Ciągle w ruchu, coraz szybciej.

Piotr KołaczekBranża motoryzacyjna, Nasze realizacje

Rynek motoryzacyjny jest w początkowej fazie wielkiej rewolucji. Jej skutki przerosną wszystko, co wydarzyło się w historii samochodu, odkąd w 1885 roku Gottlieb Daimler zbudował jednocylindrowy czterosuwowy silnik spalinowy, a Karl Benz swój trzykołowy pojazd.

Od tamtej pory zmieniło się bardzo wiele. Każdy podzespół samochodu był modyfikowany wiele razy, do gry weszła elektronika, później informatyka. Niezmienne pozostawały tylko dwie reguły: po pierwsze, samochód porusza się na kołach, a po drugie – jest napędzany silnikiem spalinowym.
Od drugiej zasady zdarzały się wyjątki, lecz dotychczas potwierdzały one regułę. Stosowano silniki elektryczne, ale tylko w szczególnych sytuacjach: w transporcie przemysłowym, na polach golfowych, w niewielkich maszynach samobieżnych. Przed dwudziestu laty, w 1997 roku, rozpoczęto seryjną produkcję pierwszego samochodu osobowego z napędem spalinowo-elektrycznym. Konstruktorzy hybrydowej Toyoty Prius dokonali tego, co 97 lat wcześniej nie udało się Ferdynandowi Porsche, który w 1900 roku zademonstrował pierwszy samochód o napędzie spalinowo-elektrycznym. Opracował go ze wspólnikiem Jacobem Lohnerem i przedstawił na Wystawie Światowej w Paryżu. Sprzedano około 300 egzemplarzy tego pojazdu.
Dzisiaj wszystko wskazuje na to, że napęd elektryczny zdominuje przemysł motoryzacyjny. Najpierw w samochodach osobowych i autobusach, za chwilę w autach dostawczych. Zapewne najwięcej trudności przysporzy opracowanie elektrycznych samochodów ciężarowych, ale w tym roku mamy szansę zobaczyć pierwsze pojazdy tej klasy.

Zapowiedź zmian – hybrydy i hybrydy plug-in

Przemysł motoryzacyjny dąży do zastąpienia silników spalinowych jednostkami elektrycznymi. Można dyskutować, kiedy to nastąpi, ale wzrost środków na prace nad napędem, akumulatorami i automatyką nie pozostawia złudzeń: przyszłość należy do samochodów elektrycznych. Hybrydy i hybrydy plug-in są tylko etapem w drodze do celu. Dzięki nim możliwe stało się testowanie koncepcji pojazdu z silnikiem elektrycznym bez dostępu do akumulatorów o pojemności wystarczającej do zasilania całkowicie elektrycznego pojazdu.
Sprzedaż hybryd wciąż rośnie, apetyty producentów również. Z roku na rok przybywa wersji elektrycznych dobrze znanych modeli.

Interesująca będzie obserwacja sprzedaży hybryd typu plug-in, umożliwiających doładowanie akumulatora z sieci energetycznej. O ile pierwsze pojazdy z napędem spalinowo-elektrycznym musiały korzystać ze stacji benzynowych, o tyle hybrydy plug-in mogą jeździć wyłącznie dzięki ładowaniu akumulatorów prądem z gniazdka. Jest tylko jeden szkopuł: na razie można w ten sposób pojechać na zakupy, dalszy wyjazd na wakacje bez paliwa raczej się nie uda. Bez użycia silnika spalinowego hybrydy plug-in mają zasięg od 30 do 85 kilometrów (z niewielkim okładem).

Silniki zasilane wodorem

Zasilanie silników elektrycznych energią zgromadzoną w akumulatorze ma kilka wad. Akumulatory są ciężkie, duże, czas ładowania jest znacznie dłuższy od czasu tankowania paliwa, a zasięg jazdy krótszy niż na paliwie ciekłym. Wiele problemów usuwa zastosowanie wodoru jako nośnika energii. Ten powszechnie dostępny gaz jest pozyskiwany w drodze elektrolizy, to znaczy po dostarczeniu energii elektrycznej. Ten etap cyklu paliwowego można porównać do ładowania akumulatora w sposób „centralny”.
Drugi etap obejmuje transport, przechowywanie na stacji paliw i tankowanie do zbiornika pojazdu. I w końcu trzeci etap – spalanie. Efektywne, przyjazne dla środowiska: jedynym produktem jest czysta chemicznie woda. Wytworzona w tym procesie energia elektryczna zasila silnik pojazdu. Wszystko działa, przynajmniej w teorii.

W praktyce największą przeszkodą w rozwoju sprzedaży pojazdów z wodorowymi ogniwami paliwowymi jest brak punktów tankowania. To taki motoryzacyjny paragraf 22: stacje tankowania nie powstaną bez wsparcia rządu, ponieważ w pierwszym okresie działalności nie mogą być rentowne. Z drugiej strony, dopóki nie pojawią się stacje, trudno znaleźć klientów skłonnych kupić bardzo drogie samochody.

