Maciej Menes Instytut Transportu Samochodowego

WSPÓŁCZESNE KIERUNKI ROZWOJU TECHNIKI SAMOCHODOWEJ

Zdynamizowanie rozwoju techniki samochodowej jako rezultat globalnego kryzysu finansowego. Nakłady sektora motoryzacyjnego na badania i rozwój. Podstawowe kierunki rozwoju techniki samochodowej. Działania w zakresie ograniczenia energochłonności i poziomu emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych. Projekcja udziału poszczególnych rodzajów napędu pojazdów samochodowych do 2050 roku. Kierunki zmian konstrukcyjnych w poszczególnych kategoriach pojazdów samochodowych. Działania w zakresie poprawy czynnego i biernego bezpieczeństwa pojazdów samochodowych.

CONTEMPORARY DIRECTIONS FOR THE DEVELOPMENT OF THE AUTOMOTIVE TECHNOLOGY

Dynamic development of automotive technology as a result of the global financial crisis. Expenditures of the automotive sector on the research and development. Essential directions of the development of the automotive technology. Actions towards limiting energy consumption and the pollutants emission level from the motor vehicles. Projection of the share of the individual types of motor vehicles drives by the 2050. Directions of the design changes in the individual categories of the motor vehicles. Activities to improve active and passive safety of the motor vehicles.

Transport Samochodowy 4-2011

Samochody są i w perspektywie najbliższych 20-30 lat bez wątpienia pozostaną najważniejszym środkiem transportu zarówno, pasażerskiego, jak i towarowego. Ich liczba w skali globalnej przekroczyła miliard sztuk i stale rośnie. Dynamicznemu, szczególnie w ostatnich kilkunastu latach, rozwojowi ilościowemu światowego parku samochodowego nie towarzyszyły zasadnicze zmiany jakościowe. Dziesiątki drobnych innowacji i udoskonaleń nie było w stanie zastąpić braku zasadniczego przełomu technicznego. „Przez wiele lat nie widać było perspektywy zastąpienia czymś nowym techniki ruchu lądowego opartej na wykorzystaniu koła i pojazdu poruszanego głównie silnikiem spalinowym” [1] . Obfitość zasobów taniej ropy naftowej i zdolność przemysłu motoryzacyjnego do zaspokajania rosnącego popytu na pojazdy wynikała przede wszystkim z osłabienia dynamiki działań innowacyjnych. Nawet rezultaty wieloletnich badań naukowych nad alternatywnymi źródłami energii i nowymi rodzajami napędu pozostawały niewykorzystane [1]. Początek XXI wieku przyniósł zasadniczą zmianę sytuacji. Z jednej strony zdano sobie sprawę, że w obliczu ogromnego wzrostu popytu, ekonomicznie dostępne zasoby ropy naftowej na świecie w końcu się wyczerpią, a z drugiej strony negatywne skutki środowiskowe rozwoju motoryzacji, w tym przede wszystkim emisje zanieczyszczeń do atmosfery generowana przez tę gałąź transportu stały się jednym z podstawowych krytycznych elementów przyszłego rozwoju społeczeństw. Krytycznymi elementami stały się również zagrożenia drogowe powodowane przez pojazdy samochodowe, jak i niewystarczająca zdolność przepustowa nawet rozbudowywanej infrastruktury drogowej. Światowy przemysł motoryzacyjny podjął zakrojone na szeroką skalę badania i prace, których rezultaty mają przynieść rozwiązania zaistniałych problemów. Tylko w 2008 roku przemysł ten wydał na badania i rozwój kwotę ok. 80 mld euro, co stanowiło blisko 5% jego globalnych obrotów (tabl. nr 1).

Tablica 1 Nakłady na badania i rozwój, wielkość obrotów oraz zatrudnienia w sektorach: motoryzacyjnym, lotniczym i obronnym oraz ogółem w 2008 roku [4] Table 1 Expenditures on the research and development, scale of turnover and employment in the following sectors: automotive, aviation and defence as well as in general for the year 2008 [4]

Nakłady na badania Obroty Liczba zatrudnionych Wyszczególnienie i rozwój (w mld euro) (w mln osób) (w mld euro) Świat EU-27 Świat EU-27 Świat EU-27 Producenci samochodów 53,0 20,9 1213 423 2,76 1,26 osobowych Producenci części 19,6 9,5 437 156 2,33 0,98 motoryzacyjnych Producenci pojazdów 6,9 2,4 233 66 0,62 0,22 użytkowych Przemysł motoryzacyjny 79,5 32,8 1883 645 5,70 2,50 Ogółem Przemysł lotniczy 15,6 7,5 379 129 1,75 0,55 i obronny Ogółem przemysł 431,0 130 13897 5712 45,1 21,0

20 Współczesne kierunki…

Globalny kryzys finansowy, który rozpoczęło bankructwo we wrześniu 2008 roku Banku Lehman Brothers, a który w sposób szczególnie dotkliwy dotknął przemysł motoryzacyjny (międzynarodowe obroty tego przemysłu wg Światowej Organizacji Handlu spadły w roku 2009 o 32%, do poziomu 847 mld dolarów, tj. poziomu z 2004 roku [2]) postawił przed tym przemysłem konieczność radykalnej, w tym także technicznej restrukturyzacji. Kryzys w światowej motoryzacji przyspieszył postęp techniczny w tej branży i w perspektywie kilku lat spowoduje, że samochody będą nowocześniejsze, a ich najnowsze wersje staną się bardziej dostępne. Paradoksalnie kryzys, który dotknął branżę motoryzacyjną, powinien przyspieszyć zmiany, następujące dotąd stosunkowo powoli. Osłabienie popytu na nowe samochody, zmniejszenie dostępności kredytów i związany z tym regres przemysłu motoryzacyjnego wymusiły na firmach motoryzacyjnych szybkie działania dostosowawcze – wprowadzenie nowych rozwiązań technicznych i produktów – tym bardziej, że od ich podjęcia często uzależniona jest rządowa pomoc dla samochodowych koncernów. W długoterminowej perspektywie kryzys z przełomu lat 2008/2009 wzmocni motoryzację, zamiast – jak ma to miejsce w innych, schyłkowych branżach – przyczynić się do jej upadku. Samochody pozostaną bowiem produktem potrzebnym. Sprostanie przez transport drogowy coraz większej liczbie wyzwań możliwe będzie tylko dzięki rozwojowi nowych rozwiązań technicznych. Postęp w dziedzinie rozwiązań technicznych w ciągu najbliższych 25 lat będzie dużo szybszy, aniżeli był w ciągu ostatnich 25 lat. Według prognoz w nadchodzących latach, branża motoryzacyjna zainwestuje w rozwój rozwiązań technicznych czterokrotnie więcej niż w rozbudowę zdolności produkcyjnych i dwukrotnie więcej niż w marketing i reklamę [7]. Rozwój będzie wprawdzie procesem trwałym, ale idąca za nim implementacja nowych rozwiązań będzie miała charakter skokowy, co wynikać będzie z progów (nie tylko technicznych, ale również prawnych, finansowych, marketingowych a nawet mentalnych) [3]. Doświadczenie ostatnich lat, jak również obecne działania przemysłu motoryzacyjnego i analizy dotyczące jego najbliższej przyszłości wskazują, że podejmowane działania innowacyjne koncentrują się na dwóch podstawowych zagadnieniach, a mianowicie: - ograniczeniu energochłonności i poziomu emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych, - poprawie czynnego i biernego bezpieczeństwa pojazdów samochodowych.

