Tiêu hao nhiên liệu xe thương mại

Tiêu thụ nhiên liệu và tối ưu hóa tiêu thụ

Tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu như một nhu cầu kinh tế

Mức tiêu thụ nhiên liệu hay ngày nay chúng ta nên nói rõ hơn về mức tiêu thụ năng lượng là động lực chính thúc đẩy tiến bộ kỹ thuật trong ngành vận tải đường bộ trong nhiều thập kỷ. Vì phương tiện thương mại là một loại hàng hóa đầu tư, được mua và vận hành để kiếm tiền nên tổng chi phí và tỷ trọng của các yếu tố chi phí khác nhau luôn đóng vai trò quan trọng.

Trong những thập kỷ qua ở hầu hết các thị trường, mức tiêu thụ nhiên liệu đã và vẫn là yếu tố chi phí quan trọng thứ hai trong kinh doanh vận tải đường bộ, chỉ sau chi phí của tài xế. Khi vận chuyển đường dài, mức tiêu thụ dầu diesel chiếm 30% chi phí tính trong toàn bộ thời gian sử dụng của xe.

Hình 1.1 cho thấy cơ cấu chi phí của một công ty vận tải đường dài ở Châu Âu. Tất nhiên, tỷ lệ chính xác của chi phí riêng lẻ ở mỗi công ty vận tải đường bộ là khác nhau, bởi vì việc phân tích chi phí chính xác phụ thuộc vào phương tiện và thùng xe, đặc biệt là vào mục đích sử dụng cụ thể của phương tiện. Phí đường bộ, chi phí nhân sự và thuế khác nhau giữa các quốc gia. Phân tích chi phí hiển thị bên dưới tương ứng với đánh giá của Bundesverband Güterkraftverkehr, Logistik und Entsorgung (BGL) e. V. (Hiệp hội Vận tải Đường bộ, Hậu cần và Quản lý Chất thải Liên bang) của các hãng vận tải đường bộ Đức năm 2007 xem [42]. Đánh giá tương tự vào năm 2015 cho kết quả rất giống nhau kết quả. Minh họa tương tự cũng có thể được tìm thấy ở nơi khác, xem [8,35].

• Chi phí tài xế : 28.6%
• Chi phí nhiên liệu: 27.2%
• Chi phí cầu đường, thuế, bảo hiểm: 11.5%
• Chi phí quản lý: 10.6%
• Chi phí khấu hao: 8.5%
• Chi phí bảo trì, bảo dưỡng: 7.2%
• Chi phí khác: 4.2%
• Chi phí lốp xe: 2.3%

Hình 1.2 cho thấy giá dầu diesel ở Đức tăng qua các thập kỷ. Do đó, xe tải tiết kiệm nhiên liệu rất quan trọng đối với lợi nhuận của các công ty vận tải đường bộ trong nhiều thập kỷ. Giá dầu diesel được xác định bởi giá dầu thô và thuế toàn cầu.

Thập kỷ 2010 – 2020 chứng kiến giai đoạn giá dầu diesel đi ngang. Giá dầu diesel trung bình ít nhiều không đổi nhưng có sự biến động đáng kể. Xem hình 1.3. lấy Mỹ làm ví dụ. Giá diesel tăng cao hơn nữa trong dài hạn có thể được giả định và thậm chí có thể được mong muốn từ quan điểm bảo vệ khí hậu.

Kể từ một vài năm, mối lo ngại ngày càng tăng về tác động môi trường của việc đốt nhiên liệu (hóa thạch) và vấn đề biến đổi khí hậu trên toàn thế giới đã tạo thêm động lực để giảm tiêu thụ năng lượng. Nhiên liệu bị đốt cháy càng ít thì càng tốt cho môi trường.

Về lâu dài, hệ thống truyền động thông thường sử dụng nhiên liệu hóa thạch sẽ được thay thế bằng các khái niệm truyền động thay thế—xem [4]. Đối với các hệ thống truyền động thay thế, việc tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng cũng sẽ cực kỳ quan trọng:

Hydro là một trong những nhiên liệu tiềm năng của tương lai. Ngày nay hydro đắt tiền (so với nhiên liệu hóa thạch có cùng hàm lượng năng lượng) và hiện tại có rất ít lý do để cho rằng Hydro sẽ trở thành nguồn năng lượng rẻ. Vì vậy, giảm tiêu thụ năng lượng là một ý tưởng hay cho các máy chạy bằng hydro.

Việc lưu trữ năng lượng (ắc quy) trong xe điện chạy pin rất tốn kém và nặng nề. Kích thước pin sẽ trực tiếp chuyển thành phạm vi lái xe trước khi cần sạc lại. Do đó, luôn có sự đánh đổi giữa chi phí pin và trọng lượng so với phạm vi lái xe. Mức tiêu thụ năng lượng được tối ưu hóa là điều bắt buộc để xe tải điện chạy pin có thể cung cấp phạm vi lái xe nhất định theo cách tiết kiệm chi phí.

Từ kiến thức ngày nay, phải giả định rằng nhiên liệu lỏng thay thế (nhiên liệu tổng hợp), có thể thay thế dầu diesel, sẽ không rẻ hơn dầu diesel. Nếu đúng như vậy thì họ đã thay thế động cơ diesel hóa thạch rồi. Vì vậy việc sử dụng hiệu quả những nhiên liệu đó là cần thiết.

Dù nhiên liệu là gì, dù chúng ta đang sử dụng loại năng lượng nào để chạy xe tải thì nhiệm vụ giảm mức tiêu thụ năng lượng trong xe tải sẽ luôn là ưu tiên hàng đầu.

Tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu cho môi trường

Ngoài tầm quan trọng về mặt thương mại đối với công ty vận tải đường bộ, việc giảm tiêu thụ năng lượng còn có nghĩa là tích cực bảo vệ môi trường. Điều này đúng với tất cả các hệ thống truyền động: pin nhỏ hơn có tác động môi trường nhỏ hơn, sản xuất hydro ít hơn tiêu thụ nhiên liệu tổng hợp cần thiết hoặc ít hơn sẽ có lợi cho môi trường.

Diesel từ các mỏ hóa thạch góp phần gây ra biến đổi khí hậu Như đã đề cập, về lâu dài động cơ diesel chạy bằng diesel (hóa thạch) sẽ được thay thế. Nhưng rõ ràng xe tải diesel sẽ còn tồn tại khá lâu nữa. Trong thời gian này, nhiệm vụ của chúng tôi là giảm mức tiêu thụ dầu diesel càng nhiều càng tốt. Động cơ càng tiêu thụ ít dầu diesel thì càng tạo ra ít carbon dioxide (CO2). Mỗi lít nhiên liệu diesel tiết kiệm được sẽ giảm được khoảng 2,6 kg khí nhà kính CO2 cho môi trường của chúng ta. Nếu chúng ta giả sử một chiếc xe tải đang di chuyển 150,000 km một năm với mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình là 34l/100 km (thực tế đối với xe tải 40 tấn), mức giảm nhiên liệu 3% giúp tiết kiệm nhiên liệu 1500L và tiết kiệm được khoảng. 4,000 kg CO2 mỗi năm đối với môi trường của chúng ta⁽¹⁾.

Do mối lo ngại về môi trường ngày càng gia tăng trong những thập kỷ qua, không chỉ các nhà sản xuất xe tải mà cả các chương trình công cộng cũng đang nghiên cứu các công nghệ xe tốt hơn, hiệu quả hơn xem [55] làm ví dụ.

Tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng cho tất cả các hệ thống truyền động

Nhiều biện pháp giảm mức tiêu thụ năng lượng không phụ thuộc vào hệ thống truyền động cụ thể hoặc nhiên liệu: Hiệu quả năng lượng tốt hơn thông qua khí động học được tối ưu hóa, lốp xe phù hợp, lái xe dự đoán, khái niệm hậu cần được tối ưu hóa và cơ sở hạ tầng được tối ưu hóa không chỉ có lợi cho xe tải thông thường hiện nay sử dụng động cơ diesel mà còn có thể chuyển đổi sang tất cả các công nghệ tương lai hiện đang được thảo luận. Các khả năng giảm mức tiêu thụ có sẵn cho thiết kế và vận hành các loại xe thông thường mà chúng ta quen thuộc ngày nay cũng có thể được sử dụng cho các loại xe sử dụng nhiên liệu thay thế, động cơ hydro hoặc xe điện chạy bằng pin.

Nhiều khả năng để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng có thể kết hợp được: Một loại xe được tối ưu hóa về mặt khí động học có thể chạy bằng lốp ma sát thấp được đẩy bằng động cơ điện do người lái xe có tầm nhìn xa điều khiển trên tuyến đường được tối ưu hóa về mặt hậu cần vào những thời điểm trong ngày khi mật độ giao thông thấp. Việc nghiên cứu tất cả các khía cạnh của mức tiêu thụ năng lượng là rất đáng giá.

Tuy nhiên, một số giải pháp được thảo luận trong tập sách này tập trung vào các khía cạnh cụ thể để tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu trên các loại xe thông thường. Có thể yên tâm rằng các loại xe chạy bằng động cơ diesel sẽ vẫn tồn tại và cần được tối ưu hóa trong ít nhất một thập kỷ tới.

Phương tiện và năng lượng thất thoát

Kháng chuyển động

Có nhiều ngoại lực tác động lên xe: lực cản lăn (rolling resistance), lực cản khí động học (the aerodynamic drag) và lực cản độ dốc khi lái xe lên dốc (the gradient resistance when driving uphill).

Những lực này làm xe giảm tốc độ. Để duy trì tốc độ, hệ thống truyền động của ô tô phải cung cấp một lực dẫn động bằng nhau. Nếu phương tiện không chỉ muốn duy trì tốc độ không đổi mà thậm chí còn muốn tăng tốc thì phải bổ sung thêm lực tăng tốc vào việc này.

Điều này dẫn đến lực tổng cộng (phương trình 2.1):

Tổng công suất truyền động cần thiết cho một phương tiện di chuyển trong không khí không có gió là (phương trình 2.2):

trong đó m_Total là khối lượng của xe, v là tốc độ và g là gia tốc trọng trường. Góc α biểu thị độ nghiêng của mặt đường so với phương ngang. f_Rot là cái gọi là hệ số quán tính quay, hệ số này có tính đến việc để tăng tốc cần có một lực bổ sung để thắng mômen quán tính của các khối lượng quay (bánh xe, trục các đăng, v.v.). Các thuật ngữ về lực cản khí động học F_Aero và lực cản lăn F_Roll được xác định chi tiết trong biểu thức. 2.2.

Năng lượng tiêu hao để thắng lực cản khí động học và lực cản lăn là năng lượng ma sát phải được coi trực tiếp là năng lượng bị mất đi. Ngược lại, năng lượng được đầu tư để vượt qua lực cản độ dốc (lái xe lên dốc) và để tăng tốc cho xe sau đó sẽ hiện diện trong xe dưới dạng thế năng hoặc động năng. Năng lượng này được tiêu thụ (sau này) trong giai đoạn lăn bánh hoặc tiêu thụ khi phanh.

