnistimenä että generaattorina.<br />
Viime aikoina polttokennot ovat saaneet varsin paljon julkisuutta. Hyvistä laboratorioissa<br />
saaduista tutkimustuloksista huolimatta järjestelmien kaupallistaminen<br />
on kohdannut monia ongelmia. Polttokennojen käyttökohteet ovatkin muuttuneet<br />
niin, että niiden käyttö apuvoimanlähteenä on noussut vahvemmin mielenkiinnon<br />
kohteeksi. Tällöin vältytään liikkumiskäyttöön liittyviltä suurilta kuormanvaihteluilta<br />
<strong>ja</strong> käynnistyminenkin voidaan tehdä hitaammin.<br />
Pyrkimys joutokäynnin vähentämiseen on johtanut myös perinteiseen diesel- tai<br />
ottomoottoriin perustuvien järjestelmien käyttöön. Tässä tarkoituksessa myös<br />
Wankel-moottori on varteenotettava vaihtoehto. Varsin uusi tulokas APUjärjestelmänä<br />
on pieneen kaasuturbiiniin perustuva generaattori. Niiden <strong>ajoneuvo</strong>sovellukset<br />
ovat vielä kokeilu<strong>ja</strong>. Pääasiallisena käyttökohteena ovat ha<strong>ja</strong>utetun<br />
lämmön <strong>ja</strong> sähkön tuoton sovellukset. Niiden arvioidaan kuitenkin yleistyvän<br />
myös hybridi<strong>ajoneuvo</strong>jen toimintasäteen laajennussovelluksissa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
114 (142)<br />
Energiamuodonmuutoksiin liittyy aina enemmän tai vähemmän häviöitä. Ajoneuvoissa<br />
nämä häviöt ilmenevät yleensä lämpönä. Tunnettuahan on, että esimerkiksi<br />
polttomoottorin energiasta suurin osa häviää pakokaasujen <strong>ja</strong> jäähdytysjärjestelmän<br />
kautta. Parhaimmillaan polttomoottorin hyötysuhde voi olla jopa yli 50 %,<br />
mutta käytännössä hyötysuhde kevyellä kuormituksella toimittaessa on vain muutamia<br />
prosentte<strong>ja</strong>. Tästä johtuu mielenkiinto pakokaasujen <strong>ja</strong> jäähdytysjärjestelmän<br />
sisältämän energian hyödyntämiseen.<br />
Hybriditeknologian myötä tarve moottorin lämmön lyhytaikaiseen varastointiin<br />
on noussut uudestaan esille. Hybridijärjestelmille on ominaista, että polttomoottori<br />
sammutetaan usein varsin lyhyeksi a<strong>ja</strong>ksi joko sähköllä ajettaessa tai liikennetilanteen<br />
aiheuttaman seisahduksen a<strong>ja</strong>ksi. Tällöin moottorin uudelleen käynnistämisen<br />
varmistaminen <strong>ja</strong> päästöjen hallitseminen hyötyisivät lämpöenergian lyhytaikaisesta<br />
varastoinnista. Raportissa on käyty läpi eri työprosesse<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> niiden eroavaisuuksia.<br />
Käytettäessä mekaanista tehoturbiinia ahdettu moottori sinällään säilyy muuttumattomana.<br />
Pakojärjestelmään lisätään imuilmaa ahtavan turbiinin jälkeen toinen<br />
turbiini, joka hyödyntää pakokaasuissa jäljellä olevaa energiaa. Turbiini on hammasvälityksellä<br />
kytketty auton voimansiirtoakselille. Kir<strong>ja</strong>llisuudesta löytyvät tiedot<br />
tehoturbiinin tuottamasta energiankulutuksen pienenemisestä vaihtelevat suuruusluokassa<br />
2,5 - 5 %. Ricardon arvion hyöty jää luokkaan 1,5%. Mekaanisen tehoturbiinin<br />
kustannus on suuruusluokkaa 5 - 10 % voimansiirron kokonaiskustannuksesta.<br />
Sähköinen tehoturbiini muistuttaa mekaanista tehoturbiinia lukuun<br />
ottamatta sitä, että turbiini käyttää sähköä tuottavaa generaattoria. Järjestelmällä<br />
väitetään saavutettavan jopa 10 % energiasäästöä. Ricardon arvion mukaan<br />
todelliset säästöt olisivat luokkaa 3 %. Sähköisen tehoturbiinin kustannuksista Ricardo<br />
arvioi niiden olevan suuruusluokkaa 22 - 42 % voimansiirron kustannuksista.<br />
Tämä johtuu osittain pakokaasupäästöjen säätelyn monimutkaistumisesta.<br />
Pakokaasujen jäännösenergiasta suuri osa on lämpöenergian muodossa. Tämä on<br />
kohdistanut tutkijoiden mielenkiinnon erilaisiin termosähköisiin ratkaisuihin, joilla<br />
pyritään tuottamaan sähköenergiaa suoraan lämmöstä.<br />
Ricardo arvioi Seebeck-ilmiöön perustuvien termosähköisten muuntimien energiansäästömahdollisuudeksi<br />
2 %. Järjestelmät ovat edelleen tutkimuksen alkuvaiheessa<br />
<strong>ja</strong> niiden menestyminen riippuu voimakkaasti materiaalien kehittymisestä.<br />
Seebeck-ilmiön lisäksi tutkimuksen kohteena ovat Litium-hydridikennot, lämpövalosähköinen<br />
ilmiö (termal emitter + valokenno) <strong>ja</strong> terminen tunnelointi / lämpöioninen<br />
emissio. Autovalmistajista ainakin BMW <strong>ja</strong> Volkswagen ovat kehitelleet<br />
Seebeck-ilmiöön perustuvia termosähköisiä muuntimia pakokaasujen energian<br />
talteen ottamiseksi. BMW:n prototyypin kerrotaan tuottavan 200 W <strong>ja</strong> Volkswagenin<br />
600 W moottoritieajossa. BMW on arvellut, että ensimmäiset laitteella<br />
varustetut <strong>ajoneuvo</strong>t saattaisivat tulla markkinoille vuonna 2014. Paitsi lämpöenergian<br />
talteenottoa, lämpösähköisiä ilmiöitä <strong>ja</strong> stirling-prosessia voidaan hyödyntää<br />
myös vaikkapa lämmityksessä <strong>ja</strong> jäähdytyksessä. Esimerkkinä termosähköinen<br />
lämpöpumppu penkinjäähdytyksessä.<br />
Energiankäytön kannalta kehittynyt säätötekniikka tarjoaa mahdollisuuksia energiankulutuksen<br />
<strong>ja</strong> tehon optimointiin. Tällä alueella kehitystyö on vasta aluillaan<br />
vaikka markkinoilta löytyy jo sovelluksia, joissa energiaa säännöstellään kokonaisuutta<br />
silmälläpitäen. Alkuvaiheen järjestelmät olivat yksinkertaisia. Niissä moottorin<br />
kuormittuessa tilapäisesti tavanomaista enemmän pienennettiin hetkellisesti<br />
sähköistä kuormaa kytkemällä vaikkapa penkin tai takalasin lämmitys pois toiminnasta.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
115 (142)<br />
Hybridi<strong>ajoneuvo</strong>jen myötä <strong>ja</strong> sähköisen kuormituksen lisääntyessä järjestelmien<br />
merkitys on kasvanut. Energiavirtojen hallinta <strong>ja</strong> sääntely tarjoaa merkittäviä<br />
mahdollisuuksia, mutta toisaalta järjestelmien, olosuhteiden <strong>ja</strong> käyttötapojen<br />
kompleksisuus asettaa suuria haasteita energianhallintajärjestelmien suunnittelulle.<br />
Erityisesti silloin, kun pyritään säätelemään samanaikaisesti mekaanista-, kemiallista-,<br />
sähköistä- <strong>ja</strong> lämpöenergiaa.<br />
Tehdyn selvityksen mukaan on nähtävissä, että tutkimusaktiviteetti oheisjärjestelmien<br />
energian kulutuksen <strong>ja</strong> tuoton alueella on kasvanut. Monia tuotteita <strong>ja</strong> ratkaisu<strong>ja</strong><br />
on jo kaupallisesti saatavilla, vaikkakin niiden kehitystyö <strong>ja</strong>tkuu.<br />
Erityinen mielenkiinto kohdistuu hukkalämmön toisaalta vähentämiseen hyötysuhteita<br />
parantamalla <strong>ja</strong> toisaalta hyödyntämiseen lämmityksen ohella myös erilaisissa<br />
toisiojärjestelmissä.<br />
Arvioiden mukaan näiden järjestelmien kehittäminen tarjoa useiden kymmenien<br />
prosenttien säästöpotentiaalin, vaikkakin järjestelmien monimutkaistumisen myötä<br />
kohoavat valmistus <strong>ja</strong> huoltokustannukset syövät osan saavutettavista hyödyistä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Antti Lajunen (Antti.Lajunen@aalto.fi)<br />
5.6 Tutkimuksen <strong>ja</strong>tkuminen vuonna 2013<br />
Aihe aloitettu vuoden 2012 puolella mutta varsinaisesti se tehdään vuonna 2013.<br />
Reitin vaikutusta hybridibussilla saavutettaviin polttoainesäästöihin selvitetään<br />
kulutusseurannan lisäksi mallinnuksen avulla. Työn tavoitteena on evaluoida simuloinnin<br />
avulla, miten kaupunkibussin ajosykli <strong>ja</strong> reitti vaikuttavat hybridibussin<br />
energiatehokkuuteen. Tarkoituksena on luoda simulointiympäristössä hybridibussille<br />
paremmin soveltuva ajosykli valituille reiteille ajoaikataulun <strong>ja</strong> reitin muiden<br />
ominaisuuksien sallimissa rajoissa. Simuloinnissa käytetään hybridibussin malle<strong>ja</strong>,<br />
jotka vastaavat tällä hetkellä markkinoilla olevia busse<strong>ja</strong>. Mallinnuksessa tarkastellaan<br />
laskennallisesti hybridibussien todellista potentiaalia energiatehokkuuden<br />
suhteen <strong>ja</strong> määritetään yleisellä tasolla ne ajosyklin ominaisuudet, joilla on<br />
vaikutusta bussin energiatehokkuuteen. Myös erilaisten reittien sopivuutta hybridibusseille<br />
analysoidaan.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Antti Lajunen (Antti.Lajunen@aalto.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
116 (142)<br />
6 Tampereen teknillisen yliopiston tutkimuksia <strong>HDENIQ</strong>projektissa<br />
2009-2012<br />
Liikenteen tutkimuskeskus Verne tarkasteli vuoden 2012 aikana hybridibussien<br />
käyttökokemuksia <strong>ja</strong> energiankulutusta. Tämän tutkimusosion keskeiset tulokset<br />
esitetään seuraavassa. Aiempien vuosien aikana Verne on tutkinut tiekuljetusten<br />
energiatehokkuuden <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen tulevaisuutta, joukkoliikenteen energiatehokkuutta<br />
<strong>ja</strong> kuljetusalan energiatehokkuuden raportointia <strong>ja</strong> tehostamistoimien<br />
vaikutusten arviointia. Näistä tutkimusosioista on julkaistu erilliset loppuraportit,<br />
joiden tiivistelmät esitetään seuraavassa.<br />
6.1 Hybribussitutkimus<br />
6.1.1 Johdanto<br />
Diesel- <strong>ja</strong> sähkömoottorilla varustettu<strong>ja</strong> hybridilin<strong>ja</strong>-auto<strong>ja</strong> on ollut liikenteessä jo<br />
yli kymmenen vuotta. Hybridibussit ovat kuitenkin olleet huomattavasti kalliimpia<br />
kuin perinteiset dieselbussit, joten ne ovat yleistyneet hitaasti. Tekniikka on<br />
kuitenkin kehittynyt, jolloin hybriditekniikan hinta <strong>ja</strong> luotettavuus ovat parantuneet<br />
<strong>ja</strong> hybridibussit alkavat olla elinkaarikustannuksiltaan kilpailukykyinen vaihtoehto<br />
dieselbusseille. Tästä huolimatta hybridibussit ovat Suomessa vielä harvinaisia.<br />
Syyskuussa 2010 tehdyn joukkoliikenteen energiatehokkuuskyselyn vastaajista<br />
yksikään ei ollut ottanut hybridibusse<strong>ja</strong> käyttöön. 19 % vastaajista oli arvioinut<br />
hybridibussien käyttöönottoa, mutta päättänyt, että hybridejä ei vielä oteta<br />
käyttöön. Tulevaisuuden arvioissa vuoteen 2016 vastaajista 3,6 % piti erittäin todennäköisenä<br />
<strong>ja</strong> 11 % melko todennäköisenä, että heillä on käytössään hybridibusse<strong>ja</strong>.<br />
Hybridibussien käytön todennäköisyys oli selvästi suurempaa kaupunkiliikennettä<br />
harjoittavissa yrityksissä kuin vakiovuoro- tai tilausajoliikennettä harjoittavissa<br />