Kierunki rozwoju technicznego ograniczającego energochłonność i poziom emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych

W najbliższych kilkunastu latach będzie kontynuowana polityka stałego poszerzania oferty produkowanych pojazdów samochodowych, zaprojektowanych w taki sposób, by odpowiadały coraz bardziej zróżnicowanym potrzebom mobilności i popytu. Pojawi się wiele nowych typów pojazdów, znacznie różniących się od dzisiejszych, a wiele z nich będzie projektowanych dla konkretnych celów, np. do użytkowania w środowisku miejskim. Pojazdy te napędzane będą nadal w większości tradycyjnymi silnikami spalinowymi. Silniki te pozostaną w dającej się przewidzieć przyszłości konkurencyjne i prawdopodobne jest, że ich udział w rynku transportowym pozostanie znaczny szczególnie w perspektywie roku 2030. Silniki tego typu są dostosowane dla zasilania zarówno konwencjonalnymi, jak i alternatywnymi paliwami kopalnymi, ale także do

21 Transport Samochodowy 4-2011 zasilania paliwami gazowymi i biopaliwami, w tym biogazem. Udoskonalenia w zakresie wydajności energetycznej pojazdów wyposażonych w tradycyjne silniki spalinowe będą wiec nadal niezwykle istotne. Nie zmienia to faktu, że wiele grup środków transportu drogowego zostanie zelektryfikowanych. Dotyczy to zwłaszcza samochodów osobowych, w tym przede wszystkim pojazdów hybrydowych, wykorzystujących zarówno silniki konwencjonalne, jak i silniki elektryczne [10]. Innowacyjne koncepcje projektowania nowych pojazdów w celu zmniejszenia ich masy, będą uwzględniać oczywiście wykorzystanie lekkich materiałów. W perspektywie krótkoterminowej nie można jednak spodziewać się powszechnego wykorzystania lekkich materiałów kompozytowych. W perspektywie długoterminowej materiały te mogą znaleźć powszechne zastosowanie również w motoryzacji. Dzięki zastosowaniu nowej generacji materiałów (takich jak np. nanorurki węglowe, grafen lub lżejsze i wytrzymalsze gatunki aluminium) oraz nowym materiałom, które pojawiają się każdego roku dzięki szybkiemu postępowi w nanotechnologii samochody staną się dużo lżejsze, a co za tym idzie szybsze oraz bardziej wydajne. Szczególnie nadzieje wiąże się z grafenem, który jest niemal całkowicie przezroczysty oraz niezwykle wytrzymały. Metody jego masowej produkcji są cały czas udoskonalane, cena spada, czystość wyprodukowanych próbek wzrasta i wszystko to prowadzi do szybkiego zastąpienia nim wielu obecnych materiałów. Koncepcje pojazdów będą w coraz większym stopniu skupiać się na modułowych, skalowanych, elastycznych i nisko masowych typach pojazdów, a upowszechnienie innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych pozwoli na wykorzystanie nowych „inteligentnych” materiałów oraz zaawansowanych technik produkcji części samochodowych i ich montażu [3]. W ciągu ostatnich lat wdrażanych jest wiele różnorodnych rozwiązań technicznych, prowadzących do ograniczenia energochłonności pojazdów samochodowych. Jeśli chodzi o kwestie związane z silnikami to nadal jest możliwa dalsza, znaczna poprawa sprawności, zarówno klasycznych silników spalinowych, jak i silników nowej generacji. Wprowadzane ulepszenia to: optymalizacja procesu spalania, ograniczanie strat ciepła oraz odzysk ciepła, ograniczanie strat mechanicznych, itp. Z tych też względów zarówno silniki o zapłonie iskrowym, jak i o zapłonie samoczynnym, będą w najbliższych latach nadal dominować wśród pojazdów wprowadzanych na rynek [3]. Ograniczenie zużycia paliwa przez samochód jako całość uzyska się m.in. dzięki: odzyskowi energii hamowania, optymalizacji parametrów układów napędowych, wzrastającej hybrydyzacji, zmniejszeniu oporów aerodynamicznych, stosowaniu nowych generacji opon [3]. Ogół podejmowanych wysiłków przez przemysł motoryzacyjny w zakresie zmniejszenia energochłonności i poziomu emisji zanieczyszczeń z silników pojazdów samochodowych podzielić można na dwie grupy, a mianowicie: - postęp techniczny związany z doskonaleniem istniejących technik napędu pojazdów samochodowych oraz pojazdów samochodowych jako takich poprzez: doskonalenie silników spalinowych i metod oczyszczania spalin, zmniejszenie oporów aerodynamicznych oraz zmniejszenie oporów toczenia pojazdów, zmniejszenie masy pojazdów, doskonalenie technologii i materiałów układu: opona – nawierzchnia drogowa, zwiększenie udziału samochodów napędzanych silnikami z zapłonem samoczynnym (ZS) w przypadku samochodów osobowych, zasilanie silników gazem ziemnym (NG), biopaliwami (biometan, bioetanol),

22 Współczesne kierunki…

- postęp związany z rozwojem nowych technik napędu pojazdów samochodowych za pomocą energii elektrycznej, wodoru, czy też nawet odnawialnych nośników energii takich jak energia słoneczna. W grupie pierwszej podstawowe kierunki działań technicznych to rozwój: - pojazdów niskoemisyjnych, - pojazdów zasilanych biopaliwami nowych generacji, - pojazdów zasilanych gazem ropopochodnym (LPG) i gazem ziemnym (NG). W grupie drugiej podstawowe kierunki działań technicznych to rozwój: - pojazdów hybrydowych, - pojazdów elektrycznych, - pojazdów zasilanych wodorem.

Pojazdy niskoemisyjne Pojazdy niskoemisyjne to pojazdy charakteryzujące się przynajmniej poziomem emisji tzw. Euro 1. Współcześnie niskoemisyjne samochody emitują mniej niż 120 g/km dwutlenku węgla. Po roku 2020 natomiast warunek ten zostanie zaostrzony do maksymalnie 95 g/km emisji dwutlenku węgla. W wyniku kompromisu koncerny samochodowe mają zapewnić zmniejszenie emisji dwutlenku węgla do poziomu 130 g/km, a pozostałe 10g zmniejszenia emisji dwutlenku węgla zapewnić mają koncerny paliwowe poprzez stosowanie biododatków czy też koncerny oponiarskie przez wdrażanie nowych ekologicznych opon. Techniczne możliwości ilustruje tu przykład Hyundaia 130 CRDi, który na trasie 3 tys. kilometrowego wyścigu Darwin-Adelaide zużył średnio 3,9 decymetra sześciennego oleju napędowego na 100 km.

Pojazdy zasilane biopaliwami różnych generacji Do biopaliw zaliczamy m.in.: - biopaliwa pierwszej generacji, przede wszystkim: bioetanol i jego pochodne (estry) oraz oleje roślinne i ich estry, - biopaliwa drugiej generacji: bioetanol wytwarzany z surowców odpadowych, biogaz (biometan), ciekłe paliwa zastępcze, będące wynikiem przeróbki biomasy, - biopaliwa trzeciej generacji: biometanol, biowodór, otrzymywane podobnymi metodami co paliwa drugiej generacji, z tą różnicą, że surowcami do ich produkcji jest biomasa zmodyfikowana na etapie uprawy przy pomocy molekularnych technik biologicznych (uprawa drzew o niskiej zawartości ligniny lub rozwój upraw z wbudowanymi odpowiednio enzymami). Do trzeciej generacji biopaliw zalicza się również paliwo produkowane przez glony (algi), - biopaliwa czwartej generacji produkowane przez wyhodowane specjalne mikroorganizmy. Rozwiązaniami rokującymi szczególne nadzieje są biopaliwa trzeciej i czwartej generacji, których produkcja oparta o nowoczesne biotechnologie zapewnia obok czystych biologicznie paliw absorbcję dwutlenku węgla powodującego ocieplenie ziemskiego klimatu.

Pojazdy zasilane gazem ziemnym (NG) Gaz ziemny do napędu samochodów znajduje zastosowanie przede wszystkim w krajach trzeciego świata. Według szacunków Międzynarodowego Stowarzyszenia na Rzecz Samochodów Zasilanych Gazem Ziemnym (IANGV) w 2009 roku na świecie

23 Transport Samochodowy 4-2011 eksploatowano ok. 10,5 mln takich pojazdów, z tego 2,2 mln w Pakistanie, 1,7 mln w Argentynie, 1,6 mln w Brazylii, 1,5 mln w Indonezji, 0,8 mln w Indiach, 0,7 mln w Iranie, 0,4 mln w Chinach. W Europie w eksploatacji takich samochodów przodują Włochy 0,6 mln pojazdów i Niemcy 85 tys. pojazdów. Prognozy cytowanego Stowarzyszenia zakładają, że w 2020 roku 9% światowego parku samochodowego zasilane będzie gazem ziemnym (ponad 100 mln pojazdów z tego 23 mln pojazdów w Europie).