Tiêu thụ năng lượng trên xe có động cơ đốt trong

Nguồn năng lượng trong một chiếc xe thông thường là động cơ diesel. Động cơ diesel chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu diesel thành năng lượng cơ học. Diesel bao gồm các hydro cacbon lỏng. Thành phần chính xác của dầu diesel không đồng nhất. Nó phụ thuộc vào nguyên liệu ban đầu được đưa vào quá trình sản xuất động cơ diesel. Các yêu cầu tối thiểu về nhiên liệu diesel được xác định trong tiêu chuẩn DIN EN 590 của Đức. Tab. 2.1 thể hiện khối lượng riêng và nhiệt trị của nhiên liệu diesel.

Dựa trên các giá trị trong Bảng 2.1, một lít dầu diesel chứa khoảng 10 kWh năng lượng,1 Phương trình 2.3:

Quá trình chuyển đổi năng lượng hóa học của động cơ diesel thành động năng của xe có thể bị mất mát.

Trong Hình 2.1, năng lượng của nhiên liệu diesel được phân tích để đi đến đâu. Được thể hiện ở đây thông qua ví dụ về tổ hợp xe đầu kéo bán rơ moóc đường dài hiện đại hoạt động trên tuyến đường Stuttgart–Hamburg–Stuttgart (Đức).

Bảng tổn thất được hiển thị hơi khác nhau đối với mỗi tuyến đường. Có những tuyến đường mà phanh thường xuyên hơn và những tuyến đường có tốc độ trung bình thấp hơn, và do đó tổn thất năng lượng do lực cản khí động học có tỷ lệ nhỏ hơn một chút. Phân tích được hiển thị dựa trên một người lái xe có kinh nghiệm, người thực hành lái xe dự đoán và điều khiển phương tiện một cách tối ưu về mức tiêu thụ nhiên liệu.

Trong bảng phân tích được hiển thị, động cơ đạt được hiệu suất cơ học trung bình khoảng 44%. 56% năng lượng đốt cháy của nhiên liệu diesel bị mất dưới dạng nhiệt. Động cơ cần khoảng 1% năng lượng từ nhiên liệu diesel để duy trì chức năng của chính nó. Tổn thất do các thiết bị tiêu thụ phụ và do ma sát trong hệ thống truyền động làm hao mòn năng lượng cơ học do động cơ cung cấp ở trục khuỷu; vì vậy cuối cùng, khoảng 40% năng lượng hóa học của động cơ diesel có sẵn ở các bánh xe.

Năng lượng này dùng để vượt qua lực cản chuyển động và tăng tốc cho xe.

Đối với các công nghệ động cơ đốt trong khác sẽ được sử dụng trong tương lai (ví dụ như động cơ đốt trong hydro), một bức tranh tương tự như Hình 2.1 sẽ xuất hiện. Hiệu suất cơ học trung bình có thể hơi khác nhau nhưng sự phân tích tổng thể về mức tiêu thụ năng lượng là tương tự nhau. Tuy nhiên, trong hệ thống truyền động điện, còn có một cơ chế rất quan trọng khác cần được xem xét: phục hồi sức khỏe. Một phần năng lượng phanh sẽ được sử dụng để sạc lại pin. Hiệu ứng này phải được tính đến khi phân tích việc sử dụng năng lượng của xe tải điện.

Tiêu thụ năng lượng của xe có hệ thống truyền động điện

Hình 2.2 trình bày sơ đồ phân tích tổn thất năng lượng trong xe tải điện. Một chiếc xe tải phân phối có khả năng thu hồi nhiệt cao được trình bày ở đây để minh họa sự khác biệt so với một chiếc xe tải chạy bằng động cơ diesel thông thường. Nếu xe phanh, một phần năng lượng sẽ được phục hồi và đưa trở lại ắc quy.

Hệ thống sưởi và làm mát cabin và ắc quy phải được dẫn động bằng điện từ ắc quy. Năng lượng này được bao gồm trong các “thiết bị phụ trợ” trong Hình 2.2 trong khi ở hệ thống truyền động thông thường, năng lượng để sưởi ấm được lấy từ năng lượng thải ra hệ thống làm mát. Vì vậy, phần “phụ trợ” trong Hình 2.2 thể hiện phần tiêu thụ năng lượng tổng thể lớn hơn so với hệ thống truyền động đẩy ICE thông thường.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiên liệu

Mức tiêu thụ dầu diesel của xe tải thông thường cũng như mức tiêu thụ năng lượng của xe có hệ thống động cơ thay thế được xác định bởi bốn yếu tố khác nhau [6].

Công nghệ xe

Vì mức tiêu thụ nhiên liệu là một chủ đề quan trọng đối với khách hàng xe tải nên sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất xe khác nhau đảm bảo rằng các loại xe mới, hiệu quả hơn liên tục được cung cấp. Cho đến nay, sự cạnh tranh để cung cấp xe tải hiệu quả nhất cho khách hàng chỉ có trên xe tải thông thường với động cơ đốt trong. Những chiếc xe tải khác có hệ thống truyền động thay thế chỉ được sử dụng trong những ngóc ngách rất nhỏ. Đây là về để thay đổi. Cả hệ thống truyền lực và phương tiện đều đã và đang liên tục được tối ưu hóa để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Do đó, có thể giảm mức tiêu thụ xe tải 40 tấn chở đầy hàng khoảng 1/3 trong khoảng thời gian từ 1965 đến 1995. Hình 3.1