yrityksissä. Kaupunkiliikenteen tilaa<strong>ja</strong>t puolestaan arvioivat, että vuonna<br />
2016 hybridibusseilla ajetaan liikenteestä 15 % Tampereella, 25 % Helsingissä<br />
<strong>ja</strong> 30 % Turussa <strong>ja</strong> Lahdessa. (Metsäpuro et al. 2011.)<br />
Suomessa Kabus on kehittänyt omaa kevytrakenteista hybridibussiaan <strong>ja</strong> bussi on<br />
alustadynamometritesteissä saavuttanut 40 % alemman polttoaineenkulutuksen<br />
keskiverto dieselbussiin verrattuna (Mutanen 2009). Kabusin hybridibussi ei kuitenkaan<br />
ole vielä lin<strong>ja</strong>liikenteessä, vaan ensimmäisenä Suomessa otettiin lin<strong>ja</strong>liikenteeseen<br />
neljä Volvon valmistamaa hybridibussia Turussa kesällä 2011 (YLE<br />
Turku 2011). Helsingin seudun liikenteessä puolestaan aloitti liikennöinnin kaksi<br />
Volvon hybridibussia vuodenvaihteessa 2011–2012 (HSL 2011). Tampereella<br />
käynnistyi helmikuussa 2012 hankintaprosessi kahden hybridibussin saamiseksi<br />
Tampereen kaupunkiliikenne liikelaitoksen (TKL) käyttöön (HILMA 2012).<br />
Hybridibussien käyttöönoton tukemiseksi Tampereen Joukkoliikenne, TKL <strong>ja</strong><br />
TransEco-tutkimusohjelma tilasivat syksyllä 2011 tämän tutkimusprojektin Liikenteen<br />
tutkimuskeskus Verneltä. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kir<strong>ja</strong>llisuusselvityksen<br />
<strong>ja</strong> kyselyjen avulla käyttökokemuksia <strong>ja</strong> kustannustietoa hybridibussien<br />
käyttöönotosta <strong>ja</strong> liikennöinnistä. Tutkimuksessa myös selvitettiin, mille<br />
linjoille hybridibussi parhaiten soveltuu Tampereen joukkoliikenteessä. Kerättyjä
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
117 (142)<br />
tietojen poh<strong>ja</strong>lta tehtiin investointilaskuri, jonka avulla voidaan verrata diesel- <strong>ja</strong><br />
hybridibussien elinkaarikustannuksia<br />
6.1.2 Investointilaskuri<br />
Hybridibussin laa<strong>ja</strong>n käyttöönoton esteenä on ollut sen dieselbussia selvästi korkeampi<br />
hankintahinta. Hybridibussi on ollut jopa yli 50 % kalliimpi kuin vastaava<br />
dieselbussi. Tämän eron nähdään kuitenkin pienenevän hybriditekniikan kehittyessä<br />
<strong>ja</strong> hybridibussien tullessa massatuotantoon. Clark et al. (2009) arvioivat, että<br />
hybridibussi oli 65 % kalliimpi kuin dieselbussi vuonna 2007, mutta vuonna 2012<br />
ero olisi enää 37 %. TKL:n arvion mukaan hintaero on tällä hetkellä 22–35 %,<br />
dieselbussin maksaessa 230 000 € <strong>ja</strong> hybridibussin 280 000–310 000 €. Korkeamman<br />
hankintahinnan lisäksi kustannuksia aiheuttaa hybridibussien akkujen<br />
vaihtotarve. Kuten aiemmin todettiin, akkujen hinta <strong>ja</strong> vaihtoväli riippuu siitä, mitä<br />
akkutekniikkaa käytetään. Uusimmat litiumioniakut kestävät TKL:n arvion<br />
mukaan 6-8 vuotta <strong>ja</strong> niiden vaihtaminen maksaa noin 35 000 €.<br />
Akkujen lisäksi suurempia kuluvia osia autossa ovat moottori <strong>ja</strong> vaihteisto. Moottorin<br />
kustannukset (n. 25 000 €) <strong>ja</strong> vaihtoväli (n. miljoona km) lienevät hybridibussille<br />
<strong>ja</strong> dieselbussille samanlaiset. Hybridibussin moottori saattaa kestää pidempään,<br />
koska suurimmat rasitukset kiihdytyksissä jäävät pois sähkömoottorin<br />
avustuksella. Vaihteiston osalta hybridibussin vaihteiston vaihtoväli voi TKL:n<br />
arvion mukaan olla hieman lyhyempi (600 000–700 000 km) kuin dieselbussin<br />
vaihteiston (n. 800 000 km), mutta hybridibussin vaihteisto on hieman halvempi<br />
(5000–6000 €) kuin dieselbussin (9000 €). Huoltokustannusten osalta kyselyn <strong>ja</strong><br />
kir<strong>ja</strong>llisuuden mukaan kustannukset ovat suunnilleen samat diesel- <strong>ja</strong> hybridibusseilla.<br />
Joissain kaupungeissa hybridibussin huoltokustannukset ovat olleet hieman<br />
suuremmat <strong>ja</strong> joissain kaupungeissa hieman pienemmät. Clark et al. (2009) mukaan<br />
hybridibussin huoltoon tarvitaan myös uusien työvälineiden hankintaa<br />
(2500–6000 €), jos huolto tehdään operaattorin toimesta. Valmista<strong>ja</strong>n huoltosopimusta<br />
käytettäessä hankinto<strong>ja</strong> ei luonnollisesti tarvitse tehdä.<br />
Hankintahinnan ollessa suurempi <strong>ja</strong> huoltokustannusten ollessa samanlaiset, hybridibussin<br />
pitäisi säästää polttoainekustannuksissa, jotta sen elinkaarikustannukset<br />
olisivat dieselbussia alhaisemmat. Kir<strong>ja</strong>llisuudessa hybridibussin on havaittu säästävän<br />
tyypillisesti 10–30 % polttoainetta dieselbussiin verrattuna. Clark et al.<br />
(2009) mukaan säästö riippuu ensisi<strong>ja</strong>isesti lin<strong>ja</strong>n keskinopeudesta. Mitä hitaampi,<br />
eli enemmän <strong>ja</strong>rrutuksia <strong>ja</strong> kiihdytyksiä sisältävä, lin<strong>ja</strong> on kyseessä, sitä suuremmat<br />
säästöt hybridibussilla saadaan. Hybridi- <strong>ja</strong> dieselbussin kulutusero pienenee<br />
keskinopeuden kasvaessa.<br />
Tampereen joukkoliikenteessä linjojen keskinopeus on keskimäärin n. 24 km/h <strong>ja</strong><br />
keskikulutus koko lin<strong>ja</strong>stolla on 46,2 l/100km (TKL 2011). Tällaisella keskinopeudella<br />
hybridibussilla olisi odotettavissa n. 16 % polttoainesäästö, eli n. 39<br />
l/100km kulutus. Lin<strong>ja</strong>-auton vuotuisen ajosuoritteen ollessa 85 000 km <strong>ja</strong> dieselin<br />
hinnan ollessa 1,3 €/l tämä tarkoittaa vuodessa noin 8000 euron säästöä polttoainekuluissa.<br />
Tampereella alimmat keskinopeudet olivat 15 km/h, jolloin dieselbussin<br />
kulutus on noin 57 l/100km <strong>ja</strong> hybridibussilla saavutettava säästö noin 21<br />
%. Tällöin vuositason säästöt polttoainekuluissa olisivat noin 13 000 €. Polttoaineenkulutuksessa<br />
saavutettava säästö määrittääkin suurimmalta osin hybridibussiinvestoinnin<br />
kannattavuuden dieselbussiin verrattuna.<br />
Tutkimuksessa kehitettiin investointilaskuri, jolla voi erilaisia kustannuskomponentte<strong>ja</strong><br />
muuttamalla tarkastella hybridibussin <strong>ja</strong> dieselbussin elinkaarikustannuksia.<br />
Laskurissa polttoaineenkulutukset lasketaan automaattisesti keskinopeu-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
118 (142)<br />
den perusteella kuvan 101 mukaisesti. Kuvan kulutukset on muokattu lähteen<br />
Clark et al. (2009) poh<strong>ja</strong>lta Tampereen olosuhteisiin sopiviksi.<br />
Kuva 101: Investointilaskurissa käytettävät kulutusfunktiot.<br />
Taulukossa 23 esitetyillä lukemilla saadaan investointilaskurilla kuvassa 102 esitetyt<br />
elinkaarikustannukset (nykyarvo, laskentakorkokanta 6 %).<br />
Kuva 102: Elinkaarikustannusten nykyarvo taulukon 23 lähtöarvoilla.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
119 (142)<br />
Taulukko 23. Investointilaskelman esimerkin lähtöarvot<br />
Diesel EEV Hybridi, perus Hybridi, min Hybridi, max<br />
Hankintahinta € 230 000 290 000 280 000 310 000<br />
Polttoainekustannukset<br />
€<br />
55 957 46 075 43 277 48 873<br />
- keskinopeus km/h 20 20 20 20<br />
- kulutus l/100km 51 42 39 44<br />
- hinta €/l 1,3 1,3 1,3 1,3<br />
- ajokilometrit/vuosi 85 000 85 000 85 000 85 000<br />
Huollon laitehankinnat<br />
€<br />
- - -<br />
Huoltokustannukset € 22 950 22 950 20 655 25 245<br />
- kustannukset €/km 0,27 0,27 0,24 0,30<br />
- moottorin vaihto € 25 000 25 000 20 000 30 000<br />
- vaihtoväli (vuotta) 12 12 14 10<br />
- vaihteiston vaihto € 9 000 6 000 5 000 7 000<br />
- vaihtoväli (vuotta) 9 8 10 6<br />
- akkujen vaihto € 35 000 30 000 40 000<br />
- vaihtoväli (vuotta) 6 8 4<br />
Päästökustannukset € 1 145 1 020 804 1 561<br />
- NOx päästö g/km 6,5 5,5 3,9 8,3<br />
- NOx kustannus €/t 856 856 856 856<br />
- PM päästö g/km 0,040 0,037 0,031 0,057<br />
- PM kustannus €/t 197 555 197 555 197 555 197 555<br />
Kuvasta 103 nähdään, että hybridibussin kustannukset ovat perusoletuksilla varsin<br />
lähellä dieselbussin kustannuksia viiden vuoden käytön jälkeen, mutta kuudennelle<br />
vuodelle oletettu akkujen vaihto nostaa hybridibussin elinkaarikustannukset jälleen<br />
selvästi korkeammiksi. Kymmenen vuoden käytön jälkeen elinkaarikustannukset<br />
ovat jälleen lähes samat <strong>ja</strong> ero hybridi- <strong>ja</strong> dieselbussien välillä pysyy pienenä<br />
sen jälkeenkin. Hybridibussin minimioletuksilla, joissa merkittävin ero perusoletuksiin<br />
on 5 prosenttiyksikköä suuremmat kulutussäästöt, 10 % pienemmät<br />
huoltokustannukset <strong>ja</strong> akkujen 8 vuoden käyttöikä, hybridibussi on elinkaarikustannuksiltaan<br />
dieselbussia halvempi jo neljännen käyttövuoden aikana <strong>ja</strong> elinkaarikustannukset<br />
ovat 15 vuoden käytön jälkeen jo 88000 € pienemmät. Maksimioletuksilla<br />
sen si<strong>ja</strong>an hankintahinnan 80000 euron ero kasvaa koko elinkaaren<br />
a<strong>ja</strong>n <strong>ja</strong> 15 vuoden jälkeen hybridibussin elinkaarikustannukset ovat jo 139000 €<br />
suuremmat kuin dieselbussin.<br />
Liikennöitävän lin<strong>ja</strong>n keskinopeuden <strong>ja</strong> siten polttoaineenkulutuksen <strong>ja</strong> hybridibussilla<br />
saavutettavien säästöjen merkitystä kuvaa, että 15 km/h keskinopeudella<br />
hybridibussin elinkaarikustannukset ovat perusoletuksilla 15 vuoden <strong>ja</strong>ksolla<br />
37000 € pienemmät kuin dieselbussin, 20 km/h keskinopeudella 1800 € pienemmät<br />
<strong>ja</strong> 25 km/h keskinopeudella 23000 € suuremmat. Näin ollen hybridibussien sijoittaminen<br />
linjoille, joilla niistä saadaan suurin hyöty, on hyvin tärkeää. Elinkaarikustannusten<br />
laskennassa suuri epävarmuustekijä on polttoaineen hinta. Jos polttoaineen<br />
hinta nousee 1,60 euroon litralta, muiden oletusten pysyessä taulukon 23<br />
mukaisina, hybridibussin elinkaarikustannukset ovat perusoletuksilla 9 vuoden<br />
käytön jälkeen dieselbussia pienemmät <strong>ja</strong> 15 vuoden jälkeen 26000 € pienemmät<br />
kuin dieselbussin. Toinen merkittävä epävarmuus hybridibussin elinkaarikustan-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
120 (142)<br />
nuksissa liittyy akkujen käyttöikään. Mikäli akkujen käyttöikä on 6 vuoden si<strong>ja</strong>an<br />
4 vuotta, elinkaarikustannukset kasvavat perusoletuksilla 41000 eurolla, jolloin<br />
hybridibussin kustannukset ovat koko 15 vuoden <strong>ja</strong>ksolla dieselbussia suuremmat.<br />
6.1.3 Päätelmät<br />