Pojazdy zasilane LPG LPG do zasilania silników samochodowych wykorzystywany jest w szczególności w krajach, w których jego cena pozostaje konkurencyjna wobec cen innych paliw ropopochodnych. Dotyczy to m.in. Polski, która z 2 mln tego typu pojazdów zajmuje pierwsze miejsce na świecie (przed Koreą Południową 1,7 mln pojazdów i Włochami 1,2 mln pojazdów). Zastosowanie LPG zamiast benzyn silnikowych w samochodach osobowych i w samochodach użytkowych o dopuszczalnej masie całkowitej do 3500 kg, jest zasadne, ale nie powinno dotyczyć samochodów niskoemisyjnych. Technicznie możliwe jest też stosowanie tego paliwa do pojazdów o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 3500 kg, ale ze względu na koszty niezbędnych adaptacji nie wydaje się być to w przypadku takich pojazdów rozwiązanie rozwojowe.

Pojazdy hybrydowe Rozwijana od lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku technika pojazdów hybrydowych pomimo pokładanej w niej nadziei, ze względu na wysokie koszty produkcji - średnia cena samochodu z napędem hybrydowym wyższa (o 10-15%) w stosunku do tradycyjnego odpowiednika, rozwinęła się jak na razie w niewielkim zakresie. Szacować można, że na świecie eksploatowanych jest obecnie ok. 3 mln pojazdów hybrydowych łączących napęd spalinowy z napędem elektrycznym, z tego 2,1 mln Toyot Prius oraz 500 tys. Hond Insight. Według prognoz firmy konsultingowej Alix Partners udział pojazdów z napędem hybrydowym w światowym parku w 2025 roku wynosić będzie 7,7% (a więc kilkadziesiąt milionów pojazdów). Większość takich pojazdów eksploatowanych będzie w Japonii (26% tj. kilkanaście milionów pojazdów), w Stanach Zjednoczonych (6% parku, to jest ok. 10 mln pojazdów) i zaledwie 3% w Europie (5-6 mln pojazdów).

Pojazdy zasilane wodorem Nowa technika FCV – Fuel Cell Vehicles, w zasadzie opracowana w zakresie jednostek napędowych wymaga jednak dalszych badań nad bezpiecznymi rozwiązaniami dotyczącymi produkcji, magazynowanie i dystrybucji wodoru. Rozwijane są trzy systemy zasilania wodorowego ogniw paliwowych: a) sprężonym do 3,5 MPa czystym wodorem (Honda), b) skroplonym i utrzymywanym w temperaturze -253°C czystym wodorem (BMW), c) nośnikami bogatymi w wodór (np. etanol) [1]. Obecnie niemal każda licząca się na rynku firma motoryzacyjna (m.in. Audi, BMW, Daihatsu, DaimlerChrysler, Dongfeng, Fiat, Ford, GM, Honda, Hyundai, Kia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, PSA, Renault, Suzuki, Toyota, VW) prowadzi zaawansowane testy pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi, a opłacalność pojazdu FCV powoli zbliża się do opłacalności współczesnych samochodów o napędzie hybrydowym. Wraz z upowszechnianiem się ogniw paliwowych, pojazdy FCV staną się z pewnością bardzo popularne. Zalety ogniw paliwowych jako napędu środków transportu to: duża sprawność (65% dla ogniwa paliwowego w porównaniu z 35% dla silnika spalinowego), brak wibracji i hałasu towarzyszącego wytwarzaniu energii, produkcja energii bezpośrednio

24 Współczesne kierunki… napędzającej silniki elektryczne, brak spalania paliwa w czasie postoju, stałość momentu obrotowego i wiele innych. Głównym problemem w komercjalizacji samochodów FCV jest ich wysoka cena [8]. Jest to rozwiązanie drogie i jako takie raczej przyszłościowe (ok. 2040-2050 roku). Masowa produkcja pojazdów z napędem wodorowym jest brana pod uwagę dopiero po 2020 roku [3].

Pojazdy elektryczne Współcześnie największe nadzieje wiąże się z rozwojem techniki pojazdów elektrycznych. Technika napędu elektrycznego samochodów ma ponad stuletnią historię. Upowszechnienie tej techniki przede wszystkim ze względu na uciążliwość obsługową – małą efektywność dysponowanych akumulatorów, ale również ze względu na koszty nabycia, (chociaż dzięki dużej sprawności silników elektrycznych rzędu 75-80%, koszt eksploatacji jest dziesięciokrotnie niższy od kosztów silników spalinowych), pozostaje niewielkie. Od ponad dekady technika ta stała się ponownie przedmiotem zainteresowania większości koncernów motoryzacyjnych, a także władz publicznych wszystkich szczebli. W dalszym jednak ciągu technice pojazdów elektrycznych daleko do miana rozwiązania sprawdzonego i niezawodnego. Istnieje wiele wątpliwości w odniesieniu do tak kluczowych kwestii, jak: - pojemność energetyczna akumulatorów w stosunku do zasięgu operacyjnego pojazdów, - prędkość ładowania, trwałość i dostępność akumulatorów, - poziom emisji zanieczyszczeń szczególnie emisji dwutlenku węgla w pełnym cyklu produkcji i użytkowania energii elektrycznej, - wpływ dodatkowego popytu na energię elektryczną na system energetyczny, - koszty wprowadzenia na szeroką skalę. Najbardziej krytycznym elementem techniki napędu elektrycznego pozostają akumulatory. Znanych jest szereg rodzajów akumulatorów: - ołowiowo-kwasowe, - fosforanowo-litowo-jonowe, - polimerowo-litowo-jonowe, - żelazowo-fosforanowo-litowo-jonowe, - litowo-jonowo-niklowo-kobaltowo-aluminiowe (NCA), - z depolaryzacją powietrzną, - REDOX, czyli z elektrodą utleniająco-redukcyjną. Trudno w tej chwili o jednoznaczną ocenę, które z tych rozwiązań zdominuje przyszły rynek. Istnieje silna współzależność pomiędzy masą a mocą akumulatora. Współczynnik korelacji wynosi 0,90, co jasno wskazuje, że dla większej mocy akumulatora niezbędna jest jego większa masa. Przeciętna masa akumulatora pojazdu elektrycznego wynosi obecnie ok. 280 kg, przy czym w przypadku pojazdu w pełni elektrycznego (EV) przekracza 300 kg, podczas gdy w elektrycznych pojazdach hybrydowych nie przekracza z reguły 150 kg [5]. Akumulatory takie zapewniają przynajmniej teoretycznie zasięg pojazdu rzędu 100-150 km. Postęp techniczny w zakresie akumulatorów jest bardzo dynamiczny, jednak pewne ograniczenia fizyczne trudno będzie w najbliższych latach wyeliminować. Przeciętny czas ładowania akumulatora w przypadku elektrycznych pojazdów hybrydowych (PHEV wynosi do 4,5 h i tym samym jest to niemal 2 h krócej niż w przypadku pojazdów w pełni elektrycznych (EV, 6 h i 20 min.). Wspominany zasięg pojazdów może znacznie różnić się od osiągów w rzeczywistych warunkach. Ocenia się, że w praktyce zakres ten będzie wynosić 70-80% standardowej

25 Transport Samochodowy 4-2011 wartości (ograniczając tym samym zasięg pojazdu do około 70-120 km). Różnica ta jest tłumaczona: modelami ładowania akumulatorów, zachowaniami kierowców, warunkami atmosferycznymi oraz pokładowym zużyciem energii [9]. Kolejnym kluczowym zagadnieniem jest trwałość akumulatora. Obecnie baterie zachowują sprawność najwyżej do 1000 cyklów rozładowania, ale uważa się, że do roku 2014 możliwy jest wzrost tej wartości do 3000-5000 cykli. Współczesny czas sprawności akumulatora do 3 lat, według tych samych źródeł, w perspektywie roku 2014 wzrósłby do ponad 10 lat. Obecnie trwają pracę nad stworzeniem opcji wykorzystywania akumulatorów, które nie mogą być dłużej użytkowane w pojazdach jako magazynów energii. Współcześnie pojazdy elektryczne mają niewielki udział w liczbie produkowanych i sprzedawanych samochodów. Wynika to przede wszystkim z niekorzystnych relacji podstawowych parametrów współczesnych samochodów elektrycznych do ich odpowiedników wśród samochodów konwencjonalnych. Dotyczy to zarówno: masy pojazdów, osiąganych prędkości, a przede wszystkim cen ich zakupu i zasięgu operacyjnego. Porównanie przedmiotowych danych przedstawiono w tablicy nr 2.

