Die Bedeutung des aerodynamischen Designs für Fahrzeuge

Warum werden Transportfahrzeuge, deren Energieverbrauch und Geschwindigkeit eine Rolle spielen, immer ästhetischer und eleganter? Und was bedeuten diese Aero-Kits für Lastwagen?

Marcel Dassault, Gründer des französischen Unternehmens Dassault Aviation, das auf die Herstellung und Produktion von Kampfjets spezialisiert ist, sagte einmal, ein Flugzeug, das gute Leistungen erbringt, sei in der Regel auch schön anzusehen. Vielleicht sind „optisch schöne“ Lastwagen auch treibstoffeffizienter.

Da die Transportmittel immer schneller werden, erreicht die Konstruktion von LKWs allmählich einen Punkt, an dem der Luftwiderstand nicht mehr ignoriert werden kann.

Laut Forschungsinstituten wird bei einem LKW, der eine Geschwindigkeit von bis zu 88 km/h erreicht, etwa die Hälfte seiner PS-Zahl zur Überwindung des Luftwiderstands eingesetzt. Diese Schlussfolgerung hat die LKW-Hersteller dazu gezwungen, große Anstrengungen zu unternehmen, um den Luftwiderstand zu verringern.

Im Mai 2008 stellte ein neuer Mercedes-Benz Actros 1844 LS mit einem zulässigen Gesamtgewicht von rund 40 Tonnen auf der berühmten Hochgeschwindigkeitsstrecke Nardo in Süditalien einen brandneuen Guinness-Weltrekord auf – der 40--Tonnen-Lkw mit dem niedrigsten Kraftstoffverbrauch der Welt. Nach 12.728 Testkilometern erreichte das Fahrzeug einen atemberaubenden Kraftstoffverbrauch von 19,44 Litern pro 100 Kilometer!

Neben dem effizienten Antriebsstrang ist auch das aerodynamische Design des Actros maßgeblich für dieses überraschende Ergebnis verantwortlich.

Wie wir auf dem Bild sehen können, verfügt der Actros über eine umfangreiche aerodynamische Baugruppe mit Dach- und Seitenabweisern, die zur Ladefläche passen, und Seitenabweisern, die den Anhänger einschließen, sowie einer Ladefläche aus glatten Verbundplatten. Diese aerodynamischen Designs machen die Karosserie des Actros extrem flach und weniger anfällig für Turbulenzen.

Wir geben Ihnen einen Überblick über die den Luftwiderstand senkenden Konstruktionen in der Reihenfolge von der Fahrzeugfront bis zum Fahrzeugheck, an denen Sie sich bei der Fahrzeugwahl orientieren können.

● Aktives Lufteinlassgitter Das aktive Lufteinlassgitter bezieht sich auf die Gitter im Mittelgitter, die je nach Betriebsumgebung des Fahrzeugs unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden können. Diese Gitter sind durch Pleuelstangen miteinander verbunden, die von Elektromotoren gesteuert werden, die die Gitter drehen, indem sie die Antriebsmotoren über den Bordcomputer (ECU) steuern.

Das aktive Lufteinlassgitter kann die Aufwärmgeschwindigkeit des Fahrzeugs wirksam steuern und kann auch zur Verringerung des Luftwiderstands beitragen.

Wenn sich der Motor in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen befindet oder wenn die Motorlast gering ist und kein großer Bedarf an Wärmeableitung besteht, schließt die ECU den aktiven Kühlergrill, um den Motor „warm zu halten“, sodass er die optimale Betriebstemperatur erreichen kann.

Wenn die Betriebstemperatur des Motors höher als die Idealtemperatur ist, öffnet die ECU das aktive Luftansauggitter. Eine große Menge Luft wird in das mittlere Gitter geleitet, um die Wärme abzuleiten und den Motor abzukühlen. Der Zeitpunkt des Öffnens oder Schließens des aktiven Luftansauggitters wird von der ECU unter Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur, der Umgebungstemperatur, der Geschwindigkeit und anderer Faktoren des Motors berücksichtigt.

Ein aktives Luftansauggitter trägt nicht nur dazu bei, dass der Motor optimale Betriebstemperaturen aufrechterhält, sondern verringert auch den Luftwiderstand und ermöglicht so Kraftstoffeinsparungen.

Laut einem NEDC-Prüfstandtest, der von der SAE Society of Automotive Engineers bei einer Umgebungstemperatur von 25 Grad durchgeführt wurde, kann das aktive Lufteinlassgitter den Kraftstoffverbrauch um etwa 2 % senken. Diese teilweise Optimierung des Kraftstoffverbrauchs resultiert hauptsächlich aus der Verringerung des Luftwiderstands des Fahrzeugs, wenn das aktive Lufteinlassgitter geschlossen ist.

Wenn der Lkw mit hoher Geschwindigkeit unterwegs ist, strömt der Wind beim Frontalaufprall durch mehrere Stellen – Dach, Seiten und Boden – und die Vorderseite, die direkt im Wind liegt, ist kritisch.

Wenn der Luftstrom durch das Ansauggitter in die Kabine gelangt und durch den Kühler und andere Einbauten strömt, kollidiert er mit der Schuppenstruktur im Kühler und erzeugt dadurch einen enormen Fahrwiderstand.