Hybridibussit ovat kehittyneet paljon viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tekniikka<br />
on nyt luotettavampaa <strong>ja</strong> halvempaa kuin aiemmin <strong>ja</strong> massatuotanto on tekemässä<br />
hybridibusseista kilpailukykyisen vaihtoehdon dieselbusseille. Hybridibusse<strong>ja</strong><br />
käyttäneet operaattorit <strong>ja</strong> tilaa<strong>ja</strong>t ovat olleet tyytyväisiä hybridibusseihin <strong>ja</strong><br />
niiden käyttöönotolla on voitu vähentää haitallisia lähipäästöjä <strong>ja</strong> melua. Eurooppalaisessa<br />
kyselyssä operaattorit olivat valmiita maksamaan hybridibussista 26 %<br />
enemmän kuin dieselbussista. Mielenkiintoisesti juuri tuolla hankintahinnan erolla<br />
investointilaskurimme esimerkissä hybridibussin elinkaarikustannukset olivat 15<br />
vuoden käytön jälkeen lähes samat dieselbussin kanssa.<br />
Hybridibussin elinkaarikustannuksiin liittyy kuitenkin suuria epävarmuuksia polttoaineenkulutuksen<br />
todellisten säästöjen, polttoaineen hinnan <strong>ja</strong> akkujen käyttöiän<br />
vuoksi. Polttoaineenkulutuksen säästöt ovat ratkaisevan tärkeitä hybridibussiinvestoinnin<br />
kannattavuudelle, mutta eri puolilla maailmaa tehdyissä hybridibussien<br />
käyttökokeiluissa säästöt ovat vaihdelleet kymmeniä prosenttiyksikköjä.<br />
Säästöt riippuvat hybridibussin tekniikan lisäksi kuljetta<strong>ja</strong>n ajotavasta, joten kuljettajien<br />
koulutus hybridibussien optimaaliseen ajotapaan on erittäin tärkeää. Hybridibussit<br />
pitää myös sijoittaa hitaille, paljon <strong>ja</strong>rrutuksia <strong>ja</strong> kiihdytyksiä sisältäville<br />
linjoille, joilla niiden ominaisuudet saadaan hyödynnettyä parhaiten. Tampereella<br />
hybridibussit soveltuvat parhaiten linjoille 2, 10, 3 tai 27, joilla polttoaineen säästö<br />
on noin 20 %. Investointilaskurin perusteella hybridibussi-investointi voi olla<br />
elinkaaritaloudellisesti hyvä tai huono ratkaisu. Epävarmuustekijöiden vuoksi asia<br />
selviää vain pitkäaikaisen käytön jälkeen. Todellisten hyötyjen <strong>ja</strong> kustannusten<br />
selvittämiseksi hybridibusse<strong>ja</strong> tulee seurata monipuolisesti heti käyttöönotosta<br />
lähtien. Kuljettajien koulutusta, hybridibussien soveltuvuutta erilaisille linjoille <strong>ja</strong><br />
hybridibussien todellisia hyötyjä <strong>ja</strong> kustannuksia selvitetään <strong>ja</strong>tkotutkimuksessa.<br />
6.1.4 Lähteet<br />
Clark, N., Zhen, F., Wayne, W. 2009. Assessment of hybrid-electric transit bus<br />
technology. TCRP report 132. Transportation Research Board, Washington.<br />
HILMA 2012. Hankintailmoitus: Tampereen Kaupunkiliikenne Liikelaitos: Lin<strong>ja</strong>autot<br />
1/2012. [http://hankintailmoitukset.fi/fi/notice/view/2012-037594/].<br />
HSL 2011. Pääkaupunkiseudun ensimmäiset hybridibussit vuoden vaihteessa liikenteeseen.<br />
[http://www.hsl.fi/fi/mikaonhsl/Uutiset/2011/Sivut/Page_20111207085544.aspx].<br />
Metsäpuro, P., Liimatainen, H., Rauhamäki, H., Mäntynen, J. 2011. Joukkoliikenteen<br />
energiatehokkuuden seuranta, raportointi <strong>ja</strong> kehittäminen. Sektoritutkimuksen<br />
neuvottelukunnan julkaisu<strong>ja</strong> 1:2011.<br />
Mutanen, T. 2009. Älykäs lin<strong>ja</strong>-auto. Esitys TransEco-tutkimusohjelman seminaarissa<br />
4.11.2009. [http://www.transeco.fi/media/seminaariaineistot/transecotutkimusohjelman_aloitusseminaari_4.11.2009].
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
121 (142)<br />
TKL 2011. Vuosikertomus 2011.<br />
YLE Turku 2011. Hybridibussi aloittaa liikenteessä ensimmäisenä Turussa. Verkkouutinen<br />
25.5.2011<br />
[http://yle.fi/alueet/turku/2011/05/hybridibussi_aloittaa_liikenteessa_ensimmaisen<br />
a_turussa_2620002.html].<br />
6.2 Tiekuljetusalan energiatehokkuuden <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen tulevaisuus<br />
(KULJETUS)<br />
Tutkimuksesta on julkaistu loppuraportti: Liimatainen, H., Pöllänen, M., Kallionpää,<br />
E., Nykänen, L., Stenholm, P., Tapio, P., McKinnon, A. 2012. Tiekuljetusalan<br />
energiatehokkuuden <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen tulevaisuus. Liikenne- <strong>ja</strong><br />
viestintäministeriön julkaisu<strong>ja</strong> 1/2012. (http://www.lvm.fi/web/fi/julkaisu/-<br />
/view/1410718)<br />
Tiivistelmä<br />
Tiekuljetusalalta vaaditaan muiden yhteiskunnan sektoreiden tapaan hiilidioksidipäästöjen<br />
vähentämistä ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Tiekuljetusalan energiatehokkuuden<br />
<strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen tulevaisuus (KULJETUS) -hankkeen tavoitteena<br />
oli (1) ennakoida saavutetaanko alalle asetetut energiatehokkuus- <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästötavoitteet<br />
<strong>ja</strong> (2) antaa suosituksia toimenpiteistä, joilla tavoitteiden<br />
saavuttamista voidaan edistää.<br />
Tutkimuksessa kehitettiin uusi menetelmä polttoaineenkulutustiedon yhdistämiseksi<br />
Tieliikenteen tavarankuljetustilaston aineistoon, mikä mahdollisti hyvin tarkan<br />
analyysin talouden, kuljetusten, energiankulutuksen <strong>ja</strong> päästöjen yhteyksistä.<br />
Menetelmällä analysoitiin vuosien 1995–2010 tilasto<strong>ja</strong>, <strong>ja</strong> analyysin tuloksia käytettiin<br />
taustatietoina asiantuntijoille, jotka ennakoivat Suomen tiekuljetusalan kehitystä<br />
vuoteen 2030. Lisäksi tutkimuksessa toteutettiin Internet-kysely suomalaisille<br />
tiekuljetusalan yrityksille niiden energiatehokkuuteen liittyvien asenteiden <strong>ja</strong><br />
toimintatapojen selvittämiseksi.<br />
Tutkimustulosten mukaan toimialojen taloudellisella kehityksellä on erittäin suuri<br />
merkitys tiekuljetusten energiatehokkuuteen <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöihin. Vuodelle<br />
2030 asetetun hiilidioksidipäästötavoitteen saavuttaminen on mahdollista tutkimuksessa<br />
asiantunti<strong>ja</strong>-arvioiden poh<strong>ja</strong>lta tehtyjen skenaarioiden valossa. Haasteena<br />
on, että tavoitteiden saavuttaminen on mahdollista hyvin erilaisilla kehityskuluilla.<br />
Esimerkiksi kansantalouden rakenteet <strong>ja</strong> tiekuljetussuoritteet eroavat toisistaan<br />
hyvin voimakkaasti eri skenaarioissa.<br />
Tutkimuksen työpajoissa tunnistettiin tiekuljetusalan energiatehokkuuden kehittämisen<br />
esteitä <strong>ja</strong> löydettiin monipuolinen valikoima toimenpiteitä näiden purkamiseksi.<br />
Toimenpide-ehdotuksessa korostuu erityisesti yhteistyö <strong>ja</strong> alan energiatehokkuuden<br />
kehittämisen vastuun <strong>ja</strong>kautuminen monille sidosryhmille.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
122 (142)<br />
6.3 Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi <strong>ja</strong><br />
kehittäminen (JOLEN)<br />
Tutkimuksesta on julkaistu loppuraportti: Metsäpuro, P., Liimatainen, H., Rauhamäki,<br />
H., Mäntynen, J. 2011. Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi<br />
<strong>ja</strong> kehittäminen. Sektoritutkimuksen neuvottelukunnan julkaisu<strong>ja</strong> 1:2011.<br />
(http://www.hare.vn.fi/upload/Julkaisut/15733/4594_SETU_1-2011.pdf)<br />
Tiivistelmä<br />
Suomi on EU:n jäsenenä sitoutunut vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä <strong>ja</strong> parantamaan<br />
energiatehokkuutta kaikilla yhteiskunnan sektoreilla. Joukkoliikenteen<br />
osalta näiden tavoitteiden toteuttamiseksi on ministeriöiden <strong>ja</strong> alan liittojen kesken<br />
solmittu energiatehokkuussopimus vuosille 2008–2016. Sopimuksen tavoitteena<br />
on 9 % energiansäästö <strong>ja</strong> 80 % kattavuus joukkoliikenteestä sopimuskauden<br />
loppuun mennessä. Sopimuksen toteutumista seurataan uuden joukkoliikenteen<br />
ETS-tietopankin avulla. Sopimuksen tavoitteiden saavuttamiseksi sopimusosapuolet<br />
ovat sitoutuneet tukemaan tutkimus- <strong>ja</strong> kehityshankkeita.<br />
Joukkoliikenteen energiatehokkuuden seuranta, raportointi <strong>ja</strong> kehittäminen<br />
(JOLEN) –tutkimushankkeessa selvitettiin lin<strong>ja</strong>-autoliikenteen energiatehokkuutta<br />
tilastojen, kir<strong>ja</strong>llisuusselvityksen, tilaajien haastattelujen <strong>ja</strong> operaattoreiden kyselytutkimuksen<br />
avulla. Tutkimuksen tarkoituksena oli parantaa tietotasoa lin<strong>ja</strong>autoliikenteen<br />
energiankäytön <strong>ja</strong> energiatehokkuuden nykytilasta, tunnistaa <strong>ja</strong> arvioida<br />
energiatehokkuutta parantavia toimenpiteitä <strong>ja</strong> esittää suosituksia energiatehokkuuden<br />
kehittämiseksi <strong>ja</strong> julkisen sektorin esimerkkiaseman vahvistamiseksi.<br />
Haastattelujen perusteella energiatehokkuuteen ei kaupunkien joukkoliikenteen tilaamisessa<br />
ole toistaiseksi kiinnitetty juurikaan huomiota. Tilaa<strong>ja</strong>t eivät myöskään<br />
koe, että heillä olisi riittävästi osaamista energiatehokkuuden kehittämiseen tai resursse<strong>ja</strong><br />
hankkia tällaista osaamista. Tilaa<strong>ja</strong>t eivät myöskään ole tietoisia tilaamansa<br />
liikenteen energiankäytöstä. Energiatehokkuuden merkityksen odotetaan<br />
kuitenkin kasvavan <strong>ja</strong> tulevaisuudessa siihen liittyviä kriteerejä käytetään kilpailutuksessa<br />
<strong>ja</strong> säännöllistä raportointia edellytetään liikennöitsijöiltä.<br />
Operaattorikyselyn perusteella energiatehokkuutta ei ole toistaiseksi otettu lainkaan<br />
huomioon joukkoliikenteen kilpailkutuksissa eivätkä liikennöitsijät raportoi<br />
energiatehokkuudestaan yrityksen sidosryhmille. Yritykset ovat kokeilleet melko<br />
laa<strong>ja</strong>sti halpo<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> yksinkertaisia energiatehokkuustoimenpiteitä, kuten ajonopeuksien<br />
rajoittamista, tyhjäkäynnin välttämistä <strong>ja</strong> rengaspaineiden säännöllistä tarkastusta.<br />
Myös kuljettajien taloudellisen ajotavan koulutukset ovat osa monien yritysten<br />
energiatehokkuustyötä. Sen si<strong>ja</strong>an suuria investointe<strong>ja</strong> vaativat toimenpiteet,<br />
kuten kevytrakenteisten tai hybridiautojen hankinta eivät ole yrityksissä käytössä.<br />
Näiden toimenpiteiden edistämiseksi voitaisiin Suomessa käynnistää hankintatukitoiminta.<br />
Energiatehokkuussopimus ei ollut tuttu tai siihen liittyminen ei kiinnosta yli puolta<br />
