تأثیر سیستم های هوشمند و فناوری های نو در بهینه سازی الگوی مصرف سوخت - آکا
مورد بررسی قرار می دهد همچنین به کارگیری سیستم های هوشمند در تولید تجهیزات کنترل,سیستم حمل و نقل جاده ای مورد بررسی قرار گرفته,تأثیر سیستم های هوشمند و فناور

تأثیر سیستم های هوشمند و فناوری های نو در بهینه سازی الگوی مصرف سوخت


مقاله حاضر، ریشه ها و عوامل فناورانه موجود در تولید خودرو و عدم به کارگیری تکنولوژی های نو در ساخت آن را مورد بررسی قرار می دهد. همچنین، به کارگیری سیستم های هوشمند در تولید تجهیزات کنترل ترافیک، مسیریابی، مکان یابی و مدیریت ناوگان حمل و نقل عمومی و تأثیر آنها در بهینه سازی الگوی مصرف سوخت خودرو را مد نظر قرار داده است. این فناوری ها در دو بخش فناوری های ساخت خودرو و فناوری ها و سیستم های کنترل جاده و ترافیک (چه در خودرو و چه در سیستم حمل و نقل جاده ای) مورد بررسی قرار گرفته اند. در نهایت، نقش سوخت های جایگزین به عنوان فناوری های نو در صنعت خودروسازی، به اختصار شرح داده می شود.

نقش حیاتی سوخت در جوامع امروزی، قابل انکار نبوده و وابستگی تمامی ابعاد زندگی به سوخت های فسیلی دغدغه کنونی محدودیت منابع آن را به همراه آورده و متصدیان امر را به چالش هایی دشوار در این زمینه واداشته است. از جمله این چالش ها، بررسی راهکارهای نو و به کارگیری سیستم ها، منابع و ذخایر نو فناوری است که در کاهش مصرف سوخت های فسیلی و یا به بیانی دیگر، بهینه سازی مصرف آنها، مؤثر واقع شوند.

نانو فناوری

نانو فناوری، توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل سطح مولکولی و اتمی آنها و استفاده از خواصی است که در این سطح ظاهر می شود. نانو فناوری به عنوان انقلابی در شرف وقوع، به سرعت جایگاهی ویژه در تمام زمینه های علمی و صنعتی، پیدا کرده است. کاربرد نانو فناوری در هر فعالیتی، همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.

● نانو فناوری در صنعت خودرو

صنعت خودرو، یکی از بزرگترین صنایع جهان است و به کارگیری فناوری هایی جدید همچون نانوفناوری در چنین صنعتی، بسیار ضروری است. بدنه های سبکتر و مقاومتر برای خودرو، لاستیک های دارای مقاومت سایشی بهتر و دوام بیشتر، نانو ساختارهای مبتنی بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل سوختی، حسگرهای چندمنظوره برای کنترل فرایندهای مختلف در خودرو، کاتالیزورهای اگزوز خودرو به منظور کاهش آلودگی هوا، لایه های بسیار محکم با خصوصیاتی ویژه نظیر الکتروک رومیک (رنگ پذیری الکتریکی) با خاصیت خود پاک کنندگی برای استفاده در شیشه و آینه های خودرو، سازگار کردن خودرو با محیط زیست و بسیاری از دیگر موارد، نمونه هایی از کاربردهایی هستند که نانو فناوری در صنعت خودرو خواهد داشت. این فناوری، جایگزینی جدید است که تایرهایی سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر ساییدگی را به ارمغان می آورد.

خصوصیات ویژه صنعت خودرو، آن را به بازاری مستعد برای ورود نانوفناوری تبدیل کرده است. این بازار، بسیار بزرگ بوده و با پیشرفت زمان، توسعه ای سریع برای ایجاد محصولات جدید دارد.