1. Công nghệ phương tiện: Công nghệ xe hiện đại đóng góp quan trọng nhất cho việc vận chuyển tối ưu hóa tiêu dùng. Lực cản lăn thấp, khí động học được tối ưu hóa, thiết bị tiêu thụ phụ giúp giảm tổn thất điện năng và hệ thống truyền động hiệu quả là những thành phần kỹ thuật dành cho một chiếc xe tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh máy kéo, sơ mi rơ moóc hay rơ moóc nguyên chiếc cũng góp phần quyết định vào tổng lượng tiêu thụ. Mức hiệu suất của động cơ diesel là 44% trong Hình 2.1 được tính từ khoảng năm 2008 [8]. Kể từ đó nó đã được cải tiến và các kỹ sư vẫn nỗ lực cải tiến động cơ thông thường. Các thành phần của hệ thống truyền động điện cũng sẽ không ngừng được cải tiến.
2. Các điều kiện vận hành xe: Mức tiêu thụ năng lượng của xe phụ thuộc vào các điều kiện vận hành xe. Địa hình đồi núi sẽ làm tăng lượng tiêu thụ. Thời tiết ảnh hưởng đến việc mất xe. Tải trọng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ vì tổng trọng lượng của xe có ảnh hưởng tuyến tính đến lực cản lăn. Các tình huống giao thông buộc người lái xe phải thực hiện các biện pháp phanh và giai đoạn tăng tốc tiếp theo sẽ tiêu tốn thêm nhiên liệu. Địa hình đồi núi và hệ thống phanh có ảnh hưởng ít rõ rệt hơn đến mức tiêu thụ năng lượng của xe điện so với xe đốt thông thường vì quá trình thu hồi năng lượng sẽ thu hồi một phần năng lượng tiêu hao. Thông thường, các điều kiện vận hành chỉ có thể được thay đổi trong giới hạn hẹp, mặc dù chúng thực sự là nguyên nhân gây ra phần lớn mức tiêu thụ nhiên liệu.
3. Người lái xe: Ảnh hưởng quan trọng thứ ba là người lái xe. Ngay cả một phương tiện được tối ưu hóa về mặt kỹ thuật cũng chỉ đạt được giá trị tiêu thụ tốt nếu người lái vận hành phương tiện tiết kiệm nhiên liệu. Người lái xe giỏi lái xe với tinh thần dự đoán trước, thực hiện các bước phanh và tăng tốc sau đó ở mức tối thiểu nếu cần thiết.
4. Tình trạng của xe: Nhóm yếu tố ảnh hưởng quyết định mức tiêu thụ thứ tư và cuối cùng là tình trạng của xe. Việc bảo dưỡng và chăm sóc xe có tác dụng thiết thực đối với tất cả các loại tổn thất được nêu trong ví dụ: Hình 2.1 và Hình 2.2.

Biểu đồ cũng cho thấy rằng việc cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu đã đạt được ít tiến bộ hơn kể từ khoảng năm 1990. Điều này là do các yêu cầu của luật phát thải, trong đó một số yêu cầu đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật dẫn đến mức tiêu thụ nhiên liệu tăng lên. Hơn nữa, giải pháp kỹ thuật càng tốt và tiên tiến thì càng khó tìm và thực hiện các cải tiến tiếp theo về mặt kinh tế.

Phần 3.1 đến 3.3 tập trung vào việc tối ưu hóa động cơ, hệ thống truyền động và các thiết bị phụ trợ để thiết kế xe tải tiết kiệm nhiên liệu nhất. Các giải pháp kỹ thuật phụ thuộc vào loại ổ đĩa. Rõ ràng, trước đây người ta đã chú ý rất nhiều đến hệ thống truyền động với động cơ đốt trong thông thường. Bắt đầu từ phần 3.4 các giải pháp kỹ thuật được thảo luận sẽ ảnh hưởng đến mức tiêu thụ năng lượng của mỗi xe tải, dù chạy bằng nhiên liệu hóa thạch hay bằng điện có thể được cung cấp bởi lưới điện (thông qua pin trong xe) hoặc bằng pin nhiên liệu trên xe. phương tiện giao thông.

Động cơ

Động cơ chiếm tỷ lệ rõ ràng nhất trong mức tiêu thụ nhiên liệu – diesel được đốt trong động cơ. Những bước nhảy vọt khác nhau trong công nghệ đã làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể của động cơ. Mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể xác định khối lượng dầu diesel phải được sử dụng để thực hiện một lượng công cơ học xác định. Mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể thường được chỉ định bằng gam trên kilowatt giờ (g/kWh). Ngoài mức tiêu thụ cụ thể ở điểm tối ưu, một yếu tố thậm chí còn quan trọng hơn đối với sử dụng thực tế là phạm vi rộng (tính bằng vòng/phút và mô-men xoắn) mà động cơ hoạt động hiệu quả trong đó. Hình 3.2: thể hiện cái gọi là sơ đồ động cơ của động cơ xe tải hiện đại. Bản đồ động cơ hiển thị mức tiêu thụ nhiên liệu cụ thể (thường tính bằng g/kWh) trong phạm vi vòng tua máy của động cơ.

Một động cơ tiết kiệm nhiên liệu phải sở hữu bản đồ động cơ có phạm vi rộng trên biểu đồ mô-men xoắn-vòng/phút để nó hoạt động với hiệu suất cao. Đặc biệt ở đây đã đạt được tiến bộ đáng kể trong 20 năm qua.

Những cải tiến về động cơ giúp tiết kiệm nhiên liệu là chuyển đổi từ quá trình đốt trong buồng sang phun trực tiếp, bộ tăng áp khí thải (làm cho một phần năng lượng trong khí thải có thể sử dụng được), làm mát khí nạp (làm tăng hiệu quả của tăng áp), sự ra đời của công nghệ bốn van, áp suất phun tăng đáng kể và công nghệ SCR. Công nghệ SCR cho phép đáp ứng các giới hạn nghiêm ngặt về khí thải, đồng thời cho phép động cơ hoạt động trong phạm vi tối ưu hóa mức tiêu thụ.

