Liikenteen tulevaisuus – lentävistä henkilöautoista sähköisiin kuorma-autoihin
Alkuperäinen artikkeli: Catherine Bischofberger, IEC e-tech Issue 4/2018
Uudet teknologiat saavat aikaan vallankumouksen sekä lyhyen että pitkän matkan työmatka- ja tavaraliikenteessä IEC:n monien kansainvälisten standardien avulla.
Ajaminen töihin voi olla painajaismaista. Loputtomat ruuhkat, saasteet, puute parkkipaikoista – kaikki nämä epämukavuudet voivat yhdessä tehdä päivittäisestä työmatkasta sietämättömän. Kulkuneuvojen valmistajat, julkisen liikenteen yritykset, tilausperiaatteella toimivat yksityiset kuljetuspalvelut ja paikalliset viranomaiset – kaikki yrittävät eri tavoin vähentää autoilijan taakkaa, ja keinoista jotkut ovat futuristisempia kuin toiset.
Lentävä lähtö
Useat valmistajat työskentelevät yhdistääkseen lentokoneiden ja autojen tekniikkaa tarkoituksenaan tuottaa lentäviä autoja. Joitakin näistä erikoisista hybrideistä esiteltiin vuoden 2018 Geneven autonäyttelyssä, joka pidettiin maaliskuussa. Eurooppalainen lentokonevalmistaja, saksalainen autojätti ja italialainen suunnittelu- ja insinöörifirma ovat yhdistäneet voimansa prototyypin kehittämiseksi. Kaupunkiliikenteen ongelmien ratkaisija, lentävän auton konsepti Pop.Up, esiteltiin vuoden 2017 näyttelyssä, mutta sen jälkeen maakapselin ja ilmamoduulin yhdistävää lukitusjärjestelmää on parannettu, ja lentävä auto on paljon kevyempi kuin ensimmäinen versio. Kapseliin on asennettu älykäs silmien seurantaan ja kasvojen ilmeiden tunnistukseen perustuva käyttöliittymä, joka lukee matkustajan tunnetilaa ja toiveita. Pop.Upin maakapselin on tarkoitus laskeutumisen jälkeen toimia itsenäisesti kulkevana sähköajoneuvona, joka käyttää antureita, kameroita ja tutkia sekä LIDAR-teknologiaa (light detecting and ranging).
Joukko IEC:n teknisiä komiteoita (TC) ja niiden alakomiteoita (SC) laatii kansainvälisiä standardeja, jotka liittyvät näissä teknologioissa käytettäviin komponentteihin. IEC TC 47 Semiconductors julkaisee standardin IEC 62696, jossa määritellään yleiset vaatimukset itsestään liikkuvien kulkuneuvojen antureiden teholiitännöille. IEC TC 100 Audio, video and multimedia systems and equipment kehittää standardeja digitaalisille kameroille. IEC TC 69 puolestaan julkaisee sähköajoneuvojen lataukseen liittyviä standardeja.
Jatketaan rekkakuljetuksia
Palvelukulkuneuvojen sähköistäminen on etenemässä nopeasti. Useat merkittävät valmistajat ovat esitelleet kevyitä sähkökuorma-autoja ja suunnitelmat ovat olemassa raskaiden sähköajoneuvojen tuomiseksi markkinoille parin seuraavan vuoden aikana. Yhdessä ensimmäisistä kevyistä kuorma-autoista, eCanterissa, on kestotahtimoottori, jonka teho on 185 kW ja joka saa sähkönsä litiumioniakustoista. Valmistajansa mukaan se voi kulkea jopa 120 km ennen uudelleenlatausta. Sama yritys kehittää myös täysin sähköistä raskasta kuorma-autoa, joka pystyy kulkemaan 350 km yhdellä latauksella kuljettaessaan 11 tonnin kuormaa. IEC TC 21 laatii standardit kaikille akkukennoille ja akuille. Ne käsittelevät suorituskykyä, mittoja, turvallisen asennuksen periaatteita ja sähköisissä tiekulkuneuvoissa käytettävien ajovoima-akkujen merkintöjä.
Pitkän matkan kulkuneuvoissa pääasialliset täyssähköiset vaihtoehdot ajovoimanlähteeksi ovat akkujen lisäksi vetypolttokennot ja tien yläpuolelle asennetut riippujohtojärjestelmät. Langattomat tehonsiirtojärjestelmät (wireless power transfer, WPT) ovat vaihtoehtoinen tapa ladata sähköajoneuvoja, joko paikoillaan tai liikkeessä. Langaton tehonsiirto perustuu suuritehoiseen induktiiviseen energiansiirtoon. Tätä teknologiaa on käytetty muutamia vuosia kaupunkilinja-autojen sähkönsyöttöön Belgiassa ja Saksassa. IEC:n teknisen komitean TC 69 työryhmä WG 7 käsittelee erityisesti sähköajoneuvojen langattomia tehonsiirtojärjestelmiä. Se työstää kolmiosaista kansainvälistä standardisarjaa IEC 61980, joka käsittelee sähköverkosta sähköisiin tiekulkuneuvoihin tapahtuvaa langatonta tehonsiirtoa käyttäviä laitteita.
Vety, joka pumpataan polttoaineasemalta autoon ihan niin kuin muutkin polttoaineet, yhtyy ilmasta saatavaan happeen kemiallisesti muodostaen vettä. Tämä mahdollistaa polttokennoista sähkönsä saavien ajoneuvojen toiminnan. Prosessissa, joka muistuttaa akkujen kemiallisia prosesseja, syntyy sähköä, jota käytetään sähkömoottorin pyörittämiseen. IEC TC 105 laatii kansainväliset standardit polttokennoteknologioille, joita käytetään lisääntyvässä määrin sähköajoneuvoille palvelusektorilla.