کاربردهای نانو در صنعت خودرو، به طور عام عبارتند از:

الف) قابلیت جلوگیری از نشت گازها و مایعات

ب) نانو فناوری فلزی

پ) رنگ و پوشش

ت) حسگرها

ث) مبدل های کاتالیستی و فیلترها

● سیستم های هوشمند حمل و نقل

صف های طویل در ایستگاه های عوارضی، راه بندان های طولانی، تغییر مسیرهای ناخواسته و یا اشتباهات مربوط به انتخاب مسیر و... نمونه مواردی هستند که باعث افزایش مصرف سوخت می شوند. با انجام اقدامات زیر می توان هر یک از موارد یادشده را حذف کرد:

● سیستم های اطلاعات ترافیک

یکی از انواع کلیدی سیستم های ITS مربوط به خودروهای شخصی، سیستم اطلاعات ترافیک است. در واقع هر رادیوی خودرو، از پیش واجد این قابلیت است که اطلاعات ترافیکی را دریافت کند چه از طریق برنامه های رادیویی و چه از طریق کانال های رادیویی مختص پخش آخرین اطلاعات ترافیکی.

● پخش صوتی دیجیتال (DAB)

سیستم های پخش صوتی دیجیتال، به علت محدودیت ظرفیت پخش رادیویی FM ایجاد شده اند. سیستم های DAB به منظور انتقال داده های متنی تصویر در حرکت با سرعت های بالا، مورداستفاده قرار گرفته است.

● خدمات WAP

پروتکل کاربرد بی سیم (WAP) استاندارد صنعتی در حال ظهوری است که به منظور ارائه خدمات اطلاعاتی مشابه اینترنت، به صورت بی سیم و توسط دستگاه های بی سیم دستی، به کار برده می شود.

● کانال ارسال پیام ترافیکی (TMC)

گزینه ای دیگر برای ارائه مستمر اطلاعات بهنگام در مورد وضعیت ترافیک، استفاده از کانال ارسال پیام ترافیکی مبتنی بر پخش FM است. این سیستم تک کاربرد خاص، از سیستم انتقال داده ها توسط امواج رادیویی (TMC)، اخبار و اطلاعات لحظه ای درباره ترافیک استفاده می کند.

● جهت یابی و راهنمایی مسیر

اغلب اوقات، خدمات اطلاعات ترافیکی، با یک سیستم جهت یابی درون خودرو ترکیب می شوند که ارائه دهنده خدمات راهنمای تعیین مسیر و سایر خدمات جانبی همچون خدمات اطلاعاتی پارکینگ است. سیستم راهنمای مسیر، می تواند به صورت نصب شده بر روی خودرو و یا سیستم های جدا از خودرو، پویا و یا ایستا باشد.

● صدور بلیط های الکترونیکی

هدف این سیستم آن است که از طریق توسعه سیستمی ابتکاری، به کاربران خود امکان دهد تا هزینه مربوط به برخی خدمات پخش حمل و نقل مانند عوارض بزرگراه ها، وسایل حمل و نقل عمومی و هزینه پارکینگ را از طریق اینترنت و یا همراه، پرداخت کنند.

● توزین خودرو در حال حرکت (WIM)

سیستم های توزین در حال حرکت که امروزه در سراسر دنیا به کار می روند، دستگاه هایی هستند که امکان توزین مستمر و بدون انقطاع خودروهایی را فراهم می آورد که با سرعتی در حدود سرعت مجاز حرکت در آزادراه ها، در حرکتند. اکثر خودروهای تجاری باید هر روز توزین شوند تا از افزایش مصرف سوخت ناشی از بار اضافی جلوگیری شود.

● سیستم الکترونیک اخذ عوارض

ما با صف های نسبتاً کسل کننده جاده ها که وقت زیادی از افراد را در انتظار رسیدن به باجه اخذ عوارض آن هم با موتورهای روشن تلف می کنند، آشنا هستیم. از مدت ها قبل، گردانندگان امور زیربنایی جاده ای، به ناکارامدی این شیوه اخذ عوارض پی برده و تلاش کرده اند تا راهکارهایی نوین برای پرداخت الکترونیک عوارض، به منظور سرعت بخشیدن به روند کار ایجاد کنند.

