Aerodynamika versus spotřeba

S vývojem vozidel se snižoval součinitel odporu vzduchu z hodnot kolem 0,8 na polovinu a méně. Tyto hodnoty se týkají osobních a lehkých užitkových automobilů. Nás budou pochopitelně zajímat větší vozidla s většími součiniteli cx vybavená obyčejně návěsy, přívěsy či nástavbami.

Velikost součinitele odporu vzduchu vozidel lze stanovit výpočtem či počítačovou simulací. Měří se na modelech, přesněji na skutečných vozidlech v aerodynamických tunelech. Na praktickém příkladu testovaného vozidla, viz T&b 4/2016 si nejprve ukážeme, jak vysoká plachtová nástavba ovlivní jízdní odpor. V druhé části zavítáme na IAA 2016 v Hannoveru. Navštívíme společnou expozici dvou dominantních výrobců nákladních vozidel zaměřenou na optimalizaci jízdní soupravy tvořené tahačem (Mercedes-Benz) a návěsem (Krone).

Matematika v aerodynamice
Pokusíme se výpočtovou metodou zjistit, jak ovlivnila vysoká plachtová nástavba jízdní odpor vozidla, které jsme testovali v minulém vydání T&b. Vycházíme z předpokladu, že výrobci u podvozků, valníků a samozřejmě ani u speciálních nástaveb spotřebu neuvádějí. Pro srovnání a pro výpočet jsme si do přiložené tabulky „vypůjčili“ hodnoty ze standardní skříňové verze dodávané přímo z výrobního závodu.

U testovaného vozidla, na jehož podvozku postavili ve Velimi nástavbu Hagemann, vycházíme pouze z údajů, které jsme naměřili, resp. které se nám podařilo výpočtem zjistit, neboť spotřebu ani součinitel odporu vzduchu výrobce neuvádí.

Charakteristika zkoumaného vozidla

Základní technické parametry Peugeot Boxer valník 4350 L4 BlueHDi 160 Euro 6 s nástavbou Hagemann

Třímístný nákladní automobil (valník s plachtou) s motorem vpředu a pohonem předních kol, emisní provedení Euro 6, ručně řazená převodovka, dlouhý rozvor.

MOTOR

Vznětový přeplňovaný čtyřválec, zdvihový objem 1997 cm³. Největší výkon 120 kW (163 k) při 3750 1/min, největší točivý moment 350 N.m při 1750 1/min.

PŘEVODNÉ ÚSTROJÍ

Pohon předních kol. Šestistupňová plně synchronizovaná převodovka s přímým řazením.

PODVOZEK

Nosný rám, vpředu nezávisle zavěšená kola na vzpěrách McPherson s dolním závěsným ramenem, vzadu tuhá náprava. Odpružení vpředu vinutými pružinami, vzadu podélnými dvoulistovými půleliptickými pery. Kapalinové tlumiče pérování, příčné zkrutné stabilizátory, vzadu za příplatek. Kotoučové brzdy na všech kolech (přední duté). Ocelová kola, pneumatiky 225/75 R 16 C.

KAROSERIE

Třímístný valník (jednoduchá kabina) s nástavbou Hagemann, shrnovací plachtou Konkys a střešním spoilerem ISM Pony Fantasy Winds Master. Součinitel odporu vzduchu 0,8
(kvalifikovaný odhad)-

ROZMĚRY A HMOTNOSTI

Vnější rozměry valníku (d x š) 6693 mm x 2050 mm (šířka bez zp. zrcátek) x výška 2250/3500 mm (výška bez nástavby/s nástavbou Hagemann). Největší přípustná hmotnost 3500 kg.

JÍZDNÍ VÝKONY

Nejvyšší rychlost 160 km/h (bez nástavby). Spotřeba paliva (mix, bez nástavby - údaj výrobce pro kombi Plus 30L1H1) 6,2 l/100 km. Naměřená provozní spotřeba (mix v testu s plachtou) 12,3 l/100 km.

Výpočet:

Základní vzorec, z něhož vycházíme:

O_v = c_{x ·} q _· 0,5 _· S_{x ·} v²

O_v - Odpor vzduchu (N)

q - Měrná hmotnost vzduchu. Hodnotu měrné hmotnosti vzduchu uvažujeme ve výpočtu q = 1,25 kg/m³.

v - Rychlost vozidla (m/s).