Żeby przedstawić skalę problemu, wystarczy wspomnieć, że w USA działają 34 stacje tankowania wodoru dostępne publicznie, a zdecydowana większość jest zlokalizowana w jednym stanie – w Kalifornii. Na Wyspach Brytyjskich wodór dystrybuuje 13 stacji, z tym że niektóre z nich są własnością instytutów naukowych i nie prowadzą sprzedaży dla kierowców. W Wielkiej Brytanii sprzedaż samochodów osobowych wyposażonych w wodorowe ogniwa paliwowe prowadzą na razie dwie marki: Toyota i Hyundai. Od chwili wprowadzenia w 2016 roku do sprzedaży Toyoty Mirai na Wyspach zarejestrowano około 30 egzemplarzy tego samochodu. Wyniki sprzedaży marki Hyundai nie są lepsze.

W marcu 2017 r. brytyjskie ministerstwo transportu zapowiedziało, że w najbliższym czasie wesprze rozwój sieci stacji tankowania wodoru dotacją o wartości sięgającej 23 milionów funtów. Mimo skromnych początków, rządowe Centre for Future Studies prognozuje, że w roku 2030 po brytyjskich drogach może jeździć nawet 1,6 miliona samochodów napędzanych wodorem.

Pojazdy ciężarowe i autobusy

Nawet jeśli napęd elektryczny zawojuje segment pojazdów osobowych, pozostanie jeszcze produkcja samochodów ciężarowych i autobusów. Autobusy miejskie zaczęły być „elektryfikowane” stosunkowo wcześnie. Duże rozmiary, spora dopuszczalna masa całkowita i jazda po relatywnie krótkich trasach predestynowały je do wykorzystania jako platformy testowej i rozwojowej dla napędu elektrycznego i hybrydowego.
Samochody ciężarowe, zwłaszcza przeznaczone do transportu długodystansowego ciągniki siodłowe, są znacznie większym wyzwaniem. Wymagają stosowania silników o dużej mocy, a więc i bardzo wydajnych akumulatorów, które powinny mieć parametry lepsze od akumulatorów trakcyjnych stosowanych w autobusach, przy zachowaniu mniejszej masy własnej i objętości. Przyjdzie na to poczekać, chociaż pojawiają się pierwsze konkretne propozycje.
W 2016 r. MAN zademonstrował prototyp pojazdu przeznaczonego do dystrybucji miejskiej wyposażonego w silnik elektryczny o mocy 250 kW i momencie obrotowym 2700 Nm. Zasięg między ładowaniami wynosi około 200 km. Do końca 2017 roku MAN chce pokazać prototyp ciągnika siodłowego z napędem elektrycznym. Produkcja seryjna jest wstępnie zapowiadana na rok 2021.
1 grudnia 2016 r. w Salt Lake City Nikola Motor Company pokazała ciągnik siodłowy napędzany silnikiem elektrycznym zasilanym przez wodorowe ogniwa paliwowe. W najbliższym czasie możemy oczekiwać kolejnych prezentacji mniejszych i większych producentów.
13 kwietnia 2017 r. Elon Musk, założyciel firmy Tesla, zapowiedział, że we wrześniu tego roku jego firma przedstawi pierwszy model ciągnika siodłowego z napędem elektrycznym. Jeśli inżynierowie Tesli skonstruowali w pełni funkcjonalny pojazd, gotowy do użycia w transporcie, konsekwencje będą poważniejsze, niż mogłoby się wydawać. Dla branży paliwowej w perspektywie 10–20 lat będzie to oznaczało spadek zainteresowania firm transportowych zakupem dużych ilości oleju napędowego. Ze zmian ucieszą się producenci energii elektrycznej.

Pojazdy autonomiczne – co zmienią?

Pomysł „wyrzucenia” kierowcy z samochodu wciąż wydaje się zbyt ekstrawagancki, aby udało się go wprowadzić w życie w najbliższej przyszłości. A przecież nad pojazdami autonomicznymi pracują od lat poważne firmy, między innymi Google (projekt Waymo) i Uber.
Idea jest prosta: zwolnić podróżujących samochodem z obowiązku kierowania nim albo umożliwić kierowcy odpoczynek podczas jazdy. Dzięki temu można by zwiększyć wygodę podróżowania i umożliwić jazdę samochodem osobom, które z jakiegoś powodu nie chcą albo nie mogą uzyskać prawa jazdy (np. niewidomi). Zautomatyzowane taksówki oznaczają oszczędności dla firm transportowych, które mogłyby zrezygnować z zatrudniania taksówkarzy.
Rozpatrywano wiele koncepcji automatycznego transportu samochodowego. Najłatwiejsza z punktu widzenia automatyki i zapewnienia bezpieczeństwa koncepcja polegała na stworzeniu wydzielonych dróg albo przynajmniej pasów jezdni dla pojazdów automatycznych. Odseparowanie ich od pozostałych uczestników ruchu zmniejszało ryzyko kolizji automatu z pojazdem prowadzonym przez nieprzewidywalnego człowieka.
Koszty realizacji takiego przedsięwzięcia okazały się zbyt wysokie dla większości aglomeracji, poza tym ograniczałyby swobodę użytkowania pojazdu. Dlatego kilka ośrodków naukowych rozpoczęło prace nad technologiami, które pozwoliłyby na wyprodukowanie pojazdu zdolnego do samodzielnego poruszania się w ruchu miejskim razem z innymi użytkownikami drogi.
Problem jest złożony i wymaga zastosowania zaawansowanych technik rozpoznawania obrazu, lokalizacji pojazdu, ostrzegania przed kolizjami, a przede wszystkim skutecznych i wydajnych algorytmów przetwarzania potoku informacji i podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym. Decyzji, od której zależy życie i zdrowie ludzi w pojeździe i poza nim.