kyselyyn vastaajista. ETS-tietopankin jotkin mahdolliset ominaisuudet, kuten<br />
kertomukset parhaista käytännöistä <strong>ja</strong> toimenpiteiden vaikutusten arviointi omalla<br />
kalustolla, olisivat kuitenkin monien yritysten mielestä hyödyllisiä, joten potentiaalia<br />
energiatehokkuussopimuksen houkuttelevuuden lisäämiseksi ETStietopankkia<br />
kehittämällä on olemassa. Tämän kannustavan toimenpiteen lisäksi
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
123 (142)<br />
tilaa<strong>ja</strong>t voivat edistää energiatehokkuussopimusta edellyttämällä siihen liittymistä<br />
kilpailutuksissa, vaikkakin tämä ei liikennöitsijöiden mielestä ole kovin käyttökelpoinen<br />
kilpailutuskriteeri. Tilaajien tulisi kuitenkin edellyttää energiatehokkuuden<br />
säännöllistä raportointia, sillä energiankulutustaan tarkasti seuraava liikennöitsijä<br />
on useimmiten myös energiatehokas.<br />
6.4 Kuljetusalan energiatehokkuuden raportointi <strong>ja</strong> tehostamistoimenpiteiden<br />
vaikutusten arviointi<br />
Tutkimuksesta on julkaistu loppuraportti: Liimatainen, H. 2010. Kuljetusalan<br />
energiatehokkuuden raportointi <strong>ja</strong> tehostamistoimenpiteiden vaikutusten arviointi.<br />
Tampereen teknillinen yliopisto. Tiedonhallinnan <strong>ja</strong> logistiikan laitos. Liikenne- <strong>ja</strong><br />
kuljetusjärjestelmät. Tutkimusraportti 77. Tampere. 42 s.<br />
(http://URN.fi/URN:NBN:fi:tty-201011151365).<br />
Tiivistelmä<br />
Kuljetusalaan kohdistuva paine energiatehokkuuden parantamiseksi <strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöjen<br />
vähentämiseksi kasvaa <strong>ja</strong>tkuvasti. Suomessa alan tavoitteeksi on tavarankuljetusten<br />
<strong>ja</strong> logistiikan energiatehokkuussopimuksen muodossa asetettu 9<br />
%:n parannus energiatehokkuudessa vuosina 2008–2016 EU:n energiapalveludirektiivin<br />
mukaisesti. Tavoitteet <strong>ja</strong> kuljetusyritysten päivittäisen toiminnan todellisuus<br />
eivät kuitenkaan näytä kohtaavan. Pienyritysvaltaisella kuljetusalalla ei ole<br />
riittävästi tietoa, osaamista <strong>ja</strong> resursse<strong>ja</strong> energiatehokkuuden parantamiseksi. Asiaa<br />
eivät myöskään auta energiatehokkuuteen liittyvän raportoinnin standardien<br />
puute, epäselvästi asetetut tavoitteet <strong>ja</strong> tavoitteiden toteutumisen seurannan va<strong>ja</strong>vaisuus.<br />
Tässä tutkimuksessa pyrittiin selventämään kuljetusalan energiatehokkuuden tavoitteita,<br />
siihen liittyvää raportointia <strong>ja</strong> tehostamistoimenpiteiden vaikutusten arviointia<br />
sekä kuljetusasiakkaiden odotuksia kuljetusten ympäristöraportoinnin<br />
suhteen. Tutkimusmenetelminä käytettiin kir<strong>ja</strong>llisuusselvitystä <strong>ja</strong> haastattelututkimusta.<br />
Tutkimuksen tuloksena määritettiin tavarankuljetusten <strong>ja</strong> logistiikan energiatehokkuussopimuksen<br />
tavoite yhtenä energiatehokkuuden lukuarvona ensimmäistä<br />
kertaa. Energiatehokkuustoimenpiteiden vaikutusten arviointiin esitellään raportissa<br />
ylhäältä-alas- <strong>ja</strong> alhaalta-ylös -menetelmät <strong>ja</strong> näihin liittyvät tietolähteet.<br />
Energiatehokkuuden raportointiin <strong>ja</strong> vaikutusten arviointiin yritystasolla liittyviä<br />
seikko<strong>ja</strong> havainnollistetaan laskentaesimerkin avulla.<br />
Energiatehokkuuden parantaminen näkyy kuljetusyrityksen toiminnassa suoraan<br />
alentuneina kustannuksina <strong>ja</strong> parantuneena tuloksena. Energiatehokkuuden <strong>ja</strong><br />
päästöjen raportoinnin hallitseva kuljetusyritys voi saavuttaa kilpailuetua kuljetusasiakkaiden<br />
silmissä. Raportointiin <strong>ja</strong> energiatehokkuustavoitteiden seurantaan<br />
tarvitaan pelisääntöjen selkeyttämistä, minkä toteuttamiseksi yhteistyö alan sidosryhmien<br />
kesken on välttämätöntä.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Heikki Liimatainen (Heikki.Liimatainen@tut.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
124 (142)<br />
6.5 Muut julkaisut<br />
Mainittujen raporttien lisäksi tutkimusosioista on tehty seuraavat julkaisut:<br />
Liimatainen, H., Stenholm, P., Tapio, P., McKinnon, A. 2012. Energy efficiency<br />
practices among road freight hauliers. Energy Policy, vol. 50, pp. 833-842.<br />
Isaksson, K., Huge-Brodin, M., Liimatainen, H., Evangelista, P. 2012. Who is responsible<br />
when it finally happens? - Functional involvement in adopting green<br />
initiatives among logistics service providers. Logistics Research Network Conference<br />
2012 Proceedings. September 5-7, Cranfield, United Kingdom.<br />
Liimatainen, H. 2012. Toimialarakenteen vaikutukset tiekuljetusten määrään, tehokkuuteen<br />
<strong>ja</strong> hiilidioksidipäästöihin Suomessa 1995–2030. Väylät & Liikenne<br />
2012, 29–30.8., Turku. s. 371-377.<br />
Liimatainen, H., Kallionpää, E., Pöllänen, M. 2012. Building a national action<br />
plan for improving the energy efficiency and reducing the CO2 emission of road<br />
freight transport. Proceedings of the 17th International Symposium on Logistics<br />
(ISL2012). July 8-11, Cape Town, South Africa. pp. 450-458.<br />
(http://www.isl21.net/media/file/17th%20ISL%20Proceedings%20website%20ver<br />
sion.pdf)<br />
Nykänen, L., Liimatainen, H. 2012. Road freight energy efficiency actions in EU<br />
countries. Proceedings of 24th Conference of the Nordic logistics research network<br />
(NOFOMA), June 7-8, Turku, Finland, pp. 894-895.<br />
Liimatainen, H., Rantala, J., Mäntynen, J. 2011. Kuljetusten energiatehokkuus.<br />
Liikenteen suunta 4/2011. Liikenneviraston t&k -lehti.<br />
Metsäpuro, P., Liimatainen, H. 2011. Energy efficiency in local public transport.<br />
European Transport Conference Proceedings. October 10-12, Glasgow, United<br />
Kingdom. (http://www.etcproceedings.org/paper/energy-efficiency-in-localpublic-transport)<br />
Liimatainen, H., Nykänen, K. 2011. Carbon footprinting road freight operations -<br />
is it really that difficult? Logistics Research Network 2011 Proceedings. September<br />
7-9, Southampton, United Kingdom.<br />
Liimatainen, H., Pöllänen, M. 2011. The impact of economic development on the<br />
energy efficiency and CO2 emissions of road freight transport. 16th International<br />
Symposium on Logistics (ISL 2011), July 10-13, Berlin, Germany. pp. 425-432.<br />
Pöllänen, M., Liimatainen, H. 2011. Analysing the sustainability of road freight<br />
transport - combining multiple sources of information. In: Lakkala, Hanna &<br />
Vehmas, Jarmo (eds.) Trends and Future of Sustainable Development. Proceedings<br />
of the Conference "Trends and Future of Sustainable Development", 9–10<br />
June 2011, Tampere, Finland. FFRC eBOOK 15/2011. pp. 436-446.<br />
Liimatainen, H., Pöllänen, M. 2010. Trends of energy efficiency in Finnish road<br />
freight transport 1995-2009 and forecast to 2016. Energy Policy, Vol. 38, Issue<br />
12, pp. 7676-7686.<br />
Metsäpuro, P., Liimatainen, H. 2010. Joukkoliikenteen energiatehokkuus tilaajien<br />
<strong>ja</strong> tuottajien näkökulmasta. Väylät & Liikenne 2010. Jyväskylä 13.-14.10.2010.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
125 (142)<br />
Liimatainen, H. 2010. Shippers’ Views on Environmental Reporting of Logistics<br />
and Implications for Logistics Service Providers. Logistics Research Network<br />
2010 Proceedings. September 8-10, Harrogate, United Kingdom. 7 p.<br />
Holter, A., Liimatainen, H., McKinnon, A., Edwards, J. 2010. Double-deck trailers:<br />
A cost-benefit model estimating environmental and financial savings. Logistics<br />
Research Network 2010 Proceedings. September 8-10, Harrogate, United<br />
Kingdom. 8 p.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
126 (142)<br />
7 Turku AMK: Jarrujen kunnon valvonta<br />
Ajoneuvojen teknisen kunnon ylläpitäminen on osa elinkaaren hallintaa, <strong>ja</strong> sillä on<br />
myös suora yhteys liikenneturvallisuuteen. Teknisen kunnon varmistamiseksi katsastustoiminnalla<br />
on merkittävä rooli. Tutkimushankkeen tavoitteena on kehittää<br />
raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen <strong>ja</strong>rrujen katsastusmenetelmiä siten, että saadaan nykyistä<br />
luotettavampi kuva niiden teknisestä kunnosta entistä kustannustehokkaammin.<br />
Katsastustoimintaan <strong>ja</strong> erityisesti <strong>ja</strong>rruihin liittyvää tutkimusta tehdään <strong>HDENIQ</strong>kokonaisuudessa<br />
TraFin toivomuksesta <strong>ja</strong> TraFin rahoituksella.<br />
Nykyisin käytössä olevien menetelmien tarkkuudessa on toivomisen varaa, koska<br />
eri valmistajien laitteilla tehdyt <strong>ja</strong>rrutarkastukset samalle autoyksilölle saattavat<br />
antaa tuloksia, jotka poikkeavat toisistaan runsaastikin..<br />
Erityishuomio asetetaan sähköisesti oh<strong>ja</strong>ttujen paineilma<strong>ja</strong>rrujen tarkastusmenettelyyn.<br />
Tavoitteena on laatia suositus raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen katsastusmenettelyn<br />
uusista käytännöistä, joissa erityishuomio on asetettu <strong>ja</strong>rrutarkastukseen.<br />
Kehitettyjä uusia käytäntöjä voidaan esitellä myös muille Pohjoismaille<br />
mahdolliseen yhdenmukaiseen menettelyyn siirtymistä varten.<br />
Tutkimuksessa analysoitiin <strong>ja</strong> jäsenneltiin eri lähteistä peräisin olevaa tietoa sekä<br />
teetettiin kaksi insinöörityötä <strong>ja</strong> toteutettiin Webropol-kysely kor<strong>ja</strong>amoille. Tutkimuksen<br />
yhteydessä pohdittiin eri vaihtoehtojen soveltuvuutta <strong>ja</strong>rrujen tarkastamiseksi<br />
tulevaisuudessa.<br />
Perinteisellä paineilma<strong>ja</strong>rrujärjestelmällä varustettujen <strong>ajoneuvo</strong>jen, joille nykyisin<br />
tehdään laa<strong>ja</strong> tarkastus, tarkastusmenetelmän muuttamista ei suositella. Nykyisellä<br />
menetelmällä suoritettavat mittaukset ovat luotettavia, kunhan <strong>ja</strong>rrudynamometrien<br />
<strong>ja</strong> painelähettimien huollosta on huolehdittu. Mittausperävaunulla tehtäviä<br />
<strong>ja</strong>rrukor<strong>ja</strong>amoiden <strong>ja</strong> katsastustoimipaikkojen <strong>ja</strong>rrudynamometrien tarkastusmittauksia<br />
tulisi tehdä säännöllisesti tulosten oikeellisuuden varmistamiseksi<br />
Elektronisesti oh<strong>ja</strong>ttujen <strong>ja</strong>rrujärjestelmien tarkastamisessa vertailu<strong>ja</strong>rruvoimien<br />