Pro výpočet jsme stanovili, resp. získali tyto výchozí parametry:

Čelní plocha valníku S_x (bez plachty): (š x v) 2,050 x 2,250 = 4,6 (m²).

Čelní plocha kombi S_x (skříňové verze) 5,0 m².

Čelní plocha valníku s plachtou S_x 7,2 m².

Hodnoty součinitelů c_x, viz tabulka, vycházejí z průměrných hodnot uváděných v odborné literatuře.

Pozn.

* Kvalifikovaný odhad (u valníku výrobce spotřebu neuvádí)

*** Naměřeno v průběhu testu

Optimalizace přípojných vozidel
Jak jsme uvedli, zavítáme na IAA do Hannoveru, kde loni na podzim probíhala přehlídka novinek zaměřených na hospodárnost, bezpečnost a jízdní komfort užitkových vozidel. Kromě expozic jednotlivých výrobců s novinkami nás upoutala společná expozice společností Mercedes-Benz a Krone.

Aerodynamika vozidla podstatně ovlivňuje jízdní odpory, a tím hospodárnost jízdy, resp. spotřebu paliva. Všichni školitelé se shodují na tom, že s kamionem rozhodně není vhodné z hlediska hospodárnosti jízdy překračovat rychlosti 85 – 87 km/h. Jestliže nesmlouvavé pravidlo platí při jízdě se soupravou vlečenou sedlovým tahačem, pak je třeba si uvědomit, že stejné fyzikální zákony platí i při jízdě se sólo vozidlem, což byl náš případ, jemuž jsme se věnovali v první části tohoto příspěvku. A nyní již k soupravě Mercedes-Krone. Kromě zdokonalených motorů, nových pneumatik se sníženým valivým odporem a několika dalších konstrukčních úprav vozidel nás zaujal především nový aerodynamicky optimalizovaný návěs.

Efficiency Run 2016
Mercedes-Benz spolu se společností Krone nezůstaly u teorie, ale společně zorganizovaly u vytipovaných autodopravců zkušební test, optimalizované soupravy, jehož výsledky přinášíme. Podívejme se blíže, jak probíhalo testování nového přípojného vozidla renomované německé firmy. V loňském roce zorganizovaly uvedené společnosti tříměsíční test pod typickým označením Efficiency Run. Pět společností, které se zabývají autodopravou, testovalo nové optimalizované návěsy běžném provozu. Akce se zúčastnily tyto společnosti: Große-Vehne, Elflein, Rhenus, Seifert a Wiedmann & Winz. Jako tahače posloužila vlastní vozidla Actros roku výroby 2013 až 2015 bez speciálních úprav (dva typy Actros 1845, dva vozy Mercedes-Benz Actros 1842 a jeden Actros 1843). Ke standardní výbavě patřil pouze telematický systém FleetBoard, do něhož byla integrována telematika Krone včetně kontroly tlaku v pneumatikách a rovněž tempomat (Predictive Powertrain Control).

Testu se tedy podrobilo pět zcela nových přípojných vozidel tažených pěticí tahačů Actros. Návěsy Krone Profi Liner Efficiency slavily na loňské IAA v Hannoveru světovou premiéru a prakticky ve stejný okamžik je bylo možné objednat.

Ve srovnání se známými typy Krone Profi Liner jsou u novinky patrné zejména tyto změny:

• Návěsy jsou opatřeny novými boky vytvořenými z plastu odolného proti průrazu. Nové provedení zahrnuje i úplné zakrytí tří návěsových náprav.

• V zádi je umístěno čtyřdílné křídlo vyrobené rovněž z pevného plastu.

• Nová lehká kola s pneumatikami zaručujícími minimální valivý odpor.

  Připraven pro běžný provoz

  Ve srovnání s přechozími obdobnými testy hodnotili aktéři tentokrát nejen vliv zavedených změn na spotřeba paliva, ale i další provozní vlastnosti vozidel. Vyhodnocovalo se chování souprav v běžném provozním zatížení, zkušební jezdci posuzovali jízdní vlastnosti, hluk, stabilitu, možnosti vytěžování návěsů či snadnost obsluhy.

  Během tříměsíčního testu ujela vozidla po německých silnicích více než 150 000 kilometrů. Převážely motory ocel, papír, stavební materiál na blízké vzdálenosti i do odlehlejších cílových stanic.