● سیستم هوشمند مدیریت ناوگان حمل و نقل عمومی

استفاده از مدیریت هوشمند حمل و نقل عمومی، می تواند باعث کاهش هزینه های رفت و آمد مسافران برای دریافت بلیط اتوبوس، قطار، هواپیما و... شود. با استفاده از این سیستم، می توان هزینه این رفت و آمدها را کاهش داد. با کم شدن تعداد مراجعات، مسلماً مصرف سوخت نیز کاهش خواهد یافت.

استفاده از سیستم هوشمند دریافت عوارض، می تواند باعث کاهش مصرف در تمامی خودروها شود. استفاده از سیستم هوشمند توزین بار کامیون ها نیز نقش مهمی در کاهش مصرف دارد.

● استفاده از power max

سوختن بنزین در موتور، باعث به وجود آمدن لایه ای کربنی می شود که به صورت رسوب بر جداره موتور باقی می ماند. مولکول هایی ناهمگون در سوخت های بنزینی و دیزلی وجود دارد. به تدریج که مولکول ها به صورت خوشه ای رشد می کنند، مولکول های لایه درونی نمی توانند با مولکول های هوا ترکیب شوند. لذا سوخت به صورت کامل نمی سوزد و در نهایت به صورت پسماند باقی می ماند. در واقع، قابلیت Max power این است که می تواند توده های مولکولی یاد شده را بشکافد و به اکسیژن اجازه دهد تا با نفوذ درون آنها، با مولکول ها ترکیب شود.

● توربوشارژر

سوپر شارژرها هوای بیشتری برای سیلندرهای موتور تأمین می کنند. تأمین هوای بیشتر، در واقع آماده سازی شرایطی بهتر برای انجام احتراق است. این امر باعث احتراق بهتر سوخت در محفظه و در نهایت قدرت بیشتر موتور خواهد بود. توربوشارژر، شامل یک کمپرسور و توربین است که هر دو روی یک شفت نصب شده اند و توربین توسط گازهای خروجی حاصل از احتراق چرخانده می شود. به این ترتیب، انرژی این گازها که در صورت نبودن توربوشارژر تلف می شد، برای چرخاندن کمپرسور استفاده شده و هوای بیشتری برای سیلندرهای موتور تأمین می کند. این وسیله، باعث بهینه سازی مصرف سوخت خودرو شده و سرعت موتور با افزایش مصرف سوخت، بیشتر می شود. استفاده از توربوشارژر، زمینه ساز رعایت نسبت دقیق تر سوخت هوا و احتراق بهتر است.

● گسترش تجارت الکترونیکی

گسترش تجارت الکترونیکی، زمینه ساز کاهش رفت و آمدها و تمرکززدایی از شهرهای بزرگ شده و می تواند باعث کاهش مصرف سوخت شود. با نزدیکتر شدن به برنامه های «دولت الکترونیک»، حجم رفت و آمدهای کشور در مدتی کوتاه تا مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. این کاهش، تأثیری مستقیم بر کاهش مصرف می گذارد. زندگی در دنیای کنونی، نیازمند استفاده سیستم های هوشمند الکترونیکی و مخابراتی است تا بتواند پاسخگوی نیازهای جمعیت رو به رشد کنونی باشد.

تجارت الکترونیکی می تواند بدون نیاز مراجعه فرد به محل داد و ستد کالا، صورت گرفته و فرد را از هزینه سوخت و دیگر هزینه های جانبی، خلاص می کند. دولت می تواند با سرمایه گذاری در این بخش، از هزینه هایی سنگین که برای یارانه سوخت می پردازد، بکاهد. برای اینکه این نوع تجارت سهم بیشتری در تبادلات اقتصادی کشور داشته باشد، دولت باید آموزش های لازم را برای آشنایی افراد (بویژه مدیران و تجار) بدهد تا از زیان های احتمالی آنها به دلیل نداشتن اطلاعات لازم و صحیح در این زمینه، بکاهد.