Tablica 2 Porównanie podstawowych parametrów pojazdów elektrycznych z parametrami pojazdów wyposażonych w silniki spalinowe [5] Table 2 Comparison of the essential parameters of the electric vehicles with the parameters of the vehicles equipped with the combustion engines [5]

) t

km)

€) ( średni 100 -

) M

Nazwa )

samochodu s

( kW (w tys (w

pojazdu ( duży mały - - Typ Wielkośćpojazdu S L Cena Masapojazdu ( Pojemność akumulatora (kWh) Maksymalna prędkość(km/h) Czasosiągnięcia prędkości km/h Zasięgsamochodu elektrycznego (km) Zasięg silnikiem z spalinowym Liczbamiejsc Moc BMW Mini ICE S 14,6 1,135 / 186 10,5 / 741 4 72 One BMW Mini-E FEV S B.d. 1,465 35 153 8,5 175 / 2 150 2010 Ford ICE L 15,78 1,496 / B.d. 8,9 / 585 5 128 Escape XLS Ford Escape PHEV L 20 1,769 10 164 B.d. 48 / 5 B.d. EV Volvo V70 2.4 ICE L 44,3 1,57 / 205 10,5 / 778 5 103 Volvo V70 EV PHEV L 48 1,955 11,3 161 9 50 / 5 107 Renault ICE ML 14,99 1,412 / 159 15,8 / 741 5 64 Kangoo Authentique 1.6 8V 90 Renault FEV M B.d. 1,52 24 130 B.d. 160 / 5 70 Kangoo Z.E. Concept Toyota Prius Hybrid M 25,45 1,445 / 180 10,4 / 1125 5 100 ZHW3 Toyota Prius PHEV M 34,75 1,38 5,2 170 10,9 23 / 5 82 Plug-In Ford Focus 1.4 ICE S 15,5 1,229 / 164 14,1 / 803 5 59 Ford Focus EV FEV S 28,5 1,552 23 100 8 160 / B.d. 105 b.d. - brak danych

26 Współczesne kierunki…

Podczas gdy udział pojazdów w pełni elektrycznych w rynku pozostaje minimalny, zaczynają rozwijać się inne, formy elektryfikacji rynku motoryzacyjnego: - mikrohybrydy, czyli standardowe samochody wyposażone w tradycyjne silniki spalinowe, wyposażone w mechanizm start – stop, ograniczający niepotrzebną pracę silnika, np. w czasie postoju na czerwonym świetle; - pojazdy hybrydowe wykorzystujące elektryczny napęd do wspierania silnika spalinowego w sytuacjach, gdy niezbędna jest dodatkowa moc; - pojazdy hybrydowe, wyposażone zarówno w elektryczny, jak i w konwencjonalny układ napędowy; silnik elektryczny może funkcjonować samodzielnie zapewniając napęd na krótkich dystansach i przy małych prędkościach. Akumulator ładowany jest natomiast przez silnik spalinowy, a nie z zewnętrznej ładowarki; - pojazdy hybrydowe elektryczne typu PHEV wykorzystujące zarówno napęd elektryczny, jak i silnik spalinowy. Mogą one być ładowane z sieci bądź innego źródła zewnętrznego, w związku z czym na ograniczonym dystansie mogą funkcjonować niezależnie od silnika spalinowego, jednak po przebyciu tego dystansu, ładowane są ponownie z silnika spalinowego. Po wyczerpaniu się akumulatora, pojazd napędzany jest silnikiem spalinowym; - pojazdy elektryczne typu EREV (pojazdy elektryczne o zwiększonych zasięgach) wyposażone w elektryczny układ napędowy i funkcjonujące jedynie przy wykorzystaniu energii elektrycznej. Wyposażone są również w silniki spalinowe, które jednak służą jedynie doładowywaniu akumulatora, w celu zwiększenia zasięgu pojazdu; - pojazdy w pełni elektryczne (EV) wyposażone wyłącznie w silnik elektryczny. Wszystkie wymienione wyżej kategorie pojazdów łączy fakt wykorzystywania akumulatorów do zasilania napędu elektrycznego (używanego w różnym stopniu), jednak konfiguracja różni się w znacznym stopniu: z punktu widzenia inżynieryjnego, pojazdy typu PHEV charakteryzuje większy stopień kompleksowości w porównaniu do pojazdów typu EV czy EREV, ponieważ wyposażone są one w dwa, w pełni funkcjonalne układy napędowe. Co więcej, pojazdom typu PHEV koncepcyjnie bliżej do klasycznych pojazdów z silnikami spalinowymi, aniżeli do pojazdów typu EREV czy FEV, jako że pojazdy typu PHEV łączą w sobie cechy zarówno pojazdów z konwencjonalnymi silnikami spalinowymi, jak również cechy pojazdów elektrycznych [5]. Prognozowaną strukturę różnych rodzajów napędu pojazdów samochodowych, w latach 2020-2050 ilustrują dane tablicy nr 3. Tablica 3 Zakładany udział nowych pojazdów, wykorzystujących różne rodzaje napędu w l. 2020-2050 [10] Table 3 Envisaged share of the new vehicles, utilising various types of drives for the years 2020-2050 [10]

2020 2030 2050 Samochody osobowe 52% ZI/ZS 29% ZI/ZS 2% ZI/ZS 2% LPG/CNG 3% LPG/CNG 4% LPG/CNG 32% HEV 42% HEV 24% HEV 12% PHEV 19% PHEV 50% PHEV 2% EV 5% EV 10% EV 0% FCEV 2% FCEV 10% FCEV Autobusy 46% ZS 20% ZS 0% ZS 8% CNG 5% CNG 0% CNG 40% HEV 50% HEV 25% HEV 5% EV 10% EV 35% EV

27 Transport Samochodowy 4-2011

2020 2030 2050 1% FCEV 15% FCEV 40% FCEV Motocykle 99% ZI 84% ZI 15% ZI 1% EV 8% EV 35% EV 0% FCEV 8% FCEV 50% FCEV Samochody dostawcze 67% ZS/ZI 45% ZS/ZI 3% ZS/ZI 20% HEV 30% HEV 12% HEV 8% PHEV 15% PHEV 50% PHEV 5% EV 8% EV 25% EV 0% FCEV 2% FCEV 10% FCEV Pojazdy ciężarowe średniotonażowe 72% ZS 41% ZS 1% ZS 1% CNG 2% CNG 4% CNG 20% HEV 35% HEV 10% HEV 5% PHEV 15% PHEV 35% PHEV 2% EV 5% EV 25% EV 0% FCEV 2% FCEV 25% FCEV Pojazdy ciężarowe wysokotonażowe 84% ZS 50% ZS 0% ZS 1% CNG 2% CNG 5% CNG 15% HEV 40% HEV 60% HEV 0% FCEV 8% FCEV 35% FCEV ZI – samochody z silnikami z zapłonem iskrowym, ZS – samochody z silnikami z zapłonem samoczynnym, LPG/CNG – samochody zasilane gazem, HEV – samochody hybrydowe (np. etylina-gaz), PHEV samochody hybrydowo-elektryczne, EV – samochody elektryczne, FCEV – samochody z silnikami zasilanymi wodorem,

Podstawowe kierunki rozwoju technicznego w zakresie ograniczania energochłonności i emisji zanieczyszczeń z silników w poszczególnych kategoriach pojazdów samochodowych przedstawiają się jak poniżej.