  Podle výpovědi řidičů se návěsy v běžném denním provozu osvědčily. Boční nakládání probíhalo zcela bez problémů, jako u konvenčního traileru. Poškození bočnic nebylo u žádného návěsu během testu zaznamenáno. Rovněž zadní nakládka na rampách probíhala bez obtíží. Před otevřením zadních dveří bylo ovšem třeba uvolnit zadní čtyřdílná křídla. Podle informací řidičů to však trvá jen několik sekund.

  Pochvalu si vysloužila konstrukce bočního zakrytí, které sestává ze šesti jednotlivých částí. Ve výšce náprav návěsu lze jednoduchým hmatem odstranit kryt. Snadná „demontáž“ je velmi důležitá, neboť odstranění krytu není překážkou při nucené výměně kola. Přestože je boční plastové obložení vyvinuté u Krone velmi lehké, je dostatečně stabilní a odolává vnějším větrným poryvům. Samozřejmě, že je i boční obložení certifikováno společností TÜV a odpovídá zákonným požadavkům příslušných norem.

  Redukce součinitele odporu vzduchu

  Díky úplnému zakrytí tří návěsových náprav se zlepšil součinitel odporu vzduchu c_x o 5,2 %. K tomu je třeba připočíst zlepšení součinitele umístěním čtyřdílného zadního „křídla“ vyrobeného rovněž z pevného plastu. Zadní aerodynamické plochy přispěly k dalšímu zmenšení c_x, a to o 6,3 %. Tato dvě opatření společně se sníženým valivým nových pneumatik se výrazně podílela na snížení spotřeby celé soupravy. Z vyhodnocení průběhu jízdy systémem FleetBoard a telematikou Krone vyplývá, že zlepšení aerodynamiky a montáž pneumatik s nízkým valivým odporem přinesly více než pětiprocentní úsporu paliva.

  Úpravy návěsu Krone Profi Liner Efficiency spojené se snížení spotřeby je možné aplikovat rovněž u typů Mega Liner, Cool Liner a Dry Liner.

   

Závěrem:

Nejprve k první části příspěvku: I když nelze srovnávat provozní spotřebu s normovanou spotřebou zjišťovanou při ustáleném režimu, zjistili jsme velký rozdíl mezi standardním vozidlem (valníkem nebo dodávkou) a valníkem s vysokou plachtovou nástavbou. Odpor vzduchu (roste se čtvercem rychlosti) je u valníku s plachtou podstatně vyšší než u srovnávaných verzí, čemuž odpovídá i srovnání hodnot spotřeby paliva. Dvojnásobnému zvýšení rychlosti odpovídá čtyřnásobné zvýšení vzdušného odporu, a tedy i podstatné zvýšení spotřeby paliva, což je v absolutních číslech citelné zejména u valníku s plachtou. Do tabulky vypočtených hodnot jsme přidali údaj výkonu, který je potřeba pouze pro překonání odporu vzduchu. V tomto případě se dostáváme na kubickou závislost mezi rychlostí a potřebným výkonem. Není divu, že největší rychlost 160 km/h s motorem největšího výkonu 120 kW se udává pouze u standardního provedení bez nástavby. Testované vozidlo není schopné dosáhnout ani rychlosti 120 km/h. Dále bychom si měli uvědomit, že s extrémně zvýšenou spotřebou souvisí i další nepříznivé důsledky (bezpečnost, větší opotřebení jednotlivých částí hnacího řetězce...). Neměli bychom tedy ani při jízdě se sólo „plachtou“ překračovat příliš často rychlosti nad 90 km/h.

Komentář k druhé části „testu“ je velice stručný: U návěsových souprav se samozřejmě s velkými rozměry, přesněji řečeno s velkou čelní plochou, počítá, a v tom případě se vyplácí spolupráce obou výrobců. I zde má ovšem dominantní vliv na jízdní odpory, resp. na spotřebu, přípojné vozidlo. Jedním z příkladů navržených úprav je optimalizovaný návěs Krone Profi Liner Efficiency. Úspory paliva začínají u kol a pneumatik, zahrnují aerodynamiku a samozřejmě motory a celé ústrojí pohonu. Tímto směrem se ubírá současný vývoj prakticky u všech velkých výrobců přípojných vozidel nejvyšších kategorií. Dnes jsme se ovšem zaměřili výhradně na aerodynamiku.

Text: Vlastislav Tůma

Foto: archiv