Trong hình 3.1 và 3.3 cũng cho thấy rằng xu hướng động cơ—song song với nỗ lực tăng hiệu suất—cũng phải tính đến luật phát thải ngày càng chặt chẽ và ngày càng tăng cường đang được nhanh chóng thông qua.

Chức năng khởi động – dừng
Chức năng khởi động-dừng vốn là tiêu chuẩn trên ô tô du lịch từ lâu cũng có thể được phát triển khai cho động cơ xe tải. Đối với việc tải đường dài không dừng thường xuyên thì lợi ích không lớn nên chức năng khởi động dừng thường xuyên không được sử dụng. Trong xe tải phân phối, lái xe qua các khu đô thị đông đúc, động cơ xe tải có thể có thời gian chạy không đáng kể khi có đèn đỏ. Trong trường hợp này, chức năng dừng khởi động có thể có ý nghĩa và có thể giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tới 1% tùy chọn vào chế độ lái xe.

Triển vọng tối ưu hóa động cơ hơn nữa
Những cải tiến tiếp theo có thể cho các động cơ hiệu quả hơn nữa được tính toán là đồng nhất một phần hợp lý diesel-không khí trong phạm vi tải một phần và giảm thâm thất phụ. Hình C cũng tìm thấy các biện pháp bên trong động cơ thúc đẩy cải thiện cấp độ thụ nhiên liệu cụ thể đã dẫn đến giải pháp tiết kiệm ngày càng nhỏ hơn. Về phía quá trình đốt cháy, có thể chỉ có những bước cải tiến nhỏ sẽ có thể thực hiện được trong tương lai. Do đó, công việc tối ưu hóa động cơ diesel trong tương lai có thể được giải quyết triệt để hơn việc sử dụng năng lượng dư trong khí thải. Người ta muốn tận dụng tỷ lệ năng lượng chưa được sử dụng cao hơn là bị mất cùng với khí thải được làm nóng. Câu hỏi 30% năng lượng hóa học của nhiên liệu diesel bị thất bại qua nhiệt thải, xem Hình 2.1. Hệ thống thu hồi nhiệt cố gắng tận dụng nhiệt trong hệ thống xả.

Động cơ điện

Trong trường hợp xe tải điện (có thể là xe tải chạy bằng pin hoặc xe tải chạy bằng pin nhiên liệu), hiệu suất của động cơ điện sẽ ảnh hưởng đến tổng mức tiêu thụ năng lượng. May mắn thay, hiệu suất của động cơ điện tử rất cao. Hình 3.4 cho thấy sơ đồ hiệu suất của động cơ điện tử. Đôi khi bản đồ hiệu suất của máy điện tử có thể được hiển thị bao gồm các thành phần bổ sung như biến tần hoặc bộ bánh răng để chuyển đổi mô-men xoắn và tốc độ quay.

Có thể thấy từ hình 3.4 rằng hiệu suất của động cơ điện tử phụ thuộc vào tốc độ quay và mô-men xoắn đầu ra. Do đó, xe tải truyền động điện có thể được trang bị hộp số với các cấp số khác nhau để giữ cho động cơ điện tử ở phạm vi lý tưởng của bản đồ tốc độ-mô-men xoắn. Tuy nhiên, nói chung, người ta có thể nói rằng hộp số yêu cầu của xe điện tử đơn giản hơn hộp số thông thường dành cho xe tải hạng nặng có động cơ đốt trong.

Hệ thống truyền lực

Để di chuyển xe, cơ năng mà động cơ cung cấp phải truyền tới các bánh xe. Thật không may, điều này không tránh khỏi tổn thất. Phần này thảo luận về việc hộp số và trục góp phần như thế nào vào tổn thất trên xe.

Truyền động

Đáng chú ý là không chỉ lưu lượng truy cập buộc các thủ tục phanh, chẳng hạn như giao thông trong làn đường của riêng xe và giao thông giao thông, gây ra tiêu thụ bổ sung, mà cả giao thông sắp tới gây ra sự gia tăng lực cản khí động học. Giao thông đối lập (xe tải) đẩy một bức tường không khí lên xe (xe của chúng tôi, xe của chúng tôi) ném xe trở lại. Đây là một hiệu ứng mà đôi khi người ta có thể cảm thấy khi lái xe. Hộp số góp phần giúp xe tối ưu hóa nhiên liệu theo hai cách. Đầu tiên, hộp số và bộ điều khiển hộp số lựa chọn tỷ số truyền phù hợp để động cơ hoạt động trong khoảng tối ưu. Chỉ khi có tỷ số truyền đúng và chọn đúng số thì động cơ đốt mới đạt được hiệu suất trung bình cao hơn 44% được thể hiện trong hình 2.1. Tự động hóa hộp số giúp lựa chọn thiết bị chính xác. Hộp số tự động chọn số chính xác bằng điện tử và thực hiện chuyển số tối ưu. Mặc dù một người lái xe giỏi trong cuộc thử nghiệm sẽ thành công trong việc lái đúng số cũng như thực hiện việc sang số đúng lúc một cách hoàn hảo, ngay cả người lái xe giỏi nhất cũng sẽ mệt mỏi và không thể duy trì thành tích của mình với sự kiên định của giải pháp kỹ thuật. Do đó, tự động hóa hộp số góp phần giảm mức tiêu thụ nhiên liệu trong sử dụng hàng ngày.

Thứ hai, năng lượng cơ học bị mất trong quá trình truyền động. Mục tiêu, như mọi khi, là giảm thiểu những tổn thất này. Các thiết kế truyền dẫn khác nhau có hiệu suất khác nhau. Giải pháp truyền động mang lại hiệu quả cao nhất, đồng thời đáp ứng yêu cầu về tuổi thọ lâu dài là truyền động bánh răng trụ. Hộp số có 12 hoặc 16 bánh răng được lắp trên xe tải hạng nặng để đạt được tỷ số truyền cao cần thiết do tổng trọng lượng của xe thương mại cao [4].