Samochody osobowe W odniesieniu do nowych samochodów osobowych można przewidywać, że wiele spośród rozwiązań aktualnie wdrażanych w tradycyjnych silnikach spalinowych zostanie rozwiniętych w ciągu kolejnych 10 lat, jako wynik konieczności dostosowania się do stale zaostrzanych przepisów ograniczających energochłonność oraz poziom emitowanych zanieczyszczeń. Aktualnie nie istnieją jednoznaczne oznaki rzeczywistych zmian w zakresie średnich gabarytów i mas pojazdów. Fakt, iż przyszły, przeciętny pojazd elektryczny nie będzie znacznie cięższy od współczesnych samochodów, sugeruje, że znaczne masy akumulatorów pojazdów elektrycznych kompensowane będą ograniczeniem masy innych elementów pojazdu jak również to, że w przyszłości na rynku funkcjonować będzie większa liczba małych pojazdów niż współcześnie [5]. Popyt na pojazdy spalinowo-elektryczne i całkowicie elektryczne, szczególnie pojazdy obsługujące przewozy aglomeracyjne, stopniowo rośnie. Jednakże z powodu długiego okresu trwałości pojazdów (15 lat), elektryfikacja parku pojazdów osobowych ma i będzie mieć charakter stopniowy. Nie zmienia to faktu, że już obecnie na świecie opracowano sto kilkadziesiąt modeli samochodów elektrycznych, z których kilkanaście trafiło już do masowej produkcji. Zestawienie tych samochodów zawiera tablica nr 4. Pojazdy zasilane wodorem oraz ogniwami paliwowymi nie zostaną w horyzoncie roku 2030 pomimo ich zalet technicznych wprowadzone na komercyjną skalę, z powodu wyższych kosztów, a w przypadku wodoru także z powodów związanych z bezpieczeństwem sieci jego dystrybucji [3].

28 Współczesne kierunki…

Szacuje się, że do 2020 roku na europejskich drogach pojawi się 5 milionów pojazdów elektrycznych (około 2% całego europejskiego parku samochodów osobowych) [3]. Oczekuje się, że do roku 2030 ponad 20% sprzedawanych nowych samochodów osobowych stanowić będą samochody elektryczne lub hybrydowe [3]. Pojawią się nowe typy samochodów zaprojektowanych dla potrzeb krótkich podróży lokalnych. Rozwijane będę nowe koncepcje wyspecjalizowanych pojazdów, dostosowanych do potrzeb konsumenta, z różnymi funkcjami i w różnych formach, z przewagą mniejszych pojazdów w środowisku miejskim. Przykładowo, pojawią się pojazdy samochodowe dostosowane do ograniczonych wymogów osób starszych. Zwiększenie różnorodności pojazdów dostosowanych do określonych potrzeb dotyczyć będzie również transportu publicznego. Pojawią się projekty modułowych autobusów pozwalających na użytkowanie pojazdów lepiej dopasowanych do środowiska miejskiego i konkretnego popytu na mobilność. Pojazdy są i będą w coraz większym stopniu związane zarówno ze środowiskiem w którym będą eksploatowane, jak i z samymi pasażerami. Informacje otrzymywane przez pojazd będą mogły być spersonalizowane, celem dystrybucji do poszczególnych pasażerów, także w pojazdach publicznych. Tablica 4 Zestawienie projektowanych, w tym również już produkowanych, samochodów elektrycznych na świecie u progu drugiej dekady XXI wieku [5] Table 4 Compilation of the electrical cars being designed as well as those already in production in the world, at the threshold of the second decade of the XXI century [5]

Aptera 2h Fisker Project Nina Renault Kangoo ZE Audi E-tron Ford Escape Renault Zoe Z.E. Concept Audi Metroproject Quattro Ford Focus EV Renault Zoe Z.E. Audi A1 Sportback Ford Transit Connect REVA NXG BAIC BE701 General Motors Cadillac REVA NXR Converj BMW 1 Series Concept Active E GM Saturn Vue Green Line Rinspeed UC? electric coupe BMW Megacity Green Vehicles Moose RUF Stormster BMW Mini-E Green Vehicles Triac Saab ZE 9-3 BMW Vision Herpa Trabant nT SABA Carbon Zero Bright Automotive Idea Heuliez Mia SAIC Roewe 750 BYD Auto e6 Hyundai Blue-Will SEAT Ibe BYD F3DM Jaguar XJ SEAT León ‘Twin Drive Ecomotive’ Capstone CMT-380 Kia Ray Suzuki Swift Chery Auto Co. S18/M1 Kia Venga Tata Indica Chevrolet Volt Land Rover Range Rover Sport Tata Nano Chrysler GEM Lightning UK Electric Tazzari Zero Lightning GT Chrysler Town & Country Lotus Evora 414E hybrid Tesla Motors Roadster Chrysler 200C Mercedes Benz F 800 Tesla S Electric Sedan Chrysler Jeep Patriot Mercedes Benz F 800 Th!nk City C Chrysler Jeep Wrangler Unlimited Mercedes Benz SLS eDrive Toyota 1/X Citroen C-Zero Miles Electric (ZX40S) Toyota FT-EV city car Citroen C-Zero City Car Mindset AG Mindset Toyota Prius Plug-in Citroën REVOLTE Mitsubishi iMiEV Valmet EVA Coda Automotive CODA Mitsubishi PX-iMiEV Velozzi Solo crossover Commuter Cars Tango Nissan Leaf Velozzi Supercar

29 Transport Samochodowy 4-2011

CT&T United e-Zone with lead-acid NLV Quant VentureOne/Persu Mobility battery CT&T United e-Zone with lithium Opel Ampera Venturi Fetish polymer battery Daimler Smart ED Opel Flextreme Visionary Vehicles/Bricklin Collection Daimler Mercedes Benz Blue Zero Optimal Energy Joule Volkswagen Twin Drive Daimler Mercedes Benz S500 Vision Peugeot ion City Car Volvo C-30 electric car Detroit Electric e63 Pininfarina/Bollore BlueCar Volvo ReCharge Detroit Electric e64 Porsche 918 Spyder Volvo V70 EWE-E3 Protoscar SA Lampo2 VW Up! (E-Up!) e-WOLF e2 Renault Fluence Z.E. Concept XR-3 Hybrid Fiat 500 Renault Fluence ZE EV

Pojazdy ciężkie Układy napędowe ciężkich i przeznaczonych na długie dystanse pojazdów ciężarowych, w dającej się przewidzieć przyszłości, z powodu ograniczeń w zakresie magazynowania energii i długiego czasu ładowania akumulatorów pojazdów elektrycznych, nadal będą oparte na tradycyjnych silnikach spalinowych. Będą to jednak zaawansowane silniki nowych generacji o bardziej efektywnym zużyciu paliwa, o 30% wydajniejsze niż w roku 2005. Do roku 2030 typowy układ napędowy samochodu ciężarowego będzie zintegrowaną jednostką, wykorzystującą zaawansowany system kontroli, optymalizujący jego funkcjonowanie i zużycie paliwa. Układ będzie się składał z wydajnego energetycznie silnika spalinowego oraz z wydajnego układu wydechowego, zapewniającego niskie emisje. Silnik będzie dostosowany do różnego rodzaju paliw alternatywnych oraz mieszanek paliw. Będzie wymagał wydajnych i kompatybilnych z wieloma typami paliw, smarów [3]. Z drugiej strony oczekuje się jednak pewnego poziomu hybrydyzacji również w długodystansowym transporcie samochodowym. Ciężkie pojazdy ciężarowe są wyposażone w silniki dużych mocy, celem sprostania ekstremalnym warunkom, jakie mogą napotkać w trakcie ich eksploatacji. W przyszłości samochody ciężarowe wyposażone będą w dodatkowe silniki elektryczne, zasilane m.in. energią odzyskiwaną z układów hamulcowych czy układów grzewczych, które to silniki wspomagać będą pracę silników spalinowych, w warunkach ekstremalnych. Umożliwi to zmniejszenie gabarytów silników spalinowych, a co za tym idzie, także ich zapotrzebowania na paliwo. Silniki spalinowe mniejszych pojemności wymagać będą jednak wysokiej jakości olejów smarnych. Wydajność energetyczna pojazdów ulegnie ponadto poprawie w wyniku: - wykorzystywanie w coraz większym stopniu w projektowaniu pojazdów lekkich, super wytrzymałych materiałów, - rozwoju nowych paliw np. syntetycznych czy biopaliw kolejnych generacji, - upowszechnienia się wykorzystania technologii informacyjno-komunikacyjnych, w tym inteligentnych systemów zaimplementowanych w pojazdach [3]. W dalszej przyszłości przewiduje się zastosowanie również w samochodach ciężarowych wodorowych ogniw paliwowych [3]. Obecne możliwości energetyczne ogniw paliwowych oraz ich koszty spowodują, że do roku 2030 w transporcie ciężarowym będą one jednak wykorzystane wyłączania do zasilania pomocniczych systemów pojazdów, podczas wyłączenia silnika podstawowego [3]. Rozwój przyszłych jednostek napędowych dla ciężkich samochodów ciężarowych jest uzależniony od rozwoju koncepcji pojazdów i transportu w ogóle. O zapotrzebowaniu na