avulla suoritettava mittaus voisi olla yhtä luotettava kuin nykyinenkin tarkastusmenetelmä,<br />
jossa laskennallisesti määritellään <strong>ajoneuvo</strong>lla saavutettava hidastuvuus.<br />
Jarrudynamometrien <strong>ja</strong> <strong>ja</strong>rrupainemittareiden mittaustarkkuuksien tulee<br />
kuitenkin olla riittävän hyvät, jotta myös vertailu<strong>ja</strong>rruvoimiin perustuvat tarkastukset<br />
olisivat riittävän luotettavia.<br />
EBS-järjestelmien tarkastaminen katsastuksen yhteydessä jollakin useamman<br />
merkin tarkastamiseen soveltuvalla testauslaitteella ei välttämättä tuottaisi toivottua<br />
tulosta. Järjestelmässä mahdollisesti olevia viko<strong>ja</strong>/puutteita ei nimittäin<br />
senkään avulla havaittaisi, ellei niitä osattaisi etsiä esimerkiksi simuloimalla järjestelmään<br />
painetta.<br />
Vertailu<strong>ja</strong>rruvoimien käyttö on varteenotettava, jo nykyisinkin osittain hyväksytty<br />
menettely vaihtoehtoiseksi tarkastukseksi <strong>ja</strong>rrudynamometrilla suoritettavalle <strong>ja</strong>rrujen<br />
perustarkastukselle, mikäli <strong>ajoneuvo</strong>n valmista<strong>ja</strong>n antamat vertailu<strong>ja</strong>rruvoimat<br />
ovat käytettävissä.<br />
Kor<strong>ja</strong>amoilla puolivuosittain tehtävä tarkastus, määräaikaiskatsastusten lisäksi,<br />
saattaisi olla ratkaisu nykytilanteen parantamiseksi. Etenkin merkkikor<strong>ja</strong>amoilla<br />
on riittävästi tietoa järjestelmissä mahdollisesti esiintyvistä ongelmista, joten kor<strong>ja</strong>amoissa<br />
osattaisiin niitä myös <strong>ajoneuvo</strong>ista etsiä. Ylimääräiset tarkastukset eivät<br />
lisäisi merkittävästi <strong>ajoneuvo</strong>on kohdistuvia kustannuksia etenkään säännöllisesti<br />
kor<strong>ja</strong>amolla huollettavien <strong>ajoneuvo</strong>jen osalta. Toisaalta näiden <strong>ajoneuvo</strong>jen kunto
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
127 (142)<br />
on ehkä jo nykyisinkin parempi kuin niiden, joita huolletaan vain vikojen ilmaantuessa.<br />
Tutkimuksen rinnalla toteutettiin kolme opinnäytetyötä.<br />
o Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen <strong>ja</strong>rrujen valvonta− menetelmien arviointi <strong>ja</strong> vaikuttavuus, insinöörityö<br />
(YAMK), 2011: Rami Wahlsten<br />
o Raskaan kaluston <strong>ja</strong>rrujärjestelmien toimivuuden tutkiminen, 2010: Marko Huunonen<br />
o Raskaankaluston <strong>ja</strong>rruvikojen analysointi, 2010: Markus Virtanen<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Markku Ikonen (Markku.Ikonen@turkuamk.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
128 (142)<br />
8 Oulun Yliopiston tehtävät <strong>HDENIQ</strong>/RAMSES projektissa<br />
8.1 Raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n massan sekä liukkauden estimointijärjestelmä<br />
RAMSES/<strong>HDENIQ</strong>-projekteissa <strong>ja</strong>tkettiin RASTU-projektissa aloitettua tutkimusta<br />
kehittäen raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n <strong>ja</strong> sen kuorman massan estimointia sekä tien<br />
liukkauden tunnistamista. Kyseessä ovat haastavat ongelmat, jotka todellisissa<br />
ajotilanteissa vaativat <strong>ajoneuvo</strong>on asennettavalta päätelaitteelta <strong>ja</strong> siihen yhteydessä<br />
olevalta taustajärjestelmältä älykkäitä ominaisuuksia erilaisiin tilanteisiin <strong>ja</strong> autojen<br />
ominaisuuksiin sopeutumiseksi. Tietoa aiemmasta tutkimuksesta löytyy tämän<br />
raporttiosuuden lisäksi sekä aiemmista vuosiraporteista että RASTUprojektin<br />
raporteista.<br />
8.1.1 Tutkimuksen kohteet <strong>ja</strong> alatehtävät<br />
Viimeisen projektivuoden tutkimuksessa oli kolme pääsuuntaa, jotka olivat aiemmin<br />
toteutetun liukkaudentunnistusmenetelmän <strong>ja</strong>tkokehitys, massan estimointimenetelmän<br />
kehitys <strong>ja</strong> etenkin näiden menetelmien yhdistäminen. Näitä käsitellään<br />
seuraavissa alaluvuissa.<br />
8.1.2 Liukkauden tunnistus<br />
Projektissa kertyneen osaamisen poh<strong>ja</strong>lta Oulussa kehitettiin uusi aikaisempaa kehittyneempi<br />
renkaiden nopeuseroihin perustuva liukkaudentunnistusmenetelmä.<br />
Tässä menetelmässä renkaisiin kohdistetun voiman <strong>ja</strong> pyörimisnopeuden aiheuttamat<br />
epälineaariset vaikutukset renkaiden liukastussuhteeseen pyritään eliminoimaan<br />
käyttämällä paloittain lineaarista sovitusta.<br />
Keräämällä tarvittava määrä <strong>ajoneuvo</strong>kohtaista mittaustietoa, pystytään muodostamaan<br />
taso, jota kor<strong>ja</strong>ttu liukastussuhde ei ylitä pitävillä tieosuuksilla. Liukkaus<br />
havainnoidaan poikkeamina tästä tasosta. Koska menetelmä perustuu <strong>ja</strong>tkuvasti<br />
mitattuun dataan, se sekä soveltuu suoraan eri <strong>ajoneuvo</strong>ille että mukautuu <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
ominaisuuksiin, mikä on hyvin tärkeä ominaisuus laajempaa käyttöönottoa<br />
a<strong>ja</strong>tellen.<br />
Aiempi liukkausindeksin laskentamenetelmä korostaa informaation <strong>ja</strong>tkumista<br />
etenkin karttaperustaista esitystä varten. Kuva 103 esittää tämän aiemman <strong>ja</strong> kehitetyn<br />
uuden liukkausindeksin arvo<strong>ja</strong> tietyn liukkautta sisältäneen ajon a<strong>ja</strong>lta.<br />
Kuva 103: Uusi liukkausindeksi <strong>ja</strong> aiemmin kehitetty liukkausindeksi a<strong>ja</strong>n funktiona<br />
saman ajon aikana.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
129 (142)<br />
8.1.3 Massan estimointimenetelmä<br />
Oulussa kehitetyn massan estimointimenetelmän validoimiseksi suoritettiin kontrolloitu<br />
testiajo tunnetuissa olosuhteissa, jossa kuorma-autolla ajettiin usealla eri<br />
punnitulla kuormamassalla tunnettu reitti. Taustatietoa menetelmän toiminnasta<br />
löytyy edellisestä vuosiraportista. Testi suoritettiin kahdeksan kertaa seitsemällä<br />
eri kuormapainolla. Kukin osatesti kesti noin puoli tuntia <strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>n kokonaismassat<br />
niiden aikana olivat 18 340 kg, 17 050 kg, 15 640 kg, 14 240 kg, 14<br />
240 kg, 12 900 kg, 11 500 kg <strong>ja</strong> 10 200 kg punnittuna 20 kg lukematarkkuuden<br />
puntarilla. Massat sisältävät oh<strong>ja</strong>amon henkilöiden laskennalliset painot. Yhden<br />
ajon samana pidetyn 14 240 kg kokonaismassan tapauksessa muutettiin kuorman<br />
sijoitusta pitäen massa muuten samana. Testireitti sisälsi useita erilaisia tieosuuksia<br />
<strong>ja</strong> ajotilanteita. Jatkossa kiinnitämme tässä raportissa huomion jyrkähköön<br />
mäkiosuuteen, joka ajettiin kullakin testikuormalla kahteen kertaan.<br />
Yhdeksi haasteeksi energiapoh<strong>ja</strong>isessa menetelmässä osoittautui ennakkoodotusten<br />
mukaisesti GPS-järjestelmän korkeustiedon tarkkuus. Kuva 104 näyttää<br />
testin aikana samasta mäestä ajettaessa eri ajokertojen välillä havaitut korkeuserot,<br />
joita ei voi selittää ajolin<strong>ja</strong>n valinnalla kyseisellä tiellä. Menetelmän kannalta<br />
oleellista kuitenkin on, että lyhyen aikavälin differentiaalinen korkeusero pysyy<br />
eri ajokertojen välillä kutakuinkin hyväksyttävissä rajoissa.<br />
Kunkin ajon aikana kerättiin kaikki <strong>ajoneuvo</strong>n väylältä saadut tiedot, GPSjärjestelmän<br />
tiedot sekä oh<strong>ja</strong>amoon asennetun mittalaitteen sisäisen kiihtyvyysanturin<br />
tiedot. Kuva 105 esittää vääntömomentin (τ), kierrosluvun (RPM), eturenkaiden<br />
nopeuden (v ) sekä kytkimen (switches) painallussignaaleita edellä mainitun<br />
mäen ensimmäisen nousun aikana kullakin painolla. Kuten kuvasta voidaan<br />
muun muassa nähdä, ensimmäisen ajon suurimman massan testiajo sisälsi epäonnisen<br />
liian ison vaihteenvalinnan, jolloin kiihtyvyys jäi vähäiseksi yrityksestä huolimatta.<br />
Massan estimointimenetelmä perustuu energiaperiaatteeseen, jota on avattu<br />
enemmän edellisessä vuosiraportissa. Siinä laskettavien kokonaisenergian muutokseen<br />
(ΔE ), moottorin tekemään työhön (W ), sekä vastusvoimien oletettavasti<br />
tekemiin töihin verrannollisiin suureisiin (W , W ). Sopivissa ajotilanteissa<br />
näiden suureiden välillä vallitsee lineaarinen energian säilymislain mukainen yhteys,<br />
joka voidaan mallintaa regressiomenetelmien avulla. Tämä lähestymistapa<br />
mahdollistaa täysin adaptiivisen toiminnan, joka ei vaadi <strong>ajoneuvo</strong>kohtaista etukäteisparametrointia<br />
taikka tietoa <strong>ajoneuvo</strong>n eri järjestelmien toimintakäyristä.<br />
Vastusvoimien mallintamisessa oletetaan muun muassa, että <strong>ajoneuvo</strong>n nopeus<br />
maan suhteen vastaa kohtuudella <strong>ajoneuvo</strong>n nopeutta ilman suhteen (tuulen vaikutus)<br />
tai että ainakin ero näissä nopeuksissa pysyy lyhyellä tarkasteluvälillä melko<br />
vakiona. Mikäli näin ei ole, aiheuttavat muuttuvat olosuhteet mallin parametrien<br />
muuttumisen, mikä saattaa johtaa ei-adaptiivisten regressiomenetelmän toimimattomuuteen.<br />
Kuva 106 esittää näiden energiasuureiden kehitystä liukuvassa viiden sekunnin<br />
taannehtivassa aikaikkunassa, kun malliin sopimattomia ajotilanteita on ra<strong>ja</strong>ttu<br />
pois tarkastelusta. Kuvasta nähdään, että kokonaisenergian muutos noudattaa tällöin<br />
odotusten mukaisesti melko tarkasti moottorin <strong>ja</strong> vastusvoimien oletetusti tekemiä<br />
töitä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
130 (142)<br />
Kuva 104: GPS-korkeustiedon tasoero<strong>ja</strong> eri ajokertojen välillä.<br />
Kuva 105: Keskeiset ajomuuttu<strong>ja</strong>t kunkin testin ensimmäisen mäen nousun aikana.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
131 (142)<br />
Kuva 106: Energiamuuttu<strong>ja</strong>t ensimmäisen mäkinousun aikana.<br />
Kuva 107 esittää robustilla regressiomenetelmällä saadut massaestimaatit edelle<br />
esitettyjen signaalien poh<strong>ja</strong>lta. Estimaatit on laskettu sekä molemmille ylämäen<br />
ajokerroille erikseen (ajo 1 <strong>ja</strong> ajo 2) että käyttäen molempia dato<strong>ja</strong> yhtä aikaa (yhdistetty).<br />
Jälkimmäisessä tapauksessa mallin sopivuutta ei voida taata esimerkiksi<br />
tuuliolosuhteiden muuttuessa.<br />
Kuten tuloksista voidaan havaita, suurin osa eri kuormilla saaduista estimaateista<br />
asettuu muutamien prosenttiyksiköiden sisään punnitusta painosta. Kuitenkin voidaan<br />
