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Oct 31, 2023

Frachteffizienz hängt oft von der Aerodynamik ab

Alles ist verbunden. Als Technologe, Zukunftsforscher, Ingenieur oder was auch immer mein Beruf heute ist, nach fast 40 Jahren in der Industrie, überrascht es mich immer wieder, wie alles miteinander verbunden zu sein scheint.

Alles ist verbunden.

Als Technologe, Zukunftsforscher, Ingenieur oder was auch immer mein Beruf heute ist, nach fast 40 Jahren in der Industrie, überrascht es mich immer wieder, wie alles miteinander verbunden zu sein scheint. Ich recherchiere und schreibe schon seit einiger Zeit über batterieelektrische Fahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge und andere Hybrid-Elektrofahrzeuge, aber meine Wurzeln liegen fest in der Dieselwelt.

Bei allen Antriebsalternativen steht die Effizienz im Vordergrund.

Einfach ausgedrückt ist Dollar pro Meile ($/mi) ein wichtiger Leistungsindikator (KPI), bei dem es egal ist, ob Ihr aktueller Motor mit Diesel, CNG, RNG, Strom, Wasserstoff, Propan oder einem von hundert anderen Motoren betrieben wird Permutationen der Energie. Es handelt sich um eine Geschäftskennzahl, die jeder verbessern möchte, unabhängig davon, mit welchem ​​Antriebsstrang das Fahrzeug fährt.

Wenn Ihre Konkurrenten heute Fracht günstiger transportieren können als Sie, verdienen sie mehr Geld und haben mehr Möglichkeiten, Kunden anzulocken. Das ist Business 101. Langfristig können Fuhrparks Technologieübergänge planen, müssen aber auch im Hier und Jetzt mit den Lkw agieren, die sie heute haben.

Versteh mich nicht falsch. Ich bin ein starker Befürworter der Verbesserung der Umwelt, der Verbesserung der Inklusion, der Verbesserung der sozialen Gerechtigkeit und all dessen, was damit verbunden ist. Aber diese Faktoren können auch in Relation zu den Gesamtbetriebskosten gesetzt und letztendlich in Dollar gemessen werden.

Zu den tatsächlichen Kosten für den Betrieb eines Lkw gehören viele weiche Kosten, die erfasst werden müssen, was jedoch bisher nicht der Fall war, da man in der Vergangenheit davon ausging, dass sie zu schwer zu erfassen seien. Die Kosten sind real und erheblich, aber wir konnten sie nicht richtig bilanzieren. Das ändert sich. Nun fließen Umweltbuchhaltung und Sozialbuchhaltung in die Berechnungen ein. Es stellt sich heraus, dass der Verbrauch von weniger Energie pro Meile im Allgemeinen auch dazu beiträgt, die Umwelt zu verbessern und die gesellschaftlichen Auswirkungen des Lkw-Transports zu verbessern.

Das bringt mich zurück zu den Gemeinsamkeiten im LKW-Transport. Effizienterer Lkw-Transport ist ein gemeinsames Ziel für jeden Antriebsstrang. Ich habe meine Karriere damit verbracht, dabei zu helfen, die Messlatte in Sachen Aerodynamik höher zu legen. Bei meinem ersten Lkw-Projekt im Jahr 1981 ging es darum, einen Alkoven leiser zu machen. Es stellt sich heraus, dass Windgeräusche ein großes Problem sind – willkommen bei der Aerodynamik. Im Laufe der Zeit arbeitete ich am legendären Lang- und Langmodell Peterbilt 379 und half dabei, die Produktlinie in eine Familie neuer aerodynamischer Lkw umzuwandeln, darunter das Modell 385, das Modell 387, das Modell 386, das Modell 579 und den Peterbilt SuperTruck.

Als Autor für NACFE habe ich Berichte über die Aerodynamik von Traktoren, die Aerodynamik von Anhängern und die Bestimmung der Effizienz mitverfasst. Mein Bericht „SAE Buckendale Fuel and Freight Efficiency – Past, Present and Future Perspectives“ aus dem Jahr 2016 ist immer noch sehr aktuell. Ich habe zu den SAE-Gruppen beigetragen, die an Standards zur Messung des Kraftstoffverbrauchs arbeiten, und ich habe SAE-Papiere und NACFE-Papiere zum Thema Platooning geschrieben – also dem Einsatz von Drafting, um den Kraftstoffverbrauch eines oder mehrerer Fahrzeuge zu verbessern. Ich habe auch viel Zeit auf der Straße verbracht und reale Lkw im Einsatz in den USA, Kanada, Mexiko, Europa und Australien beobachtet.

Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) ist einer der Begriffe, die die Technologie hinter dem Platooning beschreiben. Es handelt sich um eine richtige Umbenennung, da der Begriff „Platooning“ bei großen OEMs offenbar Uneinigkeit darüber hervorruft, ob es sich um eine praktikable Technologie handelt, bei der CACC allgemein akzeptabel zu sein scheint. MAN hat Platooning als elektronische Deichsel geprägt. Semantik ist etwas für Marketingleute. Ich bin Ingenieur. Auf den aerodynamischen Entwurf und die Sicherheit kommt es an.

Wenn Sie sich die Leitlinien zu „Sicherheitsabständen“ ansehen, stellen Sie fest, dass diese weitgehend interpretierbar sind. Ein Leitfaden gibt an, dass Sie pro 10 Fuß Fahrzeuglänge eine Sekunde Abstand benötigen, plus eine zusätzliche Sekunde, wenn Sie über 40 Meilen pro Stunde fahren. Das entspricht einem Abstand von acht Sekunden zwischen Ihnen und dem vorausfahrenden Fahrzeug. Bei 70 Meilen pro Stunde sind das etwa 800 Fuß Abstand oder etwa 11 Sattelschlepperlängen.

Eine andere Quelle empfiehlt vier Sekunden, also etwa 400 Fuß oder etwa sechs LKW-Längen. Fahren Sie ein wenig herum und Sie werden viele Situationen sehen, in denen dies im realen Verkehr nicht der Fall ist. Letztlich sind alle Verkehrsteilnehmer – Lkw und Pkw gleichermaßen – dafür verantwortlich, sich sicher auf den Autobahnen zurechtzufinden. Wenn kein Unfall passiert, haben sie Erfolg gehabt. Kommt es zu einem Unfall, wird die Ursache untersucht.

Mein Punkt ist, dass rund um Sie herum im fließenden Verkehr tagtäglich Zugfahrten stattfinden. Darüber habe ich bereits 2016 in „Two-Truck Platooning“ und 2015 in einem SAE-Bericht 2015-01-2897 „Aerodynamic Compare of Tractor-Trailer Platooning and A-Train Configuration“ geschrieben, in dem deutlich wurde, dass sogar ein Fahrzeug vor einem anderen Fahrzeug fuhr bei mehreren Fahrzeuglängen kann und wird sich positiv auf die Aerodynamik des nachfolgenden Fahrzeugs auswirken.

In jüngerer Zeit hat der National Research Council (NRC) versucht, diesen Einfluss durch Windkanal- und Straßentests zu quantifizieren, die im SAE-Bericht 2018-01-1181 „Influences on Energy Savings of Heavy Trucks Using Cooperative Adaptive Cruise Control“ dokumentiert sind. Dieser Bericht dokumentiert umfangreiche gemeinsame Tests mit dem NRC Canada, dem National Renewable Energy Laboratory, der University of California-Berkeley, FPInnovations und der Volvo Group.

Sie konnten in kontrollierten, wiederholbaren Tests quantifizieren, dass ein Lkw, der einem SUV mit 65 Meilen pro Stunde folgt, eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs um etwa 1,5 % bis 2,6 % erfährt, wenn der Abstand zwischen ihnen zwischen etwa 140 Fuß und etwa 290 Fuß beträgt. Ein durchschnittliches Auto ist etwa 15 Fuß lang, das sind also zwischen neun und 19 Autolängen, die das vorausfahrende Auto dem dahinter liegenden LKW zugute bringt. Handelt es sich bei dem vorausfahrenden Fahrzeug um einen Lkw, ist der Vorteil sogar noch größer – von 4 % auf 6 % bei denselben Abständen. Je kürzer die Lücken sind, desto besser sind die Einsparungen durch die Erstellung von Entwürfen.