30 Współczesne kierunki… moc i wielkość momentu obrotowego silnika, decydować będą z jednej strony rosnące gabaryty pojazdów, z drugiej zaś strony – poprawiająca się aerodynamika pojazdów, nowe generacje opon itp. Istotnymi czynnikami przyszłego rozwoju układów napędowych samochodów ciężarowych będzie upowszechnienie się wykorzystania biopaliw. Konieczna będzie pełna standaryzacja wymagań dotyczących tych paliw przynajmniej w skali kontynentalnej, celem zapewnienia odpowiednich osiągów silników oraz ich bezproblemowej pracy. W dalszej przyszłości zastosowanie znajdą prawdopodobnie również samochody ciężarowe z silnikami zasilanymi energią elektryczną, pochodzącą ze źródeł zewnętrznych (np. kabla lub szyny). Technika ta wymagać jednak będzie silników dużych mocy oraz odpowiedniej infrastruktury. Do roku 2030 zrealizowane zostaną koncepcje modularności pojazdów. Na pewno w Europie, a być może i w skali światowej, wszystkie środki transportu towarowego wyposażone będą w analogiczne interfejsy i będą mogły wykorzystywać różne moduły transportowe. Na poziomie europejskim ustalone zostaną nowe standardy dotyczące mas i gabarytów ciężkich samochodów ciężarowych i autobusów, co doprowadzi do znacznego wzrostu możliwości transportowych. Zarówno samochody ciężarowe, jak i naczepy, zostaną zoptymalizowane do potrzeb konkretnych przepływów transportowych, np. ciężkich ładunków przewożonych na krótkich dystansach lub lekkich ładunków przewożonych na długich dystansach [3]. Pojazdy będą budowane z lekkich materiałów konstrukcyjnych i będą charakteryzowały się zoptymalizowaną aerodynamiką, wysoką trwałością i ograniczonymi oporami toczenia. Wdrażanie nowych standardów masy i gabarytów ciężkich samochodów ciężarowych oraz ich zestawów (tzw. „pociągów drogowych”) zwiększy w sposób znaczny ich możliwości przewozowe. Wdrożenie wspomnianych nowych standardów może ograniczyć liczbę realizowanych w Europie przez komercyjne pojazdy pojazdokilometrów o 8% do 10%, a emisje zanieczyszczeń z silników tych pojazdów o ok. 5% [3].

Lekkie pojazdy użytkowe Do chwili obecnej również w grupie lekkich pojazdów użytkowych dominują silniki spalinowe. Udoskonalenia w zakresie wydajności energetycznej lekkich pojazdów użytkowych wyposażonych w silniki spalinowe związane są obok rozwoju i układów napędowych również z doskonaleniem pojazdu jako takiego. Jak chodzi o układy napędowe dotyczyć to będzie kwestii takich jak: zmienny współczynnik kompresji, wtrysk bezpośredni, dezaktywacja cylindra, optymalizacja skrzyni biegów czy podwójne sprzęgło. Ograniczenie energochłonności lekkich pojazdów użytkowych osiągnie się również w wyniku poprawy ich aerodynamiki, obniżenia ich mas, w wyniku wykorzystania lżejszych materiałów konstrukcyjnych i odzysku energii hamowania [10]. Udział pojazdów spalinowo-elektrycznych w tej grupie pojazdów zacznie w sposób istotny wzrastać po roku 2030. Pojazdy w pełni elektryczne stanowić będą rosnącą część parku taborowego, używanego w przewozach miejskich [3]. Przedmiotowe pojazdy będą w coraz większym stopniu miały charakter modułowy, a ich gabaryty będą dopasowywane do warunków ruchu miejskiego oraz nowych modeli miejskich przewozów dystrybucyjnych. W dalszej przyszłości należy liczyć się z możliwością pojawienia się, szczególnie w obszarze przewozów dystrybucyjnych oraz w przewozach intermodalnych, pojazdów dostosowanych do poruszania się zarówno po drogach, jak i po torach [3]. Do roku 2030 udział pojazdów dwusystemowych, zwiększających wydajność dystrybucji na obszarach miejskich, oraz przewozów

31 Transport Samochodowy 4-2011 intermodalnych nadal będzie stanowić nieznaczną część całego parku taborowego. Pojazdy takie będą wykorzystywane przede wszystkim w obsłudze specyficznych niszowych potrzeb przewozowych [3].

Kierunki rozwoju technicznego poprawiającego bezpieczeństwo czynne i bierne pojazdów samochodowych

Producenci pojazdów samochodowych prowadzą intensywne prace rozwojowe zarówno w obszarze bezpieczeństwa czynnego, jak i biernego samochodów. Bezpieczeństwo czynne obejmuje wszystkie czynniki, które mają na celu zmniejszenie do minimum prawdopodobieństwa wystąpienia kolizji lub wypadku drogowego. Bezpieczeństwo bierne obejmuje rozwiązania techniczne, które ograniczają skutki zaistniałego wypadku drogowego. Podstawowym kierunkiem działań w zakresie poprawy zarówno bezpieczeństwa czynnego, jak i biernego pojazdów samochodowych jest współcześnie coraz szersze ich wyposażanie w coraz bardziej złożone systemy informatyczne, które obok funkcji informacyjno-komunikacyjnych przejmują w stale rosnącym zakresie funkcje bezpośredniego zautomatyzowanego sterowania pojazdem samochodowym. Podstawą tego kierunku działania jest dynamiczny rozwój elektroniki i informatyki. Podejmowane badania mają na celu rozwój oprogramowania gwarantującego odpowiednie, niezawodne działanie systemów w sytuacjach występowania krytycznych zagrożeń. Już obecnie wiele najnowszych modeli samochodów wyposażonych jest w pierwsze generacje przeróżnego typu sensorów, czujników, które wspomagają kierowcę w różnych sytuacjach drogowych, np. w procesie parkowania lub alarmują go w momencie zaistnienia sytuacji niebezpiecznych takich np. jak zmiana toru jazdy czy pojawienie się przeszkody. Zwiększaniu niezawodności czujników powinno przy tym towarzyszyć w skali światowej ograniczenie nadmiaru stosowanych rodzajów oraz systemów identyfikacji. Docelowym kierunkiem działania (testowanym zresztą już w praktyce), będzie pełne zautomatyzowanie pojazdu samochodowego. Początkowo rozwiązania umożliwiające ten – wydający się dla niektórych niemożliwy w najbliższym czasie – skok technologiczny pojawią się w pojazdach należących do firm transportowych, w kolejnym etapie technika ta będzie wykorzystywana w pojazdach indywidualnych poruszających się na mniej uczęszczanych drogach pozamiejskich, aby ostatecznie umożliwić skorzystanie z autopilota na zatłoczonych ulicach miast. Wymagać to będzie komputerów opartych np. na procesorach grafenowych, które dzięki zwiększonej mocy obliczeniowej będą w stanie poradzić sobie z ogromną liczbą kombinacji potencjalnych sytuacji drogowych w jakich może znaleźć się pojazd. Badania nad systemami zautomatyzowanego sterowania samochodami prowadzi już od szeregu lat m.in. ośrodek badawczy Mercedesa w Stuttgarcie. Badania dotyczą zarówno pojedynczych systemów takich jak np. zamontowany w koncepcyjnym Mercedesie F-700 system składający się z laserów skanujących powierzchnię drogi pojazdu i adapterów które sterują ustawieniem układu zawieszenia samochodu dostosowanym do wyników skaningu, jak również systemów złożonych automatyzujących w mniejszym lub większym stopniu cały proces sterowania pojazdem. System kamer i czujników zamontowanych w samochodzie na bieżąco skanuje jego otoczenie. W pamięci komputera pokładowego zapisano około miliona typowych sytuacji,