Bộ truyền bánh răng trụ có hai loại tổn hao:

1. Tổn thất kéo là tổn thất xảy ra khi hộp số quay độc lập với công suất truyền tải. Chúng bao gồm tổn thất do ma sát trong ổ trục và bộ đồng bộ, tổn thất do bắn tung tóe, tổn thất do ma sát trong vòng đệm, v.v.
2. Tổn hao ma sát của các bánh răng chịu tải.

Cái gọi là hộp số dẫn động trực tiếp được ưa chuộng hơn trong lĩnh vực xe thương mại để giữ tổn thất ma sát ở mức thấp khi chịu tải. Đây là những hộp số trong đó số cao nhất là truyền động trực tiếp qua hộp số.

Hình 3.5 cho thấy hiệu suất truyền trung bình đối với từng bánh răng của hộp số 12 bánh răng kiểu Châu Âu với bộ hành tinh và một bánh răng trực tiếp trong hộp số chính. Hiệu suất truyền phụ thuộc vào tải. Vì một số tổn thất bên trong đường truyền không phụ thuộc vào công suất truyền tải nên hiệu suất của đường truyền thường cao hơn một chút ở mức tải cao hơn. Hiệu suất chính xác phụ thuộc vào tốc độ quay và mô-men xoắn được truyền. Do đó, đối với mỗi bánh răng, người ta có thể đo bản đồ hiệu suất vòng/phút/mô-men xoắn (xem ví dụ về các trục trong trục Phần 3.2.2).

Hơn nữa, hiệu suất truyền động phụ thuộc vào loại dầu được sử dụng trong hộp số và nhiệt độ dầu hộp số.

Chức năng EcoRoll
Tùy thuộc vào địa hình, một phần tuyến đường có thể bao gồm các đoạn mà xe không cần lực kéo từ hệ thống truyền động. Xe có thể lăn bánh một cách đơn giản bằng cách ngắt động cơ đốt trong khỏi hệ thống truyền động trong các giai đoạn lăn bánh này. Vì lý do an toàn, người ta không muốn lái xe khi ly hợp bị ngắt, cần số sẽ được chuyển về vị trí trung lập. Động cơ đốt trong đã được nhả tiếp tục chạy không tải. Nếu tốc độ giảm xuống dưới tốc độ điều khiển hành trình đặt trước hoặc người lái nhấn bàn đạp ga, bánh răng sẽ được gài trở lại và động cơ đốt trong sẽ dẫn động xe trở lại.

Ngoài ra, việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ có thể bị dừng và xe đang lao xuống dốc với các bánh xe quay trục cánh, hộp số và động cơ. Trong trường hợp này, nhiên liệu không bị tiêu hao chút nào nhưng ma sát bên trong lại cao hơn nhiều (động cơ phải quay). Việc ngắt động cơ và để động cơ chạy không tải hay chuyển động cơ ở chế độ chạy dọc từ các bánh xe sẽ có lợi hơn tùy thuộc vào địa hình. Trong cả hai trường hợp, động cơ vẫn quay vì điều này là cần thiết vì lý do an toàn. Động cơ quay vẫn dẫn động các thiết bị phụ và có thể khởi động nhanh nếu cần. Không nên đặt hệ thống truyền động ở trạng thái trung tính VÀ cắt nguồn cung cấp nhiên liệu cho động cơ (chết máy).

Chất làm chậm
Bộ giảm tốc được sử dụng làm bộ phận phanh không bị mài mòn trong nhiều xe tải. Bộ giảm tốc thủy lực về cơ bản là một bánh tuabin được nối với hệ thống truyền động và quay qua vỏ bộ giảm tốc—xem [2]. Nếu cần phanh, vỏ hãm sẽ được đổ đầy chất lỏng (thường là dầu hãm). Trong hoạt động không phanh, chất lỏng được đẩy ra khỏi bộ hãm tốc và bánh tuabin quay tự do trong không khí. Để tránh tổn thất năng lượng còn lại do bánh tuabin quay trong không khí, người ta sử dụng các bộ giảm tốc hoàn toàn có thể ngắt kết nối bằng ly hợp. Mức tiêu thụ nhiên liệu giảm từ 0,2 đến 0,5% so với bộ giảm tốc thông thường không có ly hợp có vẻ thực tế.

Trục

Bánh răng trục cũng có hiệu suất dưới 100%. Trục giảm tốc trục hành tinh bao gồm hai hộp số giảm tốc và do đó phải khắc phục ma sát ở các răng bánh răng gấp đôi, do bản chất của chúng có mức hiệu quả kém hơn so với các trục giảm tốc đơn. Do đó, trục giảm tốc trung tâm hành tinh đã được thay thế vào những năm 1990—ít nhất là trên các phương tiện chạy đường dài—bằng trục giảm tốc đơn hypoid.

Tổn hao trên trục gồm:

• Mất răng bánh răng
• Tổn thất ở các ổ trục khác nhau (ổ trục, ổ trục bánh răng,…)
• Tổn thất ma sát tại các vòng đệm (phớt bánh răng, vòng đệm trục bánh xe)
• Tổn thất do bắn dầu.