havaita, että tietyt tilanteet aiheuttavat edelleen merkittävän virheen tulokseen.<br />
Kuten on oletettavaa, tuloksissa voidaan havaita epäsuotuisten ajotilanteiden<br />
poisjätön jälkeen jäljelle jääneen datan määrän <strong>ja</strong> virheen välillä olevan korrelaatiota.<br />
Toisin sanoen, menetelmän tuottama estimaatti on keskimäärin tarkempi silloin,<br />
kun jäljelle on jäänyt suurempi osuus datasta. Tämä vahvistaa työhypoteesin<br />
<strong>ja</strong> voidaan todeta, että kehitettyä menetelmää tulee soveltaa vain riittävän pitkiin<br />
tilanteisiin, joiden ei kuitenkaan tule olla niin pitkiä, että olosuhteet ehtisivät merkittävästi<br />
muuttua. Tulosten perusteella näyttää myös siltä, että hyvin matalan<br />
kierroslukualueen käyttö voi heikentää saatavan massaestimaatin tarkkuutta.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
132 (142)<br />
Kuva107: Massaestimaatit (kg).<br />
8.1.4 Menetelmien yhdistäminen<br />
Projektin lopullisena tuloksena Oulussa kehitettiin uudenlainen liukkaudentunnistusmenetelmä,<br />
joka ottaa huomioon <strong>ajoneuvo</strong>n massan. Tämä uusi <strong>ja</strong> luvussa 8.1.2<br />
esitetystä paloittain linearisoidusta liukkausmallista poikkeava menetelmä perustuu<br />
energiaperiaatteeseen <strong>ja</strong> yhdistää liukkaudentunnistuksen projektissa kehitettyyn<br />
massanestimointimenetelmään. Näin sekä liukkaus että massa voidaan estimoida<br />
samaa energiamallia käyttäen, mikä tarjoaa selkeän synergiahyödyn.<br />
Ottamalla huomioon tällä uudella energiapoh<strong>ja</strong>isella menetelmällä estimoidun<br />
<strong>ajoneuvo</strong>n massan, liukkaudentunnistusmenetelmä pystyy tuottamaan tarkempia<br />
estimaatte<strong>ja</strong> liukkaudesta. Uusi yhdistetty menetelmä kehitettiin myös robustiksi<br />
virheitä <strong>ja</strong> kohinaa vastaan. Tässä auttaa myös energiapoh<strong>ja</strong>isen menetelmän integraalimuotoinen<br />
esitys, joka muun muassa vaimentaa satunnaisia nollakeskiarvoisia<br />
häiriöitä. Menetelmän haasteena on massan <strong>ja</strong>kautuminen <strong>ajoneuvo</strong>n sisällä.<br />
Vetävien renkaiden pitoon kun vaikuttaa suoraan akselin päällä oleva massa.<br />
Kuva 108 esittää tämän uuden laskentamallin avulla tuotettua liukkausindeksiä<br />
erään liukkautta sisältävän a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>kson osalta. Kuten kyseisestä kuvasta voidaan<br />
nähdä, on tässä tapauksessa estimoitu liukkaustaso aluksi suurempi, mutta vähenee<br />
esitetyn a<strong>ja</strong>n<strong>ja</strong>kson loppua kohden.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
133 (142)<br />
Kuva 108: Energiapoh<strong>ja</strong>isen liukkausalgoritmin tuottamia arvo<strong>ja</strong> tammihelmikuussa<br />
2012.<br />
8.1.5 Yhteenveto Oulun Yliopistossa tehdyistä tutkimuksista<br />
Aiemmin projektin aikana on laadittu esiselvitykset raskaan <strong>ajoneuvo</strong>n painottuen<br />
erikseen sekä älykkään lin<strong>ja</strong>-auton että älykkään raskaan <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän<br />
problematiikkaan. Älykkään lin<strong>ja</strong>-auton osalta esiselvitys painottui auton sisäisiin<br />
järjestelmiin sekä tietoinfrastruktuuriin pääpainoalueen ollessa älykkäät algoritmit.<br />
Osatavoitteena oli ICT-arkkitehtuurin esisuunnittelun mahdollistaminen, joten<br />
näkökulmassa huomioitiin valmiit tuotteet <strong>ja</strong> niiden hyödyntäminen älykkäällä<br />
tavalla. Raskaan <strong>ajoneuvo</strong>yhdistelmän osalta tarkastelussa oli informaatiojärjestelmien<br />
käyttö bussi- <strong>ja</strong> kuorma-autoyritysten toiminnan tehostamiseen keskittyen<br />
algoritmien ideointiin <strong>ja</strong> kehitykseen. Erityisesti huomioitiin energiatehokkuus <strong>ja</strong><br />
sen parantaminen, turvallisuus <strong>ja</strong> etenkin liukkaus <strong>ja</strong> muut sääolosuhteet, menetelmien<br />
suorituskyky <strong>ja</strong> algoritmien kompleksisuus.<br />
Projektissa suunniteltiin <strong>ja</strong> toteutettiin <strong>ajoneuvo</strong>n tiedonkeruujärjestelmä, joka sisältää<br />
mm. <strong>ajoneuvo</strong>n anturoinnin CAN-väylän, GPS-järjestelmän, kiihtyvyysanturien<br />
<strong>ja</strong> sääaseman avulla. Kerätyt tiedot välitetään etäpalvelimelle, jonne laskennallista<br />
älyä on toteutettu projektin aikana. Kattavaa <strong>ajoneuvo</strong>tieto<strong>ja</strong> on kerätty<br />
marraskuulta 2010 lähtien <strong>ja</strong> sitä on selkokielisessä muodossa luokkaa 2,5 teratavua,<br />
mikä tallennustilana vastaa joko 3 900 CD-ROM-levyä tai 530 DVD-levyä.<br />
Saatujen tietojen a<strong>ja</strong>llinen <strong>ja</strong> maantieteellinen kattavuus on hyvällä tasolla, mutta<br />
<strong>ajoneuvo</strong>jen välillä on voitu havaita paljon ero<strong>ja</strong> tietojen saatavuudessa sekä niiden<br />
laadussa. Tiedonkeruujärjestelmää <strong>ja</strong> sen tuottamia tieto<strong>ja</strong> on hyödynnetty<br />
laa<strong>ja</strong>lti edellä esitettyjen menetelmien kehityksessä <strong>ja</strong> testauksessa.<br />
Lisätieto<strong>ja</strong>: Kai Noponen (noponen @ee.oulu.fi)
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
134 (142)<br />
9 Projektin oh<strong>ja</strong>us<br />
Projektia oh<strong>ja</strong>si rahoittajista <strong>ja</strong> tutki<strong>ja</strong>osapuolista koostuva johtoryhmä. Johtoryhmä<br />
kutsuttiin koolle kaksi kertaa vuodessa. Projektisuunnitelmaa tarkennettiin<br />
johtoryhmän päätöksellä myös projektin aikana. Näin hyvät esiin nousseet a<strong>ja</strong>tukset<br />
voitiin ottaa arvioitavaksi projektin aikana.<br />
Vuonna 2012 johtoryhmä kokoontui kaksi kertaa, 25.1. Innopolissa Otaniemessä,<br />
teemana <strong>ja</strong>tkon suunnittelu <strong>ja</strong> loppukokous pidettiin 9.10. Dipolissa Otaniemessä.<br />
Alla projektiin osallistuneet tahot:<br />
· Liikenteen turvallisuusvirasto Trafi (aiemmin AKE)<br />
· Liikenne- <strong>ja</strong> viestintäministeriö LVM<br />
· Helsingin seudun liikenne (aiemmin HKL & YTV)<br />
· Kabus Oy<br />
· Transpoint Oy Ab<br />
· Nokian Renkaat Oyj<br />
· Gasum Oy<br />
· Itella Oyj<br />
· Veolia Transport Finland Oy<br />
· Neste Oil Oyj<br />
· Proventia Emission Control Oy<br />
· Oy Parlok Ab<br />
Tutkimusosapuolet:<br />
· Teknologian tutkimuskeskus <strong>VTT</strong><br />
· Aalto-yliopisto, Insinööritieteiden korkeakoulu (ent.TKK)<br />
· Tampereen teknillinen yliopisto, TTY<br />
· Turun ammattikorkeakoulu, Turun AMK<br />
· Oulun yliopisto, OY<br />
Projekti oli alku<strong>ja</strong>an suunniteltu päättyvän vuoden 2011 lopussa, mutta koska<br />
toiminta päästiin aloittamaan vasta 2009 syksyllä, Tekes myönsi projektille <strong>ja</strong>tkoaikaa<br />
vuoden 2012 syksylle saakka.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
135 (142)<br />
10 Yhteenveto<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projektissa tutkittiin mahdollisuuksia vähentää raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
energiankulutusta <strong>ja</strong> päästöjä, sekä parantaa turvallisuutta teknisin keinoin. Projekti<br />
on tuottanut tietoa eri tekniikoiden säästöpotentiaaleista <strong>ja</strong> kehittänyt projektin<br />
tavoitteita tukevia innovatiivisia ICT-järjestelmiä.<br />
Yleisesti voidaan todeta että vaikka valmista<strong>ja</strong>t ovat tehneet runsaasti työtä raskaan<br />
kaluston energiatehokkuuden parantamiseksi, voidaan energiatehokkuutta<br />
edelleen parantaa jopa huomattavissa määrin. Merkittäviä selkeäsi hyödyntämättömiä<br />
säästöpotentiaale<strong>ja</strong> löytyy mm. alueilta, jotka ovat sidoksissa laajempaan<br />
kokonaisuuteen, johon <strong>ajoneuvo</strong>valmista<strong>ja</strong>t eivät pysty yksistään vaikuttamaan.<br />
Tällaisia ovat esim. energiaa säästävät aerodynamiikkaratkaisut, joissa rajoitteita<br />
syntyy mm. <strong>ajoneuvo</strong>jen mitto<strong>ja</strong> rajoittavista lakisäädöksistä (hyötykuorman<br />
osuus maksimoitava tilankäytön kannalta) <strong>ja</strong> päällirakenteiden valmistusketjusta,<br />
jossa <strong>ajoneuvo</strong>n <strong>ja</strong> päällirakenteen suunnittelu tehdään erillisinä. Toinen esimerkki<br />
on kokonaisvaltaiset ICT-järjestelmät. ICT-järjestelmillä voidaan vaikuttaa ajotapaan,<br />
mutta yhden tekijän optimoivat järjestelmät eivät yleensä tuota toivottua tulosta,<br />
sillä maksimaalisen hyödyn saavuttamiseksi järjestelmien tulisi liittyä ympäröiviin<br />
tietolähteisiin.<br />
Aerodynamiikka-tehtävässä demonstroitiin koko <strong>ajoneuvo</strong>n kattamisen vaikutuksia<br />
energiankulutukseen <strong>ja</strong> turvallisuuteen. Tulosten valossa ero polttoaineenkulutuksessa<br />
kokonaan katetun <strong>ajoneuvo</strong>n <strong>ja</strong> täysin kattamattoman 2000-luvun <strong>ajoneuvo</strong>n<br />
välillä oli Transpoint-moottoritiesyklissä n. 23 %. Tämä tarkoittaa 40 %<br />
pienempää ilmanvastuskerrointa. Lisäksi <strong>ajoneuvo</strong>dynamiikan simuloinnit antoivat<br />
tietoa sivutuulen vaikutuksista <strong>ajoneuvo</strong>n dynamiikkaan. Puuskaisen sivutuulen<br />
vaikutuksesta Suomessa on tapahtunut useita vakavia liikenneonnettomuuksia.<br />
Rengastutkimuksessa selvitettiin renkaiden voiman välityksen aikaista tehohäviötä<br />
vertaamalla ajosyklien kulutustuloksia vapaasti pyörivällä rummulla tehtyihin<br />
vierintäkokeisiin <strong>ja</strong> näistä laskettuihin teoreettisiin kulutusvaikutuksiin. Tulosten<br />
perusteella voidaan todeta että vetoakselin renkaiden häviöt muuttuvat oleellisesti<br />
vedon alaisina <strong>ja</strong> renkaiden väliset erot korostuvat. Tulokset menevät myös monessa<br />
tapauksessa ristiin, ts. vierinvastus ei kuvasta edes välttävästi vetorenkaan<br />
energiatehokkuutta. Energiatehokkuuden ohella tutkittiin myös eri rengastyyppien<br />
kulumisnopeutta vertailu<strong>ajoneuvo</strong>issa. Renkaita seurattiin sekä kaupunkibusseissa<br />
että kuorma-autoissa. Renkaiden kokonaiskustannusvaikutuksia arvioitaessa sekä<br />
kulutus että kulutuskestävyys ovat merkittäviä tekijöitä, unohtamatta tietenkään<br />
turvallisuutta. Rengasosiossa kehitettiin myös rengaslaskuri-demo, jolla voi tarkastella<br />
eri rengasvaihtoehtojen <strong>ja</strong> käyttötapojen kokonaiskustannuskertymiä<br />
omilla lähtöarvoilla. Vaihtoehtona voi olla esimerkiksi rengas X syksylle ajoitetulla<br />