32 Współczesne kierunki… drogowych które mogą wystąpić w trakcie poruszania się pojazdu po sieci drogowej. W oparciu o zgromadzone dane komputer steruje samochodem bez udziału kierowcy. Oparty na tej technice system zapobiegania kolizji pojazdu z pieszym montowany jest już w produkowanym w skali masowej samochodzie Volvo S60. W momencie wykrycia przez kamery przed maską pieszego system najpierw ostrzega kierowcę zarówno sygnałem akustycznym, jak i sygnałem świetlnym i jeśli nie odnotuje reakcji kierowcy, sam powoduje naciśnięcie pedału hamulca pojazdu. System ten noszący nazwę Pederastian assist działa do prędkości 30 km/h. Dotychczasowe osiągnięcia Volvo w zakresie bezpieczeństwa pojazdu należą do przodujących w świecie (trudno przewidzieć czy innowacyjność Volvo zostanie utrzymana przez nowego chińskiego właściciela marki). Nie zmienia to faktu, że jak na razie za najbezpieczniejszy samochód świata uznaje się koncepcyjny pojazd Volvo SCC. Pojazd ten wyposażony jest w układ mający zapewnić kierowcy maksymalny komfort podróży oraz dobrą widoczność. Optymalne ustawienie fotela kierowcy dokonuje się w oparciu o skaning położeniu oczu kierowcy oraz budowy jego ciała. Do budowy anatomicznej kierowcy również w sposób automatyczny dostosowywane jest położenie pedałów, kierownicy oraz środkowej części konsoli. Ustawienia te mogą być modyfikowane przez kierowcę w zależności od jego indywidualnych potrzeb. Zmodernizowana została również konstrukcja samego pojazdu. Słupki boczne pojazdu wykonano ze stali połączonej z pleksiglasem. Pozwala to na ograniczenie tak zwanego martwego pola widzenia. Samochód wyposażono również w lusterka wsteczne z czujnikami oraz kilka kamer zamontowanych z tyłu pojazdu. Czujniki zainstalowane w lusterkach oraz w tylnym zderzaku informują kierowcę o obiektach znajdujących się za pojazdem. Podczas cofania pojazdu na jednym monitorze umieszczonym na konsoli wyświetlany jest obraz rejestrowany przez dwie zamontowane na różnej wysokości kamery. Samochód wyposażono również w: system Driver Alert Control (DAC) zapobiegający niekontrolowanemu zasypianiu kierowcy, system Lane Departure Warning (LDW) czuwający nad zachowaniem toru jazdy samochodu oraz system Collision Warning System oparty o zestaw radarów rejestrujących pojawianie się przeszkód w obszarze toru jazdy pojazdu, zdolny w przypadku opóźnionej lub niedostatecznej reakcji kierowcy do zdynamizowania działania układu hamulcowego samochodu. Dla poprawy widoczności, SCC wyposażono w reflektory automatycznie dostosowujące się do warunków panujących na drodze. Jeżeli pojazd porusza się z dużą prędkością po autostradzie jego światła świecą długim i wąskim strumieniem, jeżeli natomiast pojazd porusza się z niewielką prędkością, światła oświetlają krótki odcinek drogi ale bardzo szerokim strumieniem światła. Reflektory obracają się zgodnie z kierunkiem skrętu samochodu oświetlając skuteczniej tor jego jazdy. Pojazd wyposażono również w kamerę na podczerwień zapewniającą widoczność drogi w ciemności zbliżoną do widoczności w warunkach dziennych. Obraz z kamery wyświetlany jest na monitorze znajdującym się na desce rozdzielczej. Samochód wyposażono obok kompletu poduszek powietrznych dla kierowcy oraz wszystkich pasażerów także w poduszki powietrzne chroniące w przypadku najechania pieszego. Poduszki powietrzne wewnątrz kabiny samochodu automatycznie dostosowują swoje położenie w płaszczyźnie pionowej do wzrostu użytkowników pojazdu. Po sukcesie Volvo SCC, koncern zaprezentował kolejne trzy swoje pojazdy. Są nimi Volvo 3CC, Volvo YCC oraz Volvo VCC. Do samochodów tych konstruktorzy przenieśli większość systemów bezpieczeństwa z Volvo SCC. Volvo 3CC jest małym pojazdem

33 Transport Samochodowy 4-2011 sportowym o napędzie całkowicie elektrycznym. VOLVO YCC (Your Concepct Car) to samochód zaprojektowany przez kobietę dla kobiet. Zastosowano w nim wiele udogodnień takich jak dodatkowe lusterka wewnątrz pojazdu, drzwi otwierające się do góry. W rodzinnym samochodzie Volvo VCC (Versatility Concept Car) dach pojazdu wykonano z półprzezroczystego szkła, na którym umieszczono baterie słoneczne z których energia zasila układ oczyszczania powietrza wewnątrz pojazdu (VAAC). Kolejnym nowatorskim systemem poprawiającym bezpieczeństwo jazdy jest opracowany przez Saaba system DAWS, który dzięki czujnikom monitoruje ruchy głowy oraz gałek ocznych kierowcy. W sytuacji, w której głowa i oczy kierowcy pozostają odwrócone od głównej strefy uwagi czyli części środkowej przedniej szyby pojazdu, po upływie dwóch sekund system wprawia w wibracje fotel kierującego. Drgania ustają kiedy kierowca zwróci wzrok w kierunku jazdy. W system wyposażony został Saab 9-3 Sport Combi. Będzie on testowany w rzeczywistych warunkach w trwającym osiem miesięcy programie testów drogowych. Saab opracował również system AlcoKey, polegający na zautomatyzowanym pomiarze poziomu alkoholu w wydychanym przez kierowcę powietrzu i warunkującym w zależności od wyniku pomiaru, uruchomienie silnika. Jednym z pierwszych stosowanych masowo w samochodach popularnych systemów bezpieczeństwa jest system ABS (Anti-Lock Braking System). Zapobiega on blokowaniu się kół pojazdu podczas hamowania. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych XX wieku zaczęto wprowadzać na szeroką skalę powiązany z nim system BAS (Brake Assist System). Wspomaga on hamowanie pojazdu w sytuacji awaryjnej, podnosi ciśnienie w układzie hamulcowym i umożliwia szybsze zatrzymanie pojazdu. Ważnym systemem wpływającym na bezpieczeństwo jazdy, montowanym już w przemysłowej skali jest system ASR (Acceleration Slip Regulation, nazywany także, w zależności od producenta: TCS, TC, ASC). Jest to system kontroli trakcji, który nie dopuszcza do nadmiernego poślizgu kół pojazdu podczas przyspieszania. System ten pojawił się na szerszą skalę w połowie lat dziewięćdziesiątych XX wieku w autach klasy Premium (BMW, Mercedes, Audi). W pierwszych latach XXI wieku kontrolę trakcji zaczęto montować również w tańszych modelach popularnych marek. W powiązaniu z systemem kontroli trakcji działa też ESP (Electronic Stability Program). Jest to system stabilizacji toru jazdy, który niezależnie od kierowcy przyhamowuje jedno lub kilka kół, naprowadzając pojazd na zadany tor jazdy. Rozwinięciem systemu ESP jest RSC (Roll Stability Control), system który zapobiega dachowaniu pojazdu i działa na podobnej zasadzie jak ESP. W przypadku, gdy jednak dojdzie do przewrócenia pojazdu, ochronę kierującego i pasażerów zapewnia system ROPS (Roll Over Protection Structure), aktywujący napinacze pasów bezpieczeństwa, oraz uruchamiający kurtyny boczne. System ACC (Adaptive Cruise Control) utrzymuje zadaną prędkość pojazdu i w razie potrzeby zmniejsza ją w celu zachowania bezpiecznego odstępu między samochodami. Systemy WHIPS (Whiplash Protection System) oraz SAHR (Saab Active Head Restraint) chronią kręgosłup i kręgi szyjne osób znajdujących się w pojeździe ulegającemu wypadkowi. Jako pierwsze systemy te zaczęły rozwijać szwedzkie koncerny Saab i Volvo. Te same firmy opracowały system SIPS (Side Impact Protection System). Jego zadaniem jest ograniczenie negatywnych skutków bocznego zderzenia samochodu. Konstrukcja samochodu została zaprojektowana i wzmocniona tak, by przemieścić siłę zderzenia bocznego z miejsc zajmowanych przez pasażerów w inne części nadwozia pojazdu. TPMS czyli Tire Pressure Monitoring System monitoruje za pomocą czujników uplasowanych w zaworach opon ciśnienie w oponach. Bezpieczeństwo przewożonych

