Jak poprawia się aerodynamikę w ciążarówkach? Na przykładzie Actrosa

Przez ostatnie dziesięciolecia sukcesywnie zmniejszano zużycie paliwa Actrosa. Przykładowo, od roku 2011 do wprowadzenia na rynek nowego Actrosa w roku 2019 udało się obniżyć spalanie paliwa w typowym transporcie dalekobieżnym nawet o 15 procent.

Nowego Actrosa stać na jeszcze więcej – od swojego poprzednika jest na autostradzie oszczędniejszy nawet o 3 procent, a w ruchu podmiejskim nawet o 5 procent. Czynnikiem, który obniżył zużycie paliwa, są – prócz udoskonalonego systemu Predictive Powertrain Control (PPC) sterującego tempomatem i skrzynią biegów oraz nowych przełożeń osi tylnej – w dużej mierze aerodynamiczne ulepszenia kabiny.

Aerodynamika jednym z najważniejszych czynników decydujących o zużyciu paliwa

Jak istotna jest aerodynamika, ilustruje jeden wskaźnik liczbowy: w aktualnie oferowanych na rynku europejskim ciężarówkach z kabiną nad silnikiem, używanych do transportu dalekobieżnego, aż jedna trzecia energii mechanicznej zużywana jest na pokonywanie oporu powietrza. Widać to również w nowym Actrosie: sam system kamer MirrorCam, zastępujących klasyczne lusterka wsteczne, daje nawet 1,5 procenta całej redukcji spalania, jaką uzyskano w nowym Actrosie. Swój wkład w tę oszczędność mają także nowe spojlery boczne na kabinie.

Potężny nawiew dmuchawą osiową – prędkość wiatru do 250 km/h

Udoskonalenia te wprowadzono m. in. dzięki intensywnym testom w należącym do Daimler AG tunelu aerodynamicznym w Untertürkheim. Inżynierowie symulowali tam różne warunki opływu ciężarówki przez strumień powietrza – aby ulepszyć współczynnik cw, będący miarą opływowości, a tym samym zmniejszyć zużycie paliwa. Próby te dostarczyły cennych informacji, dotyczących zwłaszcza kamer MirrorCam. Chodziło po pierwsze o ustalenie możliwie korzystnego kształtu obu ramion kamer, po drugie zaś o to, gdzie dokładnie umieścić ramiona kamer po prawej i lewej stronie kabiny. W nowym Actrosie są one, w odróżnieniu od tradycyjnych lusterek, mocowane do ramy dachowej.

Instalacja aerodynamiczna w Untertürkheim pozwala konstruktorom generowanie wiatru o prędkości do 250 kilometrów na godzinę. „Równolegle z komputerowymi obliczeniami przepływu – mam tu na myśli cyfrową symulację przy użyciu Computational Fluid Dynamics (CFD) – przeprowadzaliśmy tutaj wyrywkowe testy, aby potwierdzić poprawę aerodynamiki poszczególnych elementów”, mówi Michael Hilgers, szef komórki CAE Vehicle Functions w dziale rozwoju pojazdów użytkowych Mercedes‑Benz. Ulepszenia są następnie weryfikowane podczas testów drogowych. Tak więc inżynierowie mają do dyspozycji kilka wydajnych metod, dzięki którym samochody ciężarowe Mercedes-Benz nabierają kształtów tak aerodynamicznych, jak to tylko możliwe.

Wspólnie ku optymalnym rozwiązaniom: kapitalne znaczenie ma współpraca z projektantami i konstruktorami

Aerodynamicy ściśle współpracują z kolegami z innych kluczowych gałęzi techniki, zwłaszcza projektantami i konstruktorami. „Celem prac nad rozwojem samochodu ciężarowego jest zawsze wspólne dojście do optymalnego rozwiązania”, wyjaśnia Kai Sieber, szef działu Design Brands & Operations Mercedes-Benz. „Przykładem mogą być ramiona kamer MirrorCam, które wprowadzają do wyglądu nowego Actrosa element purystyczny. I są niewątpliwym estetycznym ulepszeniem, gdyż brak dużych lusterek powoduje, że obniża się wizualny punkt ciężkości pojazdu, co dodatkowo podkreśla dynamikę sylwetki i zmniejsza zużycie paliwa”.