Wenn der Luftstrom in die Kabine gelangt, strömt der größte Teil davon aus der Öffnung unter dem Motorraum und kollidiert mit dem Hochgeschwindigkeitsluftstrom, der ursprünglich unter dem Fahrzeug strömte, was Turbulenzen verursacht und den Luftwiderstand erhöht.

Daher ist die Möglichkeit, den Lufteinlassgrill bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit teilweise oder vollständig zu schließen, von Vorteil, um den Luftwiderstand zu verringern. Es ist leicht zu erkennen, warum die meisten reinen Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotor eine geschlossene Frontpartie haben.

● Dach-/Seitenspoiler In Wirklichkeit sind die Dach- und Seitenspoiler natürlich am einfachsten zu bedienen und zu steuern. Laut Statistik kann ein Fahrzeug mit Spoiler bis zu 4-5 % Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu einem Fahrzeug ohne Spoiler einsparen.

Von links nach rechts: monolithische, kombinierte und Umlenkdeflektoren

Der Luftabweiser kann im Allgemeinen entsprechend seiner Form in drei Kategorien unterteilt werden: Integraltyp, Kombinationstyp und Umleitungstyp.

In den USA wird multimodaler Transport genutzt und die Größe der Anhänger ist vergleichsweise einheitlich, sodass amerikanische Schwerlastwagen meist mit integrierten Deflektoren ausgestattet sind.

Aufgrund der unterschiedlichen nationalen Bedingungen gibt es in europäischen Ländern Unterschiede zwischen Fahrzeugen und Frachtcontainern. Daher basieren die Fahrzeugabweiser meist auf verstellbaren kombinierten Abweisern.

Der letzte Typ von Umlenkdeflektor hat die Wirkung, den Luftstrom gleichzeitig nach oben und nach links und rechts zu verteilen. Dies ist effizienter und wird daher in allen Arten von Lastwagen verwendet. Normalerweise muss er entsprechend der entsprechenden Ladefläche hergestellt werden.

In der Praxis sollte der obere Deflektor der Kabine auf eine Höhe eingestellt werden, die der Höhe des Anhängers entspricht oder etwas darunter liegt. Sanfter Übergang des Luftstroms von der Kabine zur Ladefläche mithilfe eines Deflektors, wodurch vermieden wird, dass der Luftstrom direkt auf die Ladefläche trifft. Minimiert den Fahrwiderstand, der durch Luftturbulenzen zwischen Zugmaschine und Anhänger verursacht wird.

Seitenabweiser sind ebenfalls wichtig und verringern durch ihre Anwesenheit den Abstand zwischen Zugmaschine und Anhänger. Dadurch kann der Luftstrom bei hoher Geschwindigkeit leichter durch die Lücke zwischen Vorderwagen und Anhänger strömen, was die Gefahr einer Wirbelbildung erheblich verringert. Seitenabweiser sind für die Seitenwindführung sehr wichtig und nicht einmal schwächer als Dachabweiser.

Viele Sattelzüge sind mittlerweile mit höhenverstellbaren Windabweisern ausgestattet und eine sehr praktische Methode zum Kraftstoffsparen besteht darin, die Höhe des Windabweisers vor jeder Abfahrt möglichst gut an die Höhe der Ladefläche anzupassen.

Seitenwände und Anhängerwände

Bei LKWs ohne Seitenwände entsteht durch die zahlreichen, beidseitig des Trägers angeordneten Vorrichtungen ein großer Luftwiderstand, der durch den Einbau von Seitenwänden vermieden werden kann.

Einerseits kann es den Winddruck im Zentrum des Fahrzeugs senken und die Widerstandsfähigkeit des Fahrzeugs gegen Seitenwinde verbessern; andererseits kann es verhindern, dass Luft auf beiden Seiten des Fahrzeugs unter das Fahrzeug gesaugt wird, und den Luftstromaufbau unter dem Fahrzeug verringern. Dies kann den Aufprall des Luftstroms auf verschiedene hervorstehende Teile im Fahrzeugchassis verringern, sodass der Luftstrom unter dem Fahrzeug gleichmäßiger ist und dadurch der Luftwiderstand verringert wird.

Diese konvergierende Form, die dem Heck eines Flugzeugs ähnelt, verringert wirksam Turbulenzen und Luftwiderstand an der Rückseite der Frachtbox und verbessert so den Kraftstoffverbrauch weiter.

● Ladeklappe

Das Heck des Fahrzeugs wird am leichtesten übersehen. Tatsächlich kann jedoch durch eine vernünftige Einstellung des Heckauslegers und der Heckklappe des Anhängers der Ablösepunkt des Luftstroms nach hinten verschoben werden, was zur Verringerung des Unterdruckbereichs hinter der Ladefläche beiträgt.

Beim „Flying Trailer“ von Mercedes-Benz und den „Low Wind Resistance Vans and Semi-Trailern“ mehrerer chinesischer Hersteller ist das „bootförmige Steißbein“ zu sehen. Studien haben gezeigt, dass mit dieser Art von Struktur der Luftwiderstand um weitere 10-15 % gesenkt werden kann.