Pojazdy jako element IoT (Internet of Things)

Internet Rzeczy (Internet of Things – IoT) staje się faktem. Z miesiąca na miesiąc coraz więcej urządzeń uzyskuje bezpośredni dostęp do internetu. Są wśród nich urządzenia AGD, maszyny przemysłowe, składniki systemów domów inteligentnych, ubrania, biżuteria. Są też samochody.
Permanentne połączenie pojazdu z siecią stwarza wiele możliwości w zakresie kontroli, sterowania, nawigacji, wspomagania planowania podróży, rozrywki dla pasażerów (podczas jazdy) i kierowcy (w czasie postoju). Z drugiej strony niesie pewne zagrożenia, ponieważ samochód online jest doskonałym celem dla przestępców i wyzwaniem dla specjalistów od bezpieczeństwa IT.

Pierwszy przykład

21 kwietnia 2017 r. Mercedes poinformował media, że we wszystkich samochodach wyprodukowanych w latach 2016 i 2017 będzie dostępna usługa wymiany danych online z urządzeniami Google Home i Amazon Echo.
Google i Amazon od lat pracują nad rozpoznawaniem i syntezą głosu. Owocem ich wysiłków są urządzenia, dzięki którym można korzystać z niektórych zasobów internetu bez monitora i klawiatury, rozmawiając z uruchomioną na nich aplikacją. Urządzenia nasłuchują głosu domowników. Kiedy go wykryją, próbki głosu są przesyłane na serwery Google lub Amazona, które rozpoznają polecenia. Dzięki temu bez podchodzenia do takiego „terminala” można: odtwarzać muzykę z internetu, przeszukiwać Wikipedię, sterować urządzeniami włączonymi do Internetu Rzeczy w domach inteligentnych, wysłać podyktowaną wiadomość do przyjaciół, a teraz także przygotować Mercedesa do jazdy.
Samochód jest wyposażony w interfejs, który zapewnia stałą komunikację z siecią. Właściciel zakłada konto w serwisie Mercedesa i kojarzy z nim domowe urządzenie. Od tej pory można pobierać informacje o stanie pojazdu, wysyłając polecenia włączenia lub wyłączenia wybranych funkcji (np. odblokowania drzwi), wprowadzenia do pokładowej nawigacji punktu docelowego.
Ani Amazon, ani Google nie sprzedają swoich urządzeń w Polsce. Różnice pomiędzy językiem polskim a angielskim są tak duże, że wymagają jeszcze sporego nakładu pracy. Nieco paradoksalnie, bo Alexa, usługa dźwiękowa pracująca na urządzeniu Echo Amazona, powstaje w Polsce, w gdańskim oddziale firmy.

Drugi przykład

Dwa lata temu dwaj specjaliści od bezpieczeństwa IT – Charlie Miller i Chris Valasek –wprowadzili w zakłopotanie producentów samochodów, włamując się przez internet do systemu kontrolującego Jeepa Cherokee i unieruchamiając go podczas jazdy po autostradzie.
Zademonstrowali też włamanie do Toyoty Prius i Forda Escape. Udowodnili, że pokonując zabezpieczenia poszczególnych systemów samochodów można włączyć lub odciąć hamulce, doprowadzić do niekontrolowanego przyspieszenia pojazdu, zdalnie obracać kierownicą pojazdu poruszającego się z dużą prędkością.
Jeśli na ulicach pojawią się taksówki bez kierowcy, nad którymi pracuje między innymi Uber, trzeba będzie wziąć pod uwagę możliwość włamania do systemów samochodu poprzez złącze diagnostyczne. Niektórzy pasażerowie mogą mieć bowiem nieprzyjazne zamiary.
To wszystko sprawia, że bezpieczeństwo informatyczne pojazdów będzie jednym z najbardziej palących problemów najbliższych lat. Każde nowe rozwiązanie musi być przetestowane pod względem bezpieczeństwa. Stoi to w sprzeczności z tempem rozwoju przemysłu motoryzacyjnego, który zazwyczaj spieszy się z wprowadzaniem na rynek nowych modeli i rozwiązań.


O autorze

Piotr Kołaczek