Hiệu suất của trục không phải là hằng số, nó phụ thuộc vào tốc độ quay và mô men xoắn được truyền. Vì hiệu suất của một trục là khác nhau đối với các mômen xoắn và tốc độ khác nhau nên hiệu suất tổng thể phụ thuộc vào tuyến đường, tải trọng và hành vi lái xe. Nhân tiện, điều này cũng đúng đối với việc truyền tải. Hình 3.6 thể hiện sơ đồ hiệu quả của cầu sau đối với xe tải hạng nặng. Hiệu suất truyền của trục phụ thuộc vào chất lượng của bản thân bánh răng, hình dạng bên trong của các bộ phận chuyển động và vỏ cũng như loại dầu được sử dụng. Dầu tổng hợp thường tốt hơn dầu khoáng. Trục nhiều tầng hoặc truyền động qua trục có hiệu suất thấp hơn trục hypoid đơn giản vì chúng có nhiều bộ phận chuyển động và bánh răng hơn. Trong trường hợp trục hypoid giảm tốc đơn, bánh răng hypoid ảnh hưởng đến tổn hao răng của bánh răng. Độ bù hypoid thấp làm giảm tổn thất.

Hiệu suất của trục có thể trải qua một số thay đổi trong thời gian sử dụng hữu ích. Sự hao mòn có thể cải thiện hiệu quả. Đến cuối thời gian sử dụng kỹ thuật, hiệu suất có thể giảm trở lại. Hai trục “giống hệt nhau” có thể có ma sát bên trong khác nhau và hiệu suất khác nhau do khe hở ổ trục khác nhau, tải trước ổ trục khác nhau và sự khác biệt nhỏ về độ hoàn thiện bề mặt.

Ngoài các tổn thất bên trong trục và bộ truyền động, tổ hợp trục truyền động được lựa chọn chính xác cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế một chiếc xe tối ưu hóa mức tiêu thụ. Thông qua việc lựa chọn tổ hợp trục truyền động, người ta xác định được điểm nào trên bản đồ nhiên liệu động cơ mà động cơ hoạt động trong các tình huống lái xe cụ thể. Hệ thống truyền động giảm tốc quá ngắn ở địa hình thuận lợi sẽ dẫn đến mức tốc độ động cơ cao và mức tiêu thụ nhiên liệu lớn hơn: trong trường hợp động cơ hiện đại, mức tốc độ động cơ quá cao khoảng 100 vòng/phút sẽ gây ra hiện tượng giảm tốc quá mức tiêu dùng thêm 1%. Hệ thống truyền động có tỷ số truyền quá dài ở những địa hình khó khăn sẽ làm tăng tần suất chuyển số: xe sẽ hiếm khi chuyển sang số trực tiếp. Hậu quả là mức tiêu thụ bổ sung do hệ thống truyền động có tỷ số truyền động quá dài đối với ứng dụng được đề cập.

Tiêu thụ điện năng của các bộ phận phụ trợ

Động cơ diesel không chỉ dẫn động các bánh xe mà còn dẫn động nhiều bộ phận phụ trợ (xem Hình 2.1). Mức tiêu thụ điện năng của những người tiêu dùng này được tối ưu hóa để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Một số ví dụ bao gồm:

Sự tham gia của quạt
Công suất tiêu thụ của quạt khi cung cấp không khí tối đa là trên 30 kW đối với xe tải hạng nặng chạy đường dài! Sức mạnh này phải được cung cấp bởi động cơ diesel. Do đó, quạt chỉ được kích hoạt khi cần thiết đã trở thành tiêu chuẩn từ lâu. Quạt có khả năng điều khiển biến thiên liên tục thậm chí còn tối ưu hóa mức tiêu thụ hơn. Quạt có tốc độ quay thay đổi được truyền động bằng khớp nối ma sát thay đổi và do đó chỉ tiêu thụ năng lượng truyền động cần thiết để làm mát động cơ (Hình 3.7).

Tối ưu hóa hệ thống khí nén
Kiểm soát thông minh việc nạp khí vào bình chứa khí sẽ giảm mức tiêu thụ năng lượng:

• Một điều khiển đơn giản của quá trình nạp khí vào bình chứa bao gồm việc máy nén khí ép không khí vào bình chứa đến áp suất cắt xác định. Nếu áp suất bình chứa giảm xuống dưới áp suất giới hạn thông qua việc tiêu thụ không khí (phanh, v.v.), nó sẽ được bổ sung lại bằng máy nén khí. Thời điểm nạp điện vào hồ chứa chỉ được xác định bởi áp suất hồ chứa.
• Bộ điều khiển tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ xem xét trạng thái truyền động hiện tại của xe. Nếu xe đang di chuyển ở chế độ chạy quá tốc độ, bình chứa không khí sẽ được bổ sung ngay cả khi chưa đạt được áp suất giới hạn. Ngoài ra, ở chế độ tràn, áp suất không khí trong bình chứa được nạp cao hơn áp suất giới hạn. Kết quả là, việc cung cấp khí nén cho xe ít gây gánh nặng hơn nhiều cho việc tiêu thụ dầu diesel. Do đó, có thể đạt được mức giảm tiêu thụ nhiên liệu khoảng 0,3% so với điều khiển đơn giản khi vận chuyển đường dài.
• Máy nén khí có thể kết nối/ngắt kết nối giúp cải thiện mức tiêu thụ năng lượng dựa trên phần cứng cho hệ thống khí nén. Máy nén khí thông thường được kết nối cơ học vĩnh viễn với động cơ diesel. Trục khuỷu của máy nén khí luôn quay và việc phân phối không khí vẫn tiếp tục ngay cả khi đã đạt được áp suất cung cấp cần thiết trong bình chứa khí. Để tránh tổn thất điện năng liên quan đến vấn đề này, có những máy nén khí có bộ ly hợp nhiều đĩa được dẫn động bằng khí nén, nằm giữa trục khuỷu của máy nén khí và bánh răng dẫn động từ động cơ diesel [24]. Khi đạt đến áp suất cắt, máy nén khí bị ngắt khỏi động cơ diesel. Nếu áp suất không khí trong bình chứa giảm xuống, bộ ly hợp sẽ hoạt động trở lại và máy nén khí lại đưa không khí vào hệ thống khí nén. Tất nhiên, mức tiết kiệm thực sự đạt được phụ thuộc vào chất lượng của máy nén khí được sử dụng. Trong trường hợp máy nén khí được tối ưu hóa với mức tổn thất điện năng thấp khi vận hành không tải, máy nén khí có thể ngắt kết nối sẽ chỉ tiết kiệm được một lượng nhỏ năng lượng. Trong trường hợp máy nén khí có lực cản ma sát cao, tác động tích cực của bộ ly hợp rõ rệt hơn nhiều. Các tính năng tích cực đi kèm của máy nén khí có thể ngắt kết nối phải là tuổi thọ của máy nén khí dài hơn, giảm lượng dầu cuốn vào hệ thống phanh và giảm phát ra tiếng ồn. Nhược điểm của máy nén khí ngắt kết nối là có thêm một bộ phận tốn nhiều chi phí, đó là bộ ly hợp, phải đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy cao.