vaihtosyklillä tai renkaat Y talvisin <strong>ja</strong> renkaat Z kesäisin. Jälkimmäinen vaihtoehto<br />
voi säästää polttoaineen kulutuksessa, mutta vastaavasti lisäkustannuksia<br />
syntyy ylimääräisestä vaihdosta <strong>ja</strong> renkaiden kausisäilytyksestä, joskin renkaiden<br />
käyttö ikä kasvaa kalenteria<strong>ja</strong>ssa.<br />
Ajo-opastin-tutkimuksessa kehitettiin taustajärjestelmää, jonka avulla bussijärjestelmän<br />
toimintaa voidaan optimoida keskitetysti internet-käyttöliittymän avulla.<br />
Projektissa kehitettiin myös työkalut lin<strong>ja</strong>ston määrittelylle sisältäen mm. aikataulujen<br />
lataamisen liikenteen suunnitteli<strong>ja</strong>n järjestelmästä ajo-opastimen lähtötiedoiksi<br />
<strong>ja</strong> nopeusrajoituksien lisäämisen linjoille karttapoh<strong>ja</strong>a hyödyntäen. Nyt kehitetty<br />
järjestelmä mahdollistaa myös muiden nopeusohjeistuksien lisäämisen, ku-
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
136 (142)<br />
ten hidastetöyssyjen tai liikenneturvallisuuden kannalta onnettomuusalttiiden kohteiden<br />
huomioimisen järjestelmätasolla. Käyttöliittymään kehitettiin myös puolueeton<br />
ajon onnistumisen seurantajärjestelmä, joka huomioi olosuhteet, kellona<strong>ja</strong>n,<br />
viikonpäivän <strong>ja</strong> kausimuutokset.<br />
Kaupunkibussien mittauksissa tuotettiin uutta tietoa uusien bussityyppien todellista<br />
kaupunkiajoa vastaavista päästöistä <strong>ja</strong> energiankulutuksesta. Mittauksiin saatiin<br />
useita uusia perinteiseen teknologiaan perustuvia EEV -päästötasoa edustavia autotyyppejä,<br />
mutta tämän lisäksi päästötietokantaan saatiin myös ensimmäiset hybridit,<br />
etanolibussi <strong>ja</strong> kevytrakenneauto. Säänneltyjen (kuten typen oksidit <strong>ja</strong> partikkelit)<br />
päästöjen ohella tutkittiin myös eri päästöteknologioiden aiheuttamia<br />
muita sääntelyn ulkopuolisia päästökomponentte<strong>ja</strong> <strong>ja</strong> selvitettiin päästöjen kehittymistä<br />
kylmissä olosuhteissa.<br />
Kaupunkibussien yhteydessä vertailtiin myös tiettyjen teknisten vaihtoehtojen<br />
vaikutuksia, kuten perinteinen automaattivaihteisto vs. robotisoitu ”manuaali”-<br />
vaihteisto <strong>ja</strong> tehtiin alustavia mittauksia myös tuplanivelbussin energiankulutuksen<br />
määrittämiseksi.<br />
Projektin aikana kehitettiin menetelmät myös palveluliikenneautojen todellisten<br />
päästöjen <strong>ja</strong> energiankulutuksen arvioimiselle (vrt. kaupunkibussien menetelmä).<br />
Menetelmä sisältää tyypilliset HSL:n liikenteestä tallennetut ajosyklit <strong>ja</strong> autotyypille<br />
rullauskokeilla määritellyt ajovastukset. Esimerkkivertailussa verrattiin diesel-<br />
<strong>ja</strong> maakaasukäyttöisten palveluliikenneautojen suorituskykyä uusia menetelmiä<br />
hyödyntäen.<br />
Projekti osallistui Helsingin Seudun Liikenteen bussiliikenteen kilpailutuksen kehittämiseen<br />
tuottamalla mm. todellista suorituskykytietoa <strong>ja</strong> arvioimalla vaihtoehtojen<br />
vaikuttavuutta. Projektin aikana HSL otti käyttöön uuden ympäristötoimenpiteistä<br />
palkitsevan bonusmallin <strong>ja</strong> uudisti päästösuorituskyvyn arviointitapaa siten,<br />
että eri teknologiat voivat kilpailla samoilla kriteereillä suosimatta mitään<br />
teknologiaa.<br />
Menetelmäkehitysosiossa tarkennettiin <strong>ajoneuvo</strong>jen ajovastusten määrittelymenetelmiä<br />
mm. tuulen voimakkuuden <strong>ja</strong> suunnan huomioivalla mittaus <strong>ja</strong> laskentajärjestelmällä.<br />
Tällä on merkittävä vaikutus maantiellä tapahtuvien rullauskokeiden<br />
toistettavuuteen <strong>ja</strong> tieto lisää ymmärrystä ympäristöolosuhteiden vaikutuksista.<br />
Menetelmäkehityksessä kehitettiin myös palveluliikenneautoille uudet mittausmenetelmät,<br />
jotka mahdollistavat <strong>ja</strong>tkossa myös tämän autokategorian suorituskyvyn<br />
arvioinnit. Kuorma-autojen ajosyklivalikoimaa laajennettiin keskusta<strong>ja</strong>kelusyklillä,<br />
kun aikaisempi <strong>ja</strong>kelusykli kuvastaa keskustan ulkopuolella tapahtuvaa<br />
ns. ”alue<strong>ja</strong>kelua”.<br />
Kuorma-automittauksissa seurattiin SCR- <strong>ja</strong> EGR autojen päästöjen <strong>ja</strong> energiankulutuksen<br />
kehittymistä ajokilometrien kertyessä <strong>ja</strong> mitattiin useita uusia Euro V<br />
–päästötason <strong>ajoneuvo</strong><strong>ja</strong>.<br />
Jälkiasennettavien pakokaasujen käsittelyjärjestelmien toimintaa seurattiin kaupunkibussien<br />
seurantamittauksilla <strong>ja</strong> selvitettiin energiankulutuksen <strong>ja</strong> päästöjen<br />
optimointimahdollisuuksia säätämällä moottori ensin energiatehokkaaksi <strong>ja</strong> puhdistamalla<br />
sitten päästöt jälkikäsittelyllä, samalla periaatteella kuin millä SCRjärjestelmillä<br />
varustettujen uusien <strong>ajoneuvo</strong>jen energiatehokkuus on saatu aikaisempaa<br />
matalammalle tasolle.<br />
Apulaitteiden energiankulutusta <strong>ja</strong> toimintaolosuhteita selvitettiin asentamalla tiedonkeruulaitteita<br />
viiteen eri <strong>ajoneuvo</strong>tyyppiin. Näiden perusteella määriteltiin
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
137 (142)<br />
energian kulutuksen <strong>ja</strong>kautuminen eri apulaitteille, apulaitteiden tehonkäyttö <strong>ja</strong><br />
olosuhteet, joissa <strong>ajoneuvo</strong>t toimivat Suomessa.<br />
Liukkauden tunnistusjärjestelmän tutkimuksessa keskityttiin järjestelmätason kehittämiseen,<br />
joka kerää yhteen <strong>ajoneuvo</strong>ista saatavat tiedot <strong>ja</strong> muodostaa niiden<br />
perusteella reaaliaikaisen käsityksen teiden liukkaustasoista, ns. liukkauskartaston.<br />
Ajoneuvojen yhteismitallistamista varten kehitettiin järjestelmätason kalibrointimenetelmä,<br />
jonka ansiosta järjestelmään voidaan liittää myös erityyppisiä <strong>ajoneuvo</strong><strong>ja</strong>,<br />
jotka reagoivat liukkauteen eri tavoin. Taustajärjestelmä muodostaa myös<br />
<strong>ajoneuvo</strong>kohtaiset liukkaustietopaketit kullekin yhteydessä olevalle <strong>ajoneuvo</strong>lle.<br />
Näin <strong>ajoneuvo</strong>jen päätelaitteet voivat varoittaa jo ennen liukkaalle alueelle saapumista<br />
useamman <strong>ajoneuvo</strong>n havaintoihin perustuvan varmistetun tiedon perusteella.<br />
’Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen’ –opinnäytetyössä (Veikko Karvonen,<br />
Aalto) pohdittiin mm. lin<strong>ja</strong>-autokokoluokan vaikutusta kustannuksiin <strong>ja</strong> taloudellisia<br />
mahdollisuuksia eri kalustotyyppejä yhdisteleville operointitavoille.<br />
Esimerkkejä ovat mm. modulaaribussit <strong>ja</strong> pienemmän kaluston käyttäminen hil<strong>ja</strong>isina<br />
aikoina. Työssä huomioitiin liikennöitsijän kokonaiskustannuksien lisäksi<br />
myös päästötekijät.<br />
Uusien päästöjen vähennysjärjestelmien, ts. EGR- <strong>ja</strong> SCR-järjestelmien vikaantumisherkkyyttä<br />
tutkittiin liikennöitsijöiden haastattelututkimuksella (Aalto) <strong>ja</strong><br />
OBD-järjestelmien lukukampan<strong>ja</strong>lla (<strong>VTT</strong>).<br />
‘HVAC – heating, ventilation, air-conditioning’ –opinnäytetyössä Mikko Laamanen<br />
(Aalto) selvitti lämmönhallintajärjestelmien energiankulutusvaikutuksia.<br />
Työssä luotiin katsaus nykyisiin järjestelmiin <strong>ja</strong> niiden energiankulutukseen<br />
Timo Naskali (Aalto) puolestaan selvitti opinnäytetyössään ’Renkaiden epätasapainon,<br />
ilmanpaineen <strong>ja</strong> muotovirheiden vaikutus raskaan kaluston energiankulutukseen’<br />
otsikon mukaisia renkaan vaikutus-asioita. Työssä huomioitiin energiankulutuksen<br />
ohella myös muut sivuvaikutukset.<br />
Apulaitteiden energiankulutuksen arvioimiseksi tehtiin myös katsaus <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
oheisjärjestelmien energiankulutukseen <strong>ja</strong> –tuottamiseen. Työssä selvitettiin kolmea<br />
energian kannalta olennaista osaa <strong>ajoneuvo</strong>ista – ener-giaa kuluttavia järjestelmiä,<br />
energiaa tuottavia järjestelmiä sekä pakokaasujen lämpöenergian hyödyntämistä.<br />
(Aalto)<br />
Liikenteen tutkimuskeskus Verne tarkasteli hybridibussien käyttökokemuksia <strong>ja</strong><br />
energiankulutusta, jossa keskeisenä tekijänä oli hybridivaihtoehtojen energiatehokkuus.<br />
Muita Vernen tehtäviä oli tutkia tiekuljetusten energiatehokkuuden <strong>ja</strong><br />
hiilidioksidipäästöjen tulevaisuutta, joukkoliikenteen energiatehokkuutta <strong>ja</strong> kuljetusalan<br />
energiatehokkuuden raportointia <strong>ja</strong> tehostamistoimien vaikutusten arviointia.<br />
Hybridibussin elinkaarikustannuksiin liittyy suuria epävarmuuksia polttoaineenkulutuksen<br />
todellisten säästöjen, polttoaineen hinnan <strong>ja</strong> akkujen käyttöiän<br />
vuoksi. Säästöt riippuvat hybridibussin tekniikan lisäksi kuljetta<strong>ja</strong>n ajotavasta, joten<br />
kuljettajien koulutus hybridibussien optimaaliseen ajotapaan on erittäin tärkeää.<br />
Hybridibussit tulee sijoittaa hitaille, paljon <strong>ja</strong>rrutuksia <strong>ja</strong> kiihdytyksiä sisältäville<br />
linjoille, joilla niiden ominaisuudet saadaan hyödynnettyä parhaiten.<br />
Turun Ammattikorkeakoulu selvitti raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen <strong>ja</strong>rrukatsastuksen tehostamismahdollisuuksia,<br />
toimivuutta <strong>ja</strong> vaihtoehto<strong>ja</strong>. Tutkimuksessa analysoitiin<br />
<strong>ja</strong> jäsenneltiin eri lähteistä peräisin olevaa tietoa sekä teetettiin kaksi insinöörityötä<br />
<strong>ja</strong> toteutettiin Webropol-kysely kor<strong>ja</strong>amoille. Tut-kimuksen yhteydessä pohdittiin<br />
eri vaihtoehtojen soveltuvuutta <strong>ja</strong>rrujen tarkastamiseksi tulevaisuudessa.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
138 (142)<br />
Oulun Yliopiston rinnakkaisessa <strong>HDENIQ</strong>:lle rinnakkaisessa RAMSES -<br />
projekteissa <strong>ja</strong>tkettiin RASTU-projektissa aloitettua tutkimusta kehittäen raskaan<br />
<strong>ajoneuvo</strong>n <strong>ja</strong> sen kuorman massan estimointia sekä tien liukkauden tunnistamista.<br />
Projektin loppuvaiheessa menetelmät yhdistettiin siten että kuormanpainotietoa<br />
voidaan hyödyntää liukkauden tunnistamisen tarkentamisessa. Lisäksi Oulun Yliopisto<br />