34 Współczesne kierunki… dzieci zwiększa system ISOFIX. Jest to międzynarodowy standard mocowania fotelików do przewożenia dzieci. W systemie tym fotelik jest elementem struktury nadwozia. Standardem, nawet w niższych klasach pojazdów stały się już dwustopniowe poduszki powietrzne kierowcy i pasażera. Napełniają się one adekwatnie do siły uderzenia. Powszechnym wyposażeniem, nawet w tańszych modelach samochodów popularnych marek stały się też kurtyny boczne. Ich zadaniem jest ochrona głów podróżnych siedzących na bocznych siedzeniach z przodu lub z tyłu pojazdu. Kolejnym systemem mającym poprawić bezpieczeństwo w ruchu drogowym jest system EPP, który ma za zadanie ochronę pieszego w przypadku najechania przez samochód. System składa się z czujników przyspieszenia montowanych w przedniej części pojazdu oraz ze sterownika, który uwalnia w sposób błyskawiczny mechanizm podnoszący pokrywę silnika. Dzięki takiemu rozwiązaniu ciało poszkodowanego trafia na strefę zgniotu pojazdu absorbującą w większym stopniu siłę uderzenia. System ten montowany jest już w samochodach wyższej klasy produkowanych np. przez BMW. Niewątpliwym przyszłościowym kierunkiem działań technicznych poprawiających bezpieczeństwo pojazdów samochodowych będzie postępująca integracja funkcjonujących już dzisiaj poszczególnych systemów. Przykładem może być tu rozwój Advanced Driving Assistance System (ADAS), zaawansowanego systemu wspierającego kierowcę, składającego się z trzech systemów: Lane Keeping Assistance (LKA) czuwającego nad utrzymaniem toru jazdy pojazdu, Adaptive Cruise Control (ACC) adaptacyjnego tempomatu wykorzystującego radar, który umożliwia utrzymanie bezpiecznego dystansu do pojazdu poprzedzającego, Collision Mitigation Brake System (CMBS) modyfikującego w zależności od potrzeb działanie układu hamulcowego samochodu. Do roku 2030 większość samochodów zostanie wyposażona w omawiane systemy bezpieczeństwa, ale ich technologiczne zaawansowanie zależeć będzie od klasy pojazdu. Pojazdy klas średniej i wyższych będą standardowo wyposażone w pokładowe Zaawansowane Systemy Wspierania Kierowcy. W przypadku pojazdów klas niższych, zaawansowane systemy będą dostępne opcjonalnie. Od 2015 roku przynajmniej na obszarze Unii Europejskiej wprowadzane będą bodźce i regulacje wspierające wyposażanie pojazdów w systemy zapewniające współdziałanie układu samochód-droga. Do 2030 roku około 90% sieci drogowej powinno posiadać możliwości współpracy z systemami pokładowymi samochodów [3]. Powszechna aplikacja wspomnianych rozwiązań będzie miała miejsce zarówno na poziomie komponentów/pojazdów, jak i na poziomie systemów (np. w logistyce i w zarządzaniu ruchem). Wprowadzenie tzw. „inteligentnych pojazdów”, które będą mogły optymalizować swoje osiągi w zależności od sytuacji w ruchu drogowym powinno w istotny sposób ograniczyć ryzyko występowania wypadków drogowych. Niemal cały tabor transportu towarowego i polowa taboru transportu pasażerskiego wyposażone będą w pokładową technologię pozycjonowania. Powszechna stanie się komunikacja pojazd- pojazd oraz pojazd-infrastruktura [3]. Pojazdy samochodowe zostaną całkowicie zintegrowane z systemem transportowym: będą wystarczająco inteligentne, by „wyczuwać” otoczenie oraz bezpiecznie i wydajnie funkcjonować w ruchu drogowym, przy jednoczesnym zapewnieniu pasażerom komfortowych warunków podróżowania. Podróżujący uzyskują możliwość płynnego przejścia od funkcjonowania poza pojazdem do funkcjonowania wewnątrz pojazdu i vice- versa. Pojazd będzie skomunikowany on-line nie tylko z innymi pojazdami (komunikacja pojazd-pojazd) i z infrastrukturą transportową (komunikacja pojazd – infrastruktura), ale również z miejscami zamieszkania, podmiotami gospodarczymi oraz innymi źródłami

35 Transport Samochodowy 4-2011 danych (komunikacja pojazd – inne). Dzięki skomunikowaniu on-line pojazd zapewni kierowcy wsparcie, poprzez dostarczanie mu w sposób zautomatyzowany informacji dotyczących sytuacji drogowych, co w istotnej skali poprawi bezpieczeństwo ruchu drogowego oraz jakość świadczonych usług. Wraz z zasygnalizowanym istotnym zwiększeniem wachlarza eksploatowanych pojazdów samochodowych (od miejskich mini samochodów do „pociągów drogowych”) coraz większego znaczenia będzie nabierać „kompatybilność zderzeniowa” pojazdów. Postęp w tym zakresie uwzględniać będzie również problemy niechronionych uczestników ruchu drogowego. Kluczowym działaniem będzie tu odpowiednie projektowanie pojazdów, ale nie bez znaczenia będzie również wydajne zarządzanie infrastrukturą transportową, np. segregacja różnego rodzaju ruchu drogowego. Pojazdy są i będą projektowane, wyposażane i zarządzane tak, by były coraz bardziej wytrzymałe w przypadku kolizji, nawet przy dużej prędkości. Kierunki rozwoju pojazdów samochodowych opisane powyżej opierają się na obecnie istniejących rozwiązaniach technicznych. Liczba odkryć oraz narastająca dynamika postępu w ostatnich latach czyni jednak wysoce zasadnym założenie o pojawieniu się wynalazków, które zrewolucjonizują motoryzację w sposób trudny obecnie do przewidzenia. Jednym z takich hipotetycznych kierunków rozwoju motoryzacji może być np. zastąpienie układu koło-droga poduszką powietrzną wytwarzaną przez nadprzewodniki działające w temperaturze otoczenia [6].

LITERATURA:

[1] Burnewicz J.: Innovative Perspective of Transport and Logistics. Wyd. Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 2009 [2] Comite des Constructeurs Francaise d’Automobiles: The French Automotive Industry Analysis and Statistics, Paryż 2011 [3] Europejska Rada Doradcza d/s Badań w Transporcie Drogowym (ERTRAC) [4] EU Scoreboard 2009 DG RTD-IPTS, 2009 [5] Gruning M., Witte M., Marcellino D., Selig J., Essen H.: Impacts of Electric Vehicles, zadanie 1 projektu An overview of electric vehicles on the market and its development, Delft, kwiecień 2011 [6] Kaku M.: Fizyka przyszłości. Nauka do 2100 roku, Prószyński i Spółka, Warszawa 2011 [7] Przyjazna motoryzacja – http://www.przyjaznamotoryzacja.pl/layout/set/print/motoryzacja-a- bezpieczenstwo [8] Ogniwa paliwowe (fuel cells) – http://www.ogniwapaliwowe.com [9] Nemery F., Brons M.: Plug in Hybrid and Battery Electric Vehicles. Market Penetration scenarios of electric drive vehicles. Komisja Europejska, Joint Research Center Institute for Prospective Technological Studies, 2010 [10] Skinner I, Van Hessen H., Smokers R., Hill N.: Towards the decarbonisation of EU’s Transport Sector by 2050, Komisja Europejska, Bruksela 2010

36