Kuorma-autot voivat myös saada sähköä ilmajohdoista käyttäen saksivirroittimia samaan tapaan kuin sähköbussit. IEC TC 69 Electric road vehicles and electric industrial trucks kehittää kansainvälistä standardisarjaa IEC 61851 sen varmistamiseksi, että sähkönjohtavuuteen perustuvat latausjärjestelmät ovat turvallisia ja luotettavia.
Nautitaan sadonkorjuusta
Joissakin energiankeräystekniikoissa aurinkosähköpaneeleja asennetaan tienpinnan päälle keräämään aurinkosähköä. Nämä moduulit voivat joko korvata asfaltin tai niitä voidaan sijoittaa suoraan olemassa olevien teiden päälle. Pääasiallisena haasteena on valmistaa kestäviä paneeleja, jotka sietävät painavia kuormia. Näiden moduulien keräämä energia käytetään tieverkoston valaisemiseen ja liikennevalojen ja näyttötaulujen sähkönsyöttöön.
Lämpösähköisiä generaattoreita (thermoelectric generator, TEG) voidaan myös käyttää energian keräämiseen tiepinnoilta. Ne muuntavat geotermistä energiaa sähköksi. Pietsosähkö tarkoittaa sähkövarausta, joka syntyy, kun tiettyjä kiteitä rasitetaan mekaanisesti. Näitä kiteitä voidaan upottaa asfaltin pinnan alle. Kun autot ajavat niiden ylitse tiellä, pyörät kohdistavat kiteisiin voiman, joka saa ne muuttamaan muotoaan ja synnyttämään sähköenergiaa. Tätä energiaa voidaan käyttää katujen valaisemiseen tai se voidaan varastoida akkuihin myöhempää käyttöä varten.
Standardi IEC 62830-1, jonka on laatinut komitea IEC TC 47 Semiconductor devices, määrittelee termit, määritelmät, piirrosmerkit, konfiguraatiot ja testimenetelmät. Näitä voidaan käyttää käytännön sovelluksiin tarkoitettujen, värähtelyihin perustuvien pietsosähköisten energiankeräyslaitteiden suorituskyvyn määrittämiseen. Tämä dokumentti koskee pietsosähköisiä energiankeräyslaitteita kuluttaja-, teollisuus-, sotilas-, ilmailu- ja avaruussovelluksissa ilman mitään rajoituksia laitteiden teknologialle ja koolle. Globaalilla tasolla pietsosähköisen teknologian standardit kehittää komitea IEC TC 49, joka käsittelee pietsosähköisiä laitteita, eristeitä ja sähköstaattisia laitteita.
Rautateiden kyberturvallisuus
Kun verkkoon liitettyjen kulkuneuvojen määrä lisääntyy, samoin käy kyberuhille. Hakkerit voivat varastaa autoja. Mutta mikä on vielä vakavampaa, ne voivat ottaa ajoneuvon tietokonejärjestelmät hallintaansa ja käsitellä jarruja, moottoria ja vaihteistojärjestelmää etäyhteyden kautta.
Rautatieverkot ovat myös haavoittuvia kyberhyökkäyksille. Euroopan Unioni kannustaa siirtymään sähkömekaanisesta teknologiasta digitaaliseen IP-protokollaan perustuvaan teknologiaan. Se vaatii jäsenmaita ottamaan käyttöön eurooppalaisen rautatieliikenteen hallintajärjestelmän (European Rail Traffic Management System, ERTMS), jolla on tarkoitus korvata erilaiset kansalliset junien ohjaus- ja komentojärjestelmät Euroopassa. Rautatiejärjestelmät ovat yhä enemmän kytkettyjä toisiinsa, mikä lisää riskiä. Euroopan rautateiden tärkeimmät sidosryhmät yhdistävä Shift2Rail-hanke aikoo määritellä, miten kyberturvallisuuden eri näkökohdat tulisi ottaa huomioon rautatiesektorilla. Se on arvioinut soveltuvia standardeja ja valinnut IEC 62443 -sarjan, jonka on julkaissut komitea IEC TC 65 Industrial-process measurement, control and automation.
Ihmisten kuljettamista itseohjautuviin
Kun itseohjautuvien autojen käyttäminen kaupungeissa tulee yhä todennäköisemmäksi, kaupunkiliikenteen kanssa tekemisissä olevat sidosryhmät raapivat päitään ja yrittävät löytää vastausta kysymykseen, miten itseohjautuvat kulkuneuvot voidaan integroida ympäristöön, jossa useimpia autoja ajaa yhä ihminen? International Telecommunications Union (ITU) ja United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) järjestivät Geneven kansainvälisessä autonäyttelyssä Future Networked Car Symposiumin. Tilaisuuden asiantuntijat olivat yhtä mieltä siitä, että alkuvaiheessa useimpien kaupunkien vuokra-autovalikoimassa on oltava ihmisten kuljettamia ajoneuvoja ja itseohjautuvia kulkuneuvoja sekä myös erityyppisiä itseohjautuvia kulkuneuvoja.
Samanlainen valikoima tulee todennäköisesti esiintymään julkisen liikenteen palveluissa – erityisesti jos paikallisviranomaiset itse tarjoavat vuokrausjärjestelmiä. Muita esitettyjä kysymyksiä olivat: Miltä itseohjautuvat kulkuneuvot näyttävät kymmenen vuoden kuluttua? Omistavatko ihmiset silloin ollenkaan autoja? Vain aika näyttää, miten käy, mutta useimmat analyytikot veikkaavat kulkuneuvojen omistuksen vähenevän.
