Oscar Delgado, Ph.D.

Simulación de consumo de combustible de vehículos pesados - Experiencia internacional

Seminario taller “Emisiones contaminantes y eficiencia energética del transporte pesado” Noviembre 30, 2017 Buenos Aires, Argentina

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Introducción

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Relevancia de los vehículos pesados

Emisiones globales de CO2 (2010) Emisiones de CO2 - transporte en carretera (2015-2050)

Vehiculos Pesados: • Representan ~8% de las emisiones globales. • Representan el segmento de más rápido crecimiento (~40% en

el periodo 2015-2030) • Reducción de emisiones basada en estándares vigentes

representa 1/3 de las reducciones en vehiculos de pasajeros

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Estándares vigentes de consumo de combustible

Vehículos de pasajeros Vehículos pesados

• Estándares vigentes cubren 83% de las ventas globales de vehículos de pasajeros.

• Solo 5 paises tienen estándares de consumo de combustible para vehículos pesados.

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Simulación computacional de consumo de combustible – Descripción

• Estima el consumo de combustible basado en modelos físicos de los distintos componentes del vehículo y sus correspondientes interacciones.

• Datos de entrada:

• Características técnicas de los componentes del vehículo

• Características operacionales del vehículo

• Datos de salida:

• Consumo de combustible • Emisiones de CO2

Diagrama de flujo – simulación dinámica

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Beneficios Facilita la evaluación de multiples

configuraciones en poco tiempo y a bajo costo.

Facilita la comparación de vehículos de una manera precisa.

Facilita la optimizacion de combinaciones de componentes.

Desventajas No todas las tecnologías son fácilmente

simulables. Estrategias de control (motor, transmisión, control

de crucero) Vehículos híbridos

Simulación computacional de consumo de combustible – Beneficios y desventajas

Consumo de combustible y contabilidad energética. Tracto-camiones en 5 diferentes regiones.

http://www.theicct.org/publications/estimating-fuel-efficiency-technology-potential-heavy-duty-trucks-major-markets-around

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Experiencia en Estados Unidos y la

Union Europea

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Estados Unidos - Estándar de emisiones de efecto invernadero y consumo de combustible (Fases 1 y 2)

Primera fase (2014-2017)

Segunda fase (2018-2027)

Reducción promedio del consumo de combustible ~35% (2.5%-3.0% por año, dependiendo la categoría)

Clasificación de vehículos Tracto-camiones (10 categorías)

Vocacionales (18 categorías)

Vans and pick-ups (2 categorías)

Estándares separados de: Remolques (10 categorías)

Motores (6 categorías)

ICCT US Phase 2 policy update: http://www.theicct.org/us-phase2-hdv-efficiency-ghg-regulations-policy-update

Reducción de emisiones/consumo relativas a 2010

Estados Unidos – Greenhouse gas Emissions Model (GEM)

Estructura del modelo GEM fase 2

• Basado en Matlab/Simulink • Simulación dinámica (forward

looking). Integra las ecuaciones de movimiento.

• Cuatro sub-sistemas • Ambiente • Conductor • Tren de potencia • Vehículo

• La version para certificación no requiere licencia.

• Validado y revisado por expertos.

Parametros fijos: peso del vehículo, carga útil, estrategia de la transmision, inercia rotacional, configuración de ejes.

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La Comision Europea (DG GROW y DG CLIMA) planea cuatro pasos para reducir emisiones de CO2 y consumo de combustible de los vehículos pesados:

1. Desarrollo de herramienta computacional VECTO (2009-2017) 2. Protocolo de Certificación de CO2 (Finalizado en Mayo 2017, Comienza en rigor en 2019) 3. Regulación de Monitoreo y Reporte (Propuesta en Mayo 2017, estará siendo evaluada por el

Consejo y Parlamento Europeo y finalizado a finales de 2018) 4. Desarrollo de estándares de eficiencia (Evaluación de impacto de los estándares esta siendo

realizada por un consorcio de consultores y será finalizada a principios de 2018. La intención de la CE es proponer los estandares a mediados de 2018. Los estándares probablemente aplicarán comenzando en 2023.