Szukanie optimum: kształt i umiejscowienie

Jak dokładnie wyglądało ulepszanie aerodynamiki nowego Actrosa w tunelu aerodynamicznym? Przykładowo, sprawdzano eksperymentalnie, w którym miejscu najlepiej zamontować ramiona kamer MirrorCam. Rozważano górny i dolny odcinek słupka A oraz górny odcinek słupka B. Eksperymenty te przeprowadzono na autentycznym Actrosie, zastępując jego lusterka zewnętrzne prototypami kamer – umieszczanymi kolejno w trzech testowanych miejscach. Pojazd ustawiano na wadze tunelu aerodynamicznego i uruchamiano dmuchawę. Waga umożliwiała inżynierom zmierzenie siły aerodynamicznej, którą oddziaływało na samochód opływające go powietrze. Rezultat: najlepszym miejscem dla ramion kamer okazał się słupek A blisko krawędzi dachu.

Ponadto szukano rozwiązania, które wyeliminuje zakłócenia pracy kamer przez padające z góry światło rozproszone. Eksperymenty wykazały, że najlepiej sprawdza się mały daszek – w który obecnie kamery MirrorCam są już wyposażone. Inżynierowie aerodynamicy uczestniczyli także w projektowaniu nowych spojlerów bocznych na kabinie. Nowe spojlery boczne stanowią kolejny czynnik, dzięki któremu nowy Actros zużywa mniej paliwa, niż którakolwiek z poprzednich wersji.

Znaczący postęp: zwiększenie widoczności polepsza bezpieczeństwo

Prócz jak najekonomiczniejszego zużycia paliwa przedmiotem badań (w tunelu aerodynamicznym i z zastosowaniem analizy CFD) było także uchronienie powierzchni przed zanieczyszczeniem. Chodziło zwłaszcza o miejsca istotne dla bezpieczeństwa: szybę przednią, szyby boczne oraz soczewki kamer. Aerodynamika wpływa bowiem na ilość przywierającego brudu, pochodzącego z własnego samochodu oraz pojazdów jadących z przodu.

Od kilkudziesięciu lat w akcji: tunel aerodynamiczny w Untertürkheim

Tunel aerodynamiczny w Untertürkheim oddaje usługi konstruktorom z Mercedes-Benz już od osiemdziesięciu lat. Sukcesywnie unowocześniany, wciąż reprezentuje aktualny stan wiedzy technicznej. Wyposażony jest w dwa silniki na prąd stały, każdy o mocy 250 kW, napędzające dmuchawy osiowe z 9‑łopatowymi wirnikami o średnicy 8,5 metra – pozwalają one na wytworzenie wiatru o sile 17 stopni w skali Beauforta. Następuje wtedy poziome przemieszczanie ok. 9000 m3 powietrza w pierścieniowym tunelu o długości 125 metrów. W strefie testowej samochód ustawiony jest na obrotowej platformie o średnicy 12 metrów, tak że strumień wiatru może nacierać nie tylko na przód pojazdu, ale także pod dowolnym innym kątem z boku. W obrotnicę wbudowano hamownię oraz 6-funkcyjną wagę. Waga ta służy do precyzyjnego mierzenia rozlicznych sił, m.in. siły aerodynamicznej. Siły przekazywane są na czujniki tensometryczne za pośrednictwem układu dźwigni i drążków.

Zaszczytne wyróżnienie: nowy Actros „Samochodem Ciężarowym Roku 2020”

Trwałe udoskonalenie aerodynamiki nowego Actrosa dzięki MirrorCam to jeden z powodów, dla których nagrodzono ten pojazd tytułem „International Truck of the Year 2020”. Jurorzy tego prestiżowego europejskiego konkursu docenili w Actrosie nie tylko zwiększoną ekonomiczność, lecz także udoskonalenia w zakresie systemów asystujących i bezpieczeństwa oraz łączności sieciowej. Wśród nowości wprowadzonych w Actrosie można wymienić m. in. system Active Drive Assist umożliwiający częściowo zautomatyzowaną jazdę w każdym zakresie prędkości, udoskonalonego asystenta hamowania awaryjnego Active Brake Assist 5, Kokpit Multimedialny z pełną komunikacją sieciową oraz inteligentny system Predictive Powertrain Control sterujący tempomatem i skrzynią biegów. Nagroda „International Truck of the Year” przyznawana jest co roku przez wybitnych europejskich dziennikarzy motoryzacyjnych z branży pojazdów użytkowych. Mercedes-Benz jest marką, która w dziejach tego konkursu otrzymała największą liczbę wyróżnień – nagrodzone zostały także wszystkie poprzednie wersje Actrosa.