● سوخت های جایگزین

▪ ضرورت استفاده از سوخت های جایگزین

ادامه تولید خودروهایی که با فناوری قدیمی و تفکر یارانه ای عرضه می شوند و تردد خودروهای فرسوده، روز به روز بر مشکلات اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی کشور می افزاید. در چنین شرایطی، تلاش برای شناسایی و تأمین سوختی ارزان و پاک که جایگزینی مناسب برای سوخت های فسیلی متداول باشد، امری ضروری است.

مهمترین و معمول ترین سوخت ها برای استفاده در وسائط حمل و نقل در بسیاری از کشورهای دنیا، بنزین و گازوئیل است. خودروهایی که سوخت بنزین یا گازوئیل مصرف می کنند، موجب انتشار مواد مضر و آلاینده با ترکیبات شیمیایی پیچیده شده و به نوبه خود، سبب تولید ازن در جو زمین می شوند. گرچه در کشورهای پیشرفته تمهیداتی مختلف نظیر معاینه فنی یا نصب سیستم های کنترل انتشار آلاینده در اگزوز خودروها برای کاهش آلودگی به کار گرفته شده، اما این برنامه ها در شهرهای بزرگ مسئله تولید ازن و سایر آلاینده ها را به حد کافی کاهش نداده است.

▪ سوخت های گازی

در حال حاضر، میزان متوسط مصرف بنزین هر خودروی سواری در کشور روزانه ۱۰ تا ۷۵ لیتر است که این میزان بیش از ۴ برابر کشور انگلیس و ۵/۵ برابر کشور فرانسه است. با توجه به روند صعودی تولید خودر و در کشور، انتظار می رود تعداد خودرو در سال ۱۴۰۰ افزون بر ۱۵ میلیون دستگاه باشد که به این ترتیب، میزان کسری بنزین در کشور طی ۲۰سال آینده، افزون بر ۵۰۰ میلیارد لیتر خواهد بود.

با درک این شرایط، تفکر در مورد سوخت های جایگزین، امری اجتناب ناپذیر است. با توجه به اینکه ایران به تنهایی حدود ۵/۱۵ درصد از ذخائر گاز طبیعی دنیا را در اختیار داشته و از این نظر دارای مقام دوم جهان است، استفاده از گاز به عنوان راه حل مناسب مطرح است. بررسی ها نشان می دهند که این سرمایه گذاری از نظر اقتصادی نیز دارای توجیه کافی بوده و از جنبه زیست محیطی نیز سوختی کاملاً پاک و سالم است.

▪ سوخت های سری p

سوخت های سری p مخلوطی از ترکیبات سنگین گاز طبیعی، شامل پنتان و ترکیبات سنگین تر از آن، پنتان+ اتانول و حلال های تولید شده از بیوماس۱ مانند متیل تترا هیدروفوران۲ است. از بوتان نیز برای برطرف کردن اشکال دیر روشن شدن خودرو در هوای سرد، استفاده می شود.

سوخت های سری P مایعاتی شفاف، بیرنگ با عدد اکتان ۸۹ تا ۹۳ بوده و در خودروهای انعطاف پذیر در مقابل سوخت، قابل استفاده اند. این سوخت ها را می توان به صورت خالص و یا مخلوط با بنزین در هر نسبت دلخواه، مورد استفاده قرار داد.

▪ سوخت الکتریکی

الکتریسیته به عنوان سوخت خودرو، از طریق ذخیره در باتری های الکتریکی و خودروهای سلول سوختی (FCV) مورد استفاده قرار می گیرد. باتری های خودروهای برقی ظرفیت محدودی دارند و باید با اتصال خودرو به یک منبع الکتریکی، شارژ شوند. الکتریسیته موردنیاز برای شارژ باتری ها را می توان از شبکه نیروی برق یا منابعی قابل تجدید همچون خورشید و انرژی باد، تأمین کرد.

خودروهای سلول سوختی، الکتریسیته تولید شده حاصل از ترکیب هیدروژن و اکسیژن در سلول سوختی را مورد استفاده قرار می دهند. الکتریسیته به دست آمده از سلول های سوختی، عاری از هرگونه آلودگی بوده و از خودروهایی که این نوع سوخت را مورد استفاده قرار می دهند، تنها بخار آب خارج می شود.