Bơm làm mát hai tốc độ hoặc biến thiên
Chất làm mát hoặc máy bơm nước được dẫn động cơ học bởi động cơ và là nguồn tiêu thụ năng lượng đáng kể. Trong trường hợp đơn giản nhất, máy bơm nước quay với tốc độ cố định tương ứng với tốc độ động cơ. Công suất tối đa của máy bơm nước được thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu làm mát tối đa. Tuy nhiên, công suất bơm đầy đủ thường không được yêu cầu. Mức tiêu thụ điện năng của máy bơm nước được giảm bằng cách thiết kế máy bơm nước với nhiều giai đoạn tiếp xúc hoặc có thể thay đổi liên tục. Máy bơm nước hoạt động hết công suất hoặc giảm công suất theo yêu cầu. Có thể tiết kiệm điện năng lên tới 1 kW.

Bơm trợ lực lái
Bơm trợ lực lái thông thường liên tục tạo ra tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào tốc độ động cơ và điều đó không tính đến liệu có bất kỳ hoạt động lái thực tế nào hay không. Trong trường hợp xe tải hạng nặng, bơm trợ lực lái không được điều khiển gây ra mức tiêu thụ điện năng từ vài trăm đến 1000 W. Bơm trợ lực lái cơ học có tốc độ dòng chảy thay đổi có thể giảm mức tiêu thụ điện năng này.

Bơm trợ lực lái điều khiển bằng điện, độc lập với tốc độ động cơ và chỉ cung cấp dầu trợ lực lái khi hệ thống lái thực sự được sử dụng, còn tiến thêm một bước nữa.

Bơm dầu có chuyển vị thay đổi
Tương tự như việc tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng của bơm trợ lực lái và bơm nước cũng có thể cải tiến bơm dầu trong động cơ. Có thể thay đổi lưu lượng dầu trong động cơ bằng bơm dầu có thể điều chỉnh. [49] cho thấy tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu lên tới hai phần trăm đối với máy bơm dầu được điều chỉnh so với máy bơm dầu thông thường.

Máy phát điện
Máy phát điện (máy phát điện xoay chiều) là một tải cơ học trên động cơ đốt trong. Với các chức năng điều khiển máy phát điện thông minh (đôi khi còn được gọi là máy phát điện LIN, vì máy phát điện được điều khiển thông qua kết nối LIN), mức tiêu thụ nhiên liệu do máy phát điện gây ra có thể giảm xuống. Ở chế độ chạy quá mức, điện áp sạc của máy phát điện tăng lên để máy phát điện cung cấp điện áp dư thừa đáng kể và ắc quy được sạc. Khi đó tải cơ học do máy phát điện tạo ra sẽ cao. Trong các pha chế độ lái khác (pha lăn bánh, pha kéo, v.v.), điện áp máy phát điện giảm xuống để mức tiêu thụ năng lượng cơ học của máy phát điện thấp và động cơ đốt trong chỉ chịu một tải nhẹ của máy phát điện. Trong giai đoạn này, pin tất nhiên là không được sạc.

Tiêu thụ điện năng
Máy phát điện phải cung cấp càng nhiều năng lượng điện thì tải trọng lên động cơ đốt càng lớn. Mỗi thiết bị tiêu thụ điện trên và trong xe sẽ tạo thêm gánh nặng cho ắc quy và máy phát điện, do đó cũng góp phần vào việc tiêu thụ nhiên liệu. Về nguyên tắc, đèn LED rất tiết kiệm năng lượng sẽ giảm mức tiêu thụ năng lượng của xe mặc dù hiệu quả rất nhỏ. Các thiết bị điện chạy trên xe (máy pha cà phê) cũng có ảnh hưởng nhất định đến mức tiêu thụ điện năng.

Một chiếc cabin cách nhiệt tốt giúp giảm năng lượng cần thiết để làm mát cabin vào mùa hè.

Lốp và lực cản lăn

Như đã đề cập ở phần 2, xe phải vượt qua lực cản lăn. Trong đó góc đi lên là α, kết quả phương trình sau:

Lực cản lăn chiếm khoảng 16% tổng năng lượng tiêu hao khi vận chuyển đường dài và tiêu thụ 35% năng lượng sẵn có ở trục khuỷu xem Hình 2.1. Độ lớn của lực cản lăn phụ thuộc vào lốp xe và tình trạng mặt đường. Lực cản lăn của các loại lốp khác nhau khác nhau đáng kể và do đó có thể ảnh hưởng đến mức tