Den extra vikten, elbehov och aerodynamisk dragning av sensorer och datorer som används i autonoma fordon är viktiga bidragsgivare till deras livslängd energianvändning och utsläpp av växthusgaser, enligt en ny studie.

Dock, när besparingar från köreffektiviteten i samband med självkörande fordon tas med i ekvationen, nettoresultatet är en minskning av livslängden energianvändning och tillhörande utsläpp av växthusgaser med upp till 9 procent jämfört med de konventionella fordonen som undersöktes i University of Michigan-ledda studien.

"Denna studie undersökte avvägningarna mellan de ökade miljöpåverkan från att lägga till autonom fordonsutrustning med de förväntade vinsterna i köreffektivitet, "säger studieförfattaren Gregory Keoleian, chef för Centrum för hållbara system vid U-M:s skola för miljö och hållbarhet.

"Våra fynd belyser behovet av att fokusera på energieffektivitet vid utformning av autonoma fordon så att de fulla miljöfördelarna med detta framväxande, transformativ teknik kan förverkligas. Vi hoppas att detta arbete bidrar till ett mer hållbart ekosystem för rörlighet. "

Resultaten är schemalagda för online -publicering den 15 februari i tidningen Miljövetenskap och teknik . Forskningen stöddes av bidrag från Ford Motor Co.

Studien är en detaljerad utvärdering av livstidsbidragen för avkännings- och beräkningssubsystem i autonoma fordon till energianvändning och tillhörande utsläpp av växthusgaser. Dessa fordon, formellt kända som anslutna och automatiserade fordon eller CAV, innehåller ofta flera kameror, ekolod, radar, LiDAR, ett GPS -navigationssystem, en dator och stödstrukturer.

Forskarna tittade på två typer av CAV:de som drivs av förbränningsmotorer och batteridrivna elfordon. De två fordonstyperna var ihopkopplade med avkännings- och datorsystem av tre storlekar (små, medelstora och stora) för att skapa sex scenarier.

Livscykelanalysmetodik användes sedan för att uppskatta livslängdenergianvändning och utsläpp av växthusgaser för varje scenario, från vagga till grav.

En viktig upptäckt är att autonoma fordon med elektriska drivlinor har utsläpp av växthusgaser som är 40 procent lägre än fordon som drivs av förbränningsmotorer. De lägre utsläppen beror på ineffektiviteten i produktionen av el från bränsleförbränning, samt en kraftigare bränsleförbrukning ökar när extra massa läggs till ett fordon som drivs av en förbränningsmotor.

"Vi har i detta dokument visat att ett batteri-elfordon är en bättre plattform för CAV-komponenter jämfört med förbränningsmotorn när det gäller att minimera miljöpåverkan, "sade studieförfattaren Jim Gawron, en doktorand vid UM School for Environment and Sustainability och vid Ross School of Business. Arbetet ingår i Gawrons magisteruppsats.

Författarna fann att delsystemen för avkänning och beräkning i anslutna och automatiserade fordon kan öka fordonets energianvändning och växthusgasutsläpp med 3 till 20 procent på grund av ökad energiförbrukning, vikt och aerodynamisk dragkraft.

Men de operativa fördelarna med autonoma fordon, som inkluderar mjukare, effektivare trafikflöde, förväntas uppväga dessa ökningar i de flesta fall.

Studien noterar också att:

Trådlösa dataöverföringar som behövs för navigeringskartor ombord bidrar betydligt till en CAV:s energianvändning och tillhörande utsläpp av växthusgaser - och kartornas upplösning gör en enorm skillnad. Standarddefinitionskartor resulterar i utsläpp av växthusgaser som är 35 procent lägre än utsläppen som genereras när högupplösta kartor överförs över ett 4G LTE-nätverk.

Den extra vikten och effektbehovet från den inbyggda datorn ger betydande effekter. För det medelstora avkännings- och datorsystemet som fungerade som grundscenario i studien, datorn bidrog med 45 procent av vikten, förbrukade 80 procent av strömmen, och stod för 43 procent av utsläppen av växthusgaser.

Stor, exteriörmonterade CAV-komponenter kan öka aerodynamiskt drag och bränsleförbrukning avsevärt, potentiellt kompensera de miljömässiga fördelarna med autonoma fordon. Sensing- och datorkomponenter kommer att fortsätta att miniatyriseras och förpackas mer kompakt; men på kort sikt, storleken och formen på den exteriörmonterade utrustningen kommer att ha påtagliga effekter.

Flera varningar följer med studiens slutsatser om de potentiella miljöfördelarna med automatiserade fordon. Först, dessa slutsatser bygger på antagandet att driftseffektiviteten hos CAV:er kan leda till en minskning av bränsleförbrukningen med 14 procent jämfört med konventionella fordon, baserat på en analys av tidigare arbete från National Renewable Energy Laboratory.

Men om de verkliga besparingarna från CAV-effektivitet är betydligt lägre än 14 procent, miljöfördelarna minskar eller försvinner helt, enligt den nya studien. Också, om de inbyggda datorerna kräver mycket mer effekt än de 200 watt som modellerats i denna studie, minskningen av nettoutsläpp elimineras.

Fordonen som undersöktes i studien är anslutna och automatiserade fordon på nivå 4, definieras som fordon som kan fungera utan mänsklig insats eller tillsyn under utvalda förhållanden. Prototyp nivå 4 CAV:er är bland de fordon som testas på U-M:s Mcity, ett offentlig-privat FoU-initiativ som leder omvandlingen till ansluten och automatiserad mobilitet.