سلول های سوختی برخلاف باتری ها که منبع ذخیره انرژی به حساب می آیند، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. در واقع الکتریسیته، بهترین سوخت جایگزینی است که انرژی مکانیکی لازم، به طور مستقیم از آن به دست می آید.

● پیل سوختی

بهترین سیکل حرارتی کاربردی که تاکنون مورد استفاده بشر قرار گرفته است، سیکل ترکیبی برایتون رانکین۳ است که در نیروگاه های حرارتی تولید برق مورد استفاده قرار گرفته و بازده آن نزدیک به ۴۵ درصد است. امروزه، بشر به فناوری جالب پیل سوختی به عنوان جانشینی بسیار مناسب برای موتورهای درونسوز می اندیشد.

پیل سوختی، سیستمی الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. کارایی بالای این سیستم، حاصل دوری جستن از سیکل کارنو۴ یا چرخه تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مکانیکی است که مطابق آن، بازده موتورهای درونسوز نمی تواند بیشتر از ۲۰ تا ۳۰ درصد باشد.

● هیبرید الکتریکی

مشکلات زیست محیطی کلان از یک سو و تنگناهای ناشی از سوخت و انرژی از سوی دیگر، درخواست افزایش بازده مصرف انرژی و کاهش هرچه بیشتر آلاینده های محیطی را به طوری جدی مطرح ساخته است.

پس از انقلاب، خودروهای متداول با موتورهای درونسوز، از طریق نصب اگزوزهای کاتالیزوری، تقریباً به نقطه اوج تکنولوژی رسیده اند، اما از لحاظ تئوری و عملی، سرعت بهینه سازی مصرف انرژی و کاهش آلاینده های آن کند شده است. این در حالی است که این خودروها تا مرز استانداردهای زیست محیطی و استانداردهای جهانی مصرف سوخت در حال تدوین، فاصله دارند.

بتازگی بحثی نو و جدی تحت عنوان خودروهای برقی هیبرید مطرح شده است که ایده اصلی آن، ترکیب موتور ژنراتور احتراقی با خودروی الکتریکی است که به واسطه آن، برد و کارایی خودرو تا حد خودروی درونسوز معمولی بالا می رود و کاهش چشمگیر آلاینده ها و مصرف سوخت را به همراه دارد. تحولات صورت پذیرفته در خودروهای هیبرید و سیستم قوای محرکه خودرو، در منابع تخصصی تشریح شده اند.

● جمع بندی

اهمیت به کارگیری سیستم های هوشمند حمل و نقل و فناوری های نو، همچنین استفاده از سوخت های جایگزین و به تبع آنها، تولید خودروهای سازگار با این سوخت ها، بررسی شد. تمامی این موارد می توانند در راستای کاهش مصرف سوخت در صنعت خودرو، مؤثر باشند. البته تأثیر هر یک از آنها، یکنواخت نیست اما با توجه به میزان مصرف سوخت در کشور، به نظر می رسد که می بایستی به هر کدام از آنها به طور جدی توجه شود.

پانوشت ها
۱. BIOMASS
۲. (MTHF)
۳. Brayton Rankine
۴. Carno Cycl
منابع
۱. معصومی نژاد، امین (۱۳۸۳) سیستم های حمل و نقل هوشمند و کاربرد آن. پایان نامه کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دزفول.
۲. وحدانی فر، محمد (۱۳۸۴) مکس پاور، max power پایان نامه کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دزفول.
۳. پور خلیلی، محمد (۱۳۸۴) تکنولوژی قوای محرکه جایگزین در خودرو، پایان نامه کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دزفول.
۴. Social implication of Nanoscience and Nanotechnology, National Science Foundation Report, March, ۲۰۰۱.
۵. ITS Handbook ۹۹, World Road Association (PIARC), Paris, ۱۹۹۹.  
ماهنامه صنعت خودرو


ویرایش و تلخیص:آکاایران

منبع : بخش مقالات علمی آکاایران
برچسب :