Im realen Verkehr gibt es regelmäßig kürzere Lücken, so dass es immer dann zu Windschatten kommt, wenn sich Fahrzeuge im fließenden Verkehr befinden, unabhängig davon, ob sie absichtlich Kolonnen bilden oder nicht. Und das gilt unabhängig davon, ob es sich bei den Fahrzeugen um Diesel-, Batterie-Elektro-, Benzin- oder andere Antriebsarten handelt. Ich habe anhand der in Straßenversuchen gesammelten Daten geschätzt, dass sich Fahrzeuge 40 bis 50 % ihrer Zeit auf Autobahnen im fließenden Verkehr befinden.

Was CACC, elektronische Deichsel oder einfach Platooning mit sich bringen, sind zusätzliche Sicherheitsebenen durch die Automatisierung der Entscheidungsfindung für Fahrzeuge und die Verkürzung menschlicher Reaktionszeiten bei Brems- und Manövriervorgängen. Diese Sicherheitsverbesserung ist auch für jede Wahl des Antriebsstrangs direkt relevant. Dabei geht es nicht nur um den Kraftstoffverbrauch, sondern vielmehr um die Reduzierung der Unfallraten. Das geht auch als Gewinn in die Bilanz ein.

Ich wäre nachlässig, wenn ich nicht auch erwähnen würde, dass es weitere intelligente Möglichkeiten zur Verbesserung der Frachteffizienz gibt. Mit der zunehmenden Verbreitung von ADAS-Systemen in Pkw und Lkw besteht die Möglichkeit, den Einsatz von Langfahrzeugen (LCV) auszuweiten. Bei der Präsentation meines SAE-Papiers im Jahr 2015 habe ich festgestellt, dass leichte Nutzfahrzeuge besser sind, wenn das Platooning gut ist. Dies gilt für alle Faktoren wie Sicherheit, Betriebskosten, Kapitalkosten, Wartungskosten, Fahrergehälter, Fahrermangel und Straßenverschleiß. Kanada und Australien können dies unterstützen, da beide, wie auch einige US-Bundesstaaten, über eine umfangreiche Einsatzgeschichte mit diesen Fahrzeugen verfügen.

Zu den NRC-Tests gehörte das Testen eines Zwei-Lkw-Trupps, wobei jeder Traktor einen 53-Fuß-Anhänger zog, im Vergleich zu einem einzelnen Traktor, der zwei 53-Fuß-Anhänger zog. Sie fanden heraus, dass der maximale Kraftstoffverbrauchsgewinn beim Bewegen der beiden Anhänger aus dem Platooning etwa 7 % betrug, während der Nettogewinn durch das leichte Nutzfahrzeug 28 % betrug. Wir sollten alle in unserer Toolbox verfügbaren Tools nutzen, um die Effizienz zu verbessern. Die Ausweitung des Einsatzes von leichten Nutzfahrzeugen ist ein Instrument, auf das man sich konzentrieren sollte, unabhängig von der Wahl des Antriebsstrangs.

Letztendlich geht es bei der Frachteffizienz darum, mehr Fracht mit weniger Energie und geringeren Kosten zu transportieren. Die Verbesserung der Aerodynamik ist für alle Antriebsstrangentscheidungen relevant, und es sind immer noch erhebliche Einsparungen durch niedrig hängende Früchte möglich.

Rick Mihelic ist NACFE-Direktor für neue Technologien. Er hat für NACFE vier Leitlinienberichte zu mittelschweren und schweren Lastkraftwagen mit Elektroantrieb und alternativen Kraftstoffen sowie mehrere Vertrauensberichte zur Bestimmung der Effizienz, zur Aerodynamik von Traktoren und Anhängern sowie zum Zwei-Lkw-Platooning verfasst und spezielle Studien zum regionalen Transport sowie zur Definition von Produktion und absichtlicher Paarung verfasst von Sattelzugmaschinen.

Rick Mihelic ist NACFE-Direktor für neue Technologien. Er hat für NACFE vier Leitlinienberichte zu mittelschweren und schweren Lastkraftwagen mit Elektroantrieb und alternativen Kraftstoffen sowie mehrere Vertrauensberichte zur Bestimmung der Effizienz, zur Aerodynamik von Traktoren und Anhängern sowie zum Zwei-Lkw-Platooning verfasst und spezielle Studien zum regionalen Transport sowie zur Definition von Produktion und absichtlicher Paarung verfasst von Sattelzugmaschinen.