teki selvitykset älykkäiden raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen järjestelmistä, erikseen<br />
busseista <strong>ja</strong> kuorma-autoista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
139 (142)<br />
11 Tulosten hyödyntäminen<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projektin yksi keskeinen tehtävä on ollut yhdistää alan toimijoita. Projektin<br />
johtoryhmät ovat toimineet esimerkillisenä foorumina, jossa liikenteen harjoitta<strong>ja</strong>t,<br />
liikenteen tilaa<strong>ja</strong>t, laitevalmista<strong>ja</strong>t, polttoainevalmista<strong>ja</strong>t, julkinen hallinto<br />
<strong>ja</strong> tutki<strong>ja</strong>t ovat voineet keskustella raskaan kaluston energiankäyttöön, ympäristövaikutuksiin<br />
<strong>ja</strong> turvallisuuteen liittyvistä tutkimus <strong>ja</strong> kehitys -asioita. Energiankäytön<br />
järjestelmällinen tutkimus on lisännyt osallistujien kiinnostusta tutkia teknologisia<br />
säästömahdollisuuksia edelleen, joka puolestaan on edesauttanut muiden<br />
rinnasteisten aktiviteettien syntyä.<br />
11.1 Osaamisen kerryttäminen<br />
Aerodynamiikan kulutusvaikutusten kokeellinen määrittely on <strong>VTT</strong>:lle uudenlaista<br />
tutkimusta. Tutkimuksen yhteydessä kehitettiin myös ajovastusten määrittelymenetelmiä,<br />
esim. tuulen vaikutusten arviointi, joita voidaan hyödyntää muissakin<br />
ajovastustutkimuksissa. Aerodynamiikalla voidaan vaikuttaa myös raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
energiankulutukseen merkittävästi, joten on todennäköisestä että mielenkiinto<br />
myös aerodynamiikkaan kasvaa <strong>ja</strong>tkossa. Tutkimusmenetelmiä on hyödynnetty<br />
rinnakkaisessa henkilöautotutkimuksessa (Efficaruse).<br />
Projektissa on syntynyt aikaisempaa syvempi ymmärrys <strong>ajoneuvo</strong>jen energiankäytön<br />
<strong>ja</strong>kaantumisesta <strong>ja</strong> sitä kautta säästöpotentiaaleista. Energiankäytön <strong>ja</strong>kaantuminen<br />
liittyy osaltaan myös sähkö<strong>ajoneuvo</strong>tutkimukseen, jossa energiankulutuksen<br />
merkitys korostuu entisestään. Syntynyttä osaamista on jo hyödynnetty<br />
mm. sähkö<strong>ajoneuvo</strong>projekteissa, mm. apulaitteiden mitoituksessa.<br />
Aikaisemmassa RASTU-projektisssa aloitetut ICT-projektit vietiin <strong>HDENIQ</strong>projektissa<br />
järjestelmätasolle. Esimerkiksi kaupunkibussin ajon optimoivasta ajoopastimesta<br />
kehittyi projektin aikana laajempi järjestelmä, jolla voidaan vaikuttaa<br />
bussiliikenteen ajon dynamiikkaan järjestelmätasolla. Vastaavasti liukkauden tunnistus<br />
–menetelmästi syntyi reaaliaikaista liukkauskartastoa ylläpitävä taustajärjestelmä,<br />
johon erilaiset päätelaitteet voivat <strong>ja</strong>tkossa liittyä. Molempien em. esimerkkien<br />
kaupallistaminen on käynnissä.<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projektissa tehdyt täydennykset kaupunkibussien päästötietokantaan,<br />
esim. hybridibussien osalta toimivat referenssitietokantana useille muille tutkimushankkeille,<br />
esimerkiksi käynnissä olevalla eBUS-sähköbussitutkimukselle.<br />
Projektin aikana EU:ssa aloitettiin selvitys kokonaisten <strong>ajoneuvo</strong>jen energiakulutuksen<br />
<strong>ja</strong> CO 2 -päästöjen arviointimahdollisuuksista. <strong>VTT</strong> osallistui selvitykseen<br />
mm. tuomalla ymmärrystään raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen mittaamiseen liittyvistä tekijöistä.<br />
Projektissa tehtiin kolme diplomityötä. Mikko Laamanen käsitteli työssään <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
lämmönhallinnan energiatehokkuutta, Timo Naskali renkaiden ilmanpaineen<br />
<strong>ja</strong> epätasapainon vaikutuksia <strong>ja</strong> Veikko Karvonen lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointia<br />
<strong>ja</strong> kohdentamista. Karvonen siirtyi opiskelun jälkeen töihin <strong>VTT</strong>:lle <strong>ja</strong><br />
hyödyntää osaamistaan useissa aihepiirin projekteissa.<br />
<strong>HDENIQ</strong>-projekti <strong>ja</strong> aikaisemmat HDEnergia <strong>ja</strong> RASTU –projektit ovat luoneet<br />
perusten raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen energiankäytön tutkimukselle. Tätä referenssiä<br />
hyödynnetään projektien myynnissä <strong>ja</strong> tuloksia vertailutietopankkina useissa eri<br />
projektiyhteyksissä.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
140 (142)<br />
11.2 Osallistujien hyödyntämisnäkymät<br />
Oy Parlok Ab hyödyntää aerodynamiikkatutkimuksesta saatu<strong>ja</strong> tieto<strong>ja</strong> kehittäessään<br />
aerodynaamisia alleajosuojia <strong>ja</strong> lokasuojia <strong>ajoneuvo</strong>markkinoille.<br />
Neste Oil Oyj hyödyntää tieto<strong>ja</strong> perusöljyjen <strong>ja</strong> lisäaineiden vaikutuksesta energiankulutukseen<br />
omassa voiteluöljylaatujen tuotekehityksessä.<br />
Proventia hyödyntää projektin aikana kertyneitä kokemuksia SCR-järjestelmien <strong>ja</strong><br />
moottorin optimointimahdollisuuksista omassa tuotekehityksessään. Proventia on<br />
tuonut projektin aikana SCR-järjestelmiä jälkiasennusmarkkinoille.<br />
Liikennöitsijät Veolia Transport Finland Oy <strong>ja</strong> Itella Oyj (aiemmin Transpoint Oy<br />
Ab) ovat hyödyntäneet <strong>ajoneuvo</strong>jen päästö- <strong>ja</strong> energiankulutustieto<strong>ja</strong> <strong>ajoneuvo</strong>jen<br />
hankinnassa ts. kokonaiskustannusten optimoinnissa. Myös tietoa energiansäästömahdollisuuksista<br />
on hyödynnetty oman kilpailukyvyn parantamiseksi.<br />
Helsingin Seudun Liikenne (HSL) hyödyntää kaupunkibussien päästö- <strong>ja</strong> energiankulutustieto<strong>ja</strong><br />
pisteytyksen kehittämisessä. Projektin aikana HSL on ottanut uudet<br />
todellisiin päästöihin perustuvat pisteytysjärjestelmät <strong>ja</strong> ympäristötoimenpiteistä<br />
palkitsevan bonusmallin käyttöönsä.<br />
Kabus Oy hyödyntää omassa tuotekehityksessään tutkimustuloksia energiatehokkuuden<br />
parannusmahdollisuuksista yleisesti. Projektin aikana uutta tietoa on saatu<br />
esimerkiksi hybridiautojen <strong>ja</strong> robottivaihteistolla varustetun auton säästöistä.<br />
Gasum tarvitsee kaasu<strong>ajoneuvo</strong>jen suorituskykytieto<strong>ja</strong> oman liiketoiminnan tueksi.<br />
Projektissa tutkittiin kaasukäyttöisten palveluliikenneautojen <strong>ja</strong> kaupunkibussien<br />
suorituskykyä. Lisäksi kehitettiin aikaisempaa tarkemmat punnitukseen perustuvat<br />
mittausmenetelmät myös kaasuautoille.<br />
Nokian Renkaat: Tietoa tuotekehityksen <strong>ja</strong> myynnin tueksi mm. vierinvastuksen<br />
osuudesta <strong>ajoneuvo</strong>n kokonaisenergiankulutuksessa <strong>ja</strong> vedon vaikutuksesta renkaan<br />
energiahäviöihin.<br />
Trafilla oli projektissa erityinen mielenkiinto raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen <strong>ja</strong>rrujärjestelmien<br />
testaamisvaihtoehtojen selvitykseen. Selvityksen perusteella voidaan harkita<br />
tulevia vaatimuksia katsastuskäytännöille. Lisäksi Trafi hyödyntää yleistä tietoa<br />
raskaan <strong>ajoneuvo</strong>liikenteen päästö- <strong>ja</strong> energiansäästömahdollisuuksista.<br />
LVM hyödyntää omassa toiminnassaan yleistä tietoa raskaan <strong>ajoneuvo</strong>liikenteen<br />
päästö- <strong>ja</strong> energiansäästömahdollisuuksista.
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
141 (142)<br />
12 Julkaisuluettelo<br />
Vuosiraportit 2<br />
Erkkilä, K., et all, <strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong> – <strong>HDENIQ</strong> - Vuosiraportti<br />
2009, <strong>VTT</strong>-R-04540-10.<br />
Erkkilä, K., et all, <strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong> – <strong>HDENIQ</strong> - Vuosiraportti<br />
2010, <strong>VTT</strong>-R-04847-11.<br />
Mutanen, T., et all, <strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong> – <strong>HDENIQ</strong> - Vuosiraportti<br />
2011, <strong>VTT</strong>-R-08343-12.<br />
Erkkilä, K., et all. <strong>Energiatehokas</strong> <strong>ja</strong> älykäs <strong>raskas</strong> <strong>ajoneuvo</strong> – <strong>HDENIQ</strong> - Loppuraportti,<br />
<strong>VTT</strong>-R-08344-12.<br />
Ensimmäinen vuosiraportti (2009) <strong>ja</strong> loppuraportti ovat saatavissa myös englanninkielellä.<br />
Muut raportit<br />
Juhala, M., Kankare, J., Laamanen, M. Katsaus <strong>ajoneuvo</strong>jen oheisjärjestelmien<br />
energiankulutukseen <strong>ja</strong> tuottamiseen. Raportti, 2010.<br />
Erkkilä, K., Laine, P., Laurikko, J. Kaupunkibussien päästötietokanta – Yhteenveto<br />
<strong>VTT</strong>:n menetelmistä <strong>ja</strong> mittauksista. Raportti <strong>VTT</strong>-M-10542-10.<br />
Laine, P., Erkkilä, K. Laurikko, J. Kaupunkibussien päästötietokanta 2011. Yhteenveto<br />
<strong>VTT</strong>n menetelmistä <strong>ja</strong> mittauksista. Raportti <strong>VTT</strong>-M-02018-12.<br />
Laurikko, Juhani, Erkkilä, Kimmo, Laine, Petri, Nylund, Nils-Olof, Improving<br />
Energy Efficiency of Heavy-Duty Vehicles – A Systemic Perspective and Some<br />
Case Studies. Paper F2012-E01-024. Proc. FISITA 2012 World Automotive Congress,<br />
Beijing, China, November 2012.<br />
Opinnäytetyöt<br />
Karvonen, V. Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen. Diplomityö, 2012.<br />
Lin<strong>ja</strong>-autokaluston optimointi <strong>ja</strong> kohdentaminen<br />
Laamanen, M. Ilmastointijärjestelmän vaikutus <strong>ajoneuvo</strong>jen energiankulutukseen.<br />
Diplomityö, 2010.<br />
Naskali, T. Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen <strong>ja</strong> muotovirheiden vaikutus<br />
raskaan kaluston energiankulutukseen. Diplomityö, 2010.<br />
Wahlsten, R., Raskaiden <strong>ajoneuvo</strong>jen elinkaaren hallinta. Ylempi AMK tutkinto<br />
2011<br />
2 Vuosiraportit <strong>ja</strong> muu vapaasti <strong>ja</strong>ettava materiaali on ladattavissa osoitteesta:<br />
http://www.transeco.fi/julkaisut/<strong>ajoneuvo</strong>hankkeet
TUTKIMUSRAPORTTI <strong>VTT</strong>-R-08344-12<br />
142 (142)<br />
Huunonen, M., Raskaankaluston <strong>ja</strong>rrujärjestelmän toimivuuden tutkiminen. Insinöörityö<br />
(AMK) 2010<br />
Virtanen, M., Raskaankaluston <strong>ja</strong>rruvikojen analysointi. Insinöörityö (AMK)<br />
2010
Change language