Il peso aggiunto, la domanda di elettricità e la resistenza aerodinamica dei sensori e dei computer utilizzati nei veicoli autonomi contribuiscono in modo significativo al loro consumo energetico nel corso della vita e alle emissioni di gas serra, secondo un nuovo studio.

Però, quando nell'equazione vengono presi in considerazione i risparmi derivanti dall'efficienza di guida associata ai veicoli a guida autonoma, il risultato netto è una riduzione del consumo energetico nel corso della vita e delle relative emissioni di gas serra fino al 9% rispetto ai veicoli convenzionali esaminati nello studio condotto dall'Università del Michigan.

"Questo studio ha esplorato i compromessi tra l'aumento dell'impatto ambientale derivante dall'aggiunta di apparecchiature per veicoli autonomi con i guadagni attesi nell'efficienza di guida, " ha detto il coautore dello studio Gregory Keoleian, direttore del Center for Sustainable Systems presso la School for Environment and Sustainability di U-M.

"I nostri risultati evidenziano la necessità di concentrarsi sull'efficienza energetica durante la progettazione di veicoli autonomi in modo che i benefici ambientali completi di questo emergente, la tecnologia trasformativa può essere realizzata. Speriamo che questo lavoro contribuisca a un ecosistema della mobilità più sostenibile".

I risultati sono previsti per la pubblicazione online il 15 febbraio sulla rivista Scienze e tecnologie ambientali . La ricerca è stata supportata da sovvenzioni della Ford Motor Co.

Lo studio è una valutazione dettagliata dei contributi nel corso della vita dei sottosistemi di rilevamento e calcolo nei veicoli autonomi all'uso di energia e alle emissioni di gas serra associate. Questi veicoli, formalmente conosciuti come veicoli connessi e automatizzati o CAV, spesso includono più fotocamere, sonar, radar, LiDAR, un sistema di navigazione GPS, un computer e strutture di supporto.

I ricercatori hanno esaminato due tipi di CAV:quelli alimentati da motori a combustione interna e veicoli elettrici alimentati a batteria. I due tipi di veicoli sono stati abbinati a sottosistemi di rilevamento e computer di tre dimensioni (piccolo, medio e grande) per creare sei scenari.

La metodologia di valutazione del ciclo di vita è stata quindi utilizzata per stimare l'uso di energia nel corso della vita e le emissioni di gas serra per ogni scenario, dalla culla alla tomba.

Una scoperta chiave è che i veicoli autonomi con propulsori elettrici hanno emissioni di gas serra nel corso della vita che sono inferiori del 40% rispetto ai veicoli alimentati da motori a combustione interna. Le minori emissioni derivano dalle inefficienze coinvolte nella produzione di energia elettrica dalla combustione di combustibili, così come un aumento più netto del consumo di carburante quando viene aggiunta massa extra a un veicolo alimentato da un motore a combustione interna.

"Abbiamo dimostrato in questo documento che un veicolo elettrico a batteria è una piattaforma migliore per i componenti CAV rispetto al veicolo con motore a combustione interna in termini di riduzione al minimo degli impatti ambientali, ", ha affermato l'autore principale dello studio Jim Gawron, uno studente laureato presso la U-M School for Environment and Sustainability e presso la Ross School of Business. L'opera fa parte della tesi di laurea di Gawron.

Gli autori hanno scoperto che i sottosistemi di rilevamento e calcolo nei veicoli connessi e automatizzati potrebbero aumentare il consumo di energia di un veicolo e le emissioni di gas serra dal 3 al 20 percento a causa dell'aumento del consumo di energia, peso e resistenza aerodinamica.

Ma i vantaggi operativi dei veicoli autonomi, che includono più liscia, flusso di traffico più efficiente, ci si aspetta che nella maggior parte dei casi superino questi aumenti.

Lo studio rileva inoltre che:

Le trasmissioni di dati wireless necessarie per le mappe di navigazione a bordo contribuiscono in modo significativo al consumo energetico di un CAV e alle emissioni di gas serra associate, e la risoluzione delle mappe fa un'enorme differenza. Le mappe a definizione standard producono emissioni di gas serra nel corso della vita che sono inferiori del 35% rispetto alle emissioni generate quando le mappe ad alta definizione vengono trasmesse su una rete 4G LTE.

Il peso aggiuntivo e la richiesta di potenza dal computer di bordo producono impatti significativi. Per il sottosistema di rilevamento e calcolo di medie dimensioni che è servito come scenario di base nello studio, il computer ha contribuito al 45 per cento del peso, consumato l'80 per cento della potenza, ed era responsabile del 43% delle emissioni di gas serra.

Grande, i componenti CAV montati esternamente possono aumentare significativamente la resistenza aerodinamica e il consumo di carburante, potenzialmente compensare i benefici ambientali dei veicoli autonomi. I componenti di rilevamento e calcolo continueranno a essere miniaturizzati e confezionati in modo più compatto; ma a breve termine, le dimensioni e la forma delle apparecchiature montate all'esterno avranno impatti tangibili.

Diversi avvertimenti accompagnano le conclusioni dello studio sui potenziali benefici ambientali dei veicoli automatizzati. Primo, tali conclusioni si basano sul presupposto che l'efficienza operativa dei CAV può portare a una riduzione del 14% del consumo di carburante rispetto ai veicoli convenzionali, sulla base di un'analisi del lavoro precedente del National Renewable Energy Laboratory.

Ma se i risparmi reali derivanti dalle efficienze CAV sono significativamente inferiori al 14%, i benefici ambientali sono diminuiti o svaniscono del tutto, secondo il nuovo studio. Anche, se i computer di bordo richiedono molta più potenza rispetto ai 200 watt modellati in questo studio, le riduzioni di emissioni nette sono eliminate.

I veicoli esaminati nello studio sono veicoli connessi e automatizzati di livello 4, definiti come veicoli che possono operare senza l'intervento umano o la supervisione in determinate condizioni. I prototipi CAV di livello 4 sono tra i veicoli testati al Mcity di U-M, un'iniziativa di ricerca e sviluppo pubblico-privata che guida la trasformazione verso la mobilità connessa e automatizzata.