Union Europea – Plan para reducir CO2 y consumo de combustible

Protocolo de certificación en la Union Europea

Clasificación de vehículos – Certificación de CO2

11 http://www.theicct.org/sites/default/files/publications/ICCT_update_HDV-EU-CO2-cert_20170731.pdf

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Union Europea - Vehicle Energy Consumption Calculation Tool (VECTO)

Interfaz gráfica de usuario - VECTO

• Desarrollado conjuntamente por DG CLIMA, JRC, y TU Graz.

• Programado en Visual Basic.NET • Simulación cuasi-estática (backward

looking) • Modos:

• Operacional (certificación) • Ingenieril (investigación y

desarrollo) • Entradas (medición de componentes):

• Motor • Transmisión • Eje trasero • Arrastre aerodinámico • Llantas • Auxiliares

• Salidas: • gCO2/t-km o gCO2/pasajeros-

km • Velocidad promedio

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Comparación VECTO/GEM

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Comparación VECTO / GEM – Ciclos de prueba

• Tres ciclos (ARB, 55mph, 65mph) • Se promedian con diferentes pesos, basado

en categoría. • Ejemplo (tracto-camión de larga

distancia): • 65mph 86% • 55mph 9% • ARB 5%

• Cuarto ciclo: “ralentí” para vocacionales.

• Cinco “misiones” para camiones • Distribucion Urbana, Distribución Regional,

Larga Distancia, Construcción, Servicios Públicos.

• Cinco “misiones” para buses • Bus Urbano (tráfico pesado, urbano,

suburbano), Bus Interurbano, Bus “Coach” • Dos o mas misiones pueden aplicar para cada

vehículo.

Misión “Long Haul” en VECTO Ciclos utilizados en GEM

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Comparación VECTO / GEM – Datos de Entrada

Componente GEM VECTO Motor Mapa de consumo (40 CFR 86, 1036,

1065) para ciclos 55mph y 65mph. Interpolación basada en mapas (“cycle-averaged”) para ciclo ARB transitorio.

Mapa de consumo (UN/ECE R.49.06) Factor de corrección por transitorios (WHTC medido vs simulado)

Transmisión Mapa de pérdidas friccionales (por defecto o definido por el usuario) “Powertrain test” opcional

Mapa de perdidas friccionales (obligatorio)

Neumáticos ISO 28580 (ver 40 CFR 1037.520 (c))

ISO 28580 (ver EC 1222/2009 y UN/ECE R.117) Factor de corrección (Fz)

Arrastre aerodinámico

Procedimiento de desaceleración ”coast down” (40 CFR 1037.525 y 40 CFR 1037.520(b))

Procedimiento a velocidad constante con medición de torque en el eje.

Eje trasero Mapa de pérdidas friccionales (por defecto o definido por el usuario)

Mapa de pérdidas friccionales (obligatorio)

Auxiliares Lista de tecnologías seleccionada por el usuario (reducción de emisiones)

Lista de tecnologías seleccionada por el usuario (consumo de potencia)

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Correlación de resultados – VECTO y GEM con datos de entrada equivalentes • Vehículos simulados:

• Tracto-camión 4x2 • Tracto-camión 6x2

• Cíclos simulados:

• ARB Transitorio • 55mph y 65mph

• VECTO y GEM se utilizaron utilizando datos de

entrada correspondientes a los mismos componentes.

• Comparación: • consumo de combustible [g/t-km] • trabajo del motor [kWh]

• Diferencias:

• Modelo del conductor • Estrategia de la transmisión • GEM es dinámico, VECTO es quasi-

estático.

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El sector de vehículos pesados representa una porción significativa del consumo de combustible y las emisiones de CO2.

El sector de vehículos pesados stá detrás del sector de vehículos de pasajeros en la

implementación de estandares de eficiencia. Se han desarrollado herramientas de simulación para facilitar la implementacion de

estandares. Existen diferencias particulares entre las herramientas pero los principios y su

funcionamiento es básicamente el mismo. No importa la herramienta utilizada, el énfasis debe estar en definir reglas claras para la certificación de componentes.

Existe el potencial de editar dichas herramientas para ajustarse a las necesidades de otras

regiones y programas. Existe el potencial para armonizar internacionalmente los procedimientos de prueba y

simulación, para agilizar la implementación de estándares de eficiencia en nuevas regiones.

Observaciones finales

GRACIAS!

oscar@theicct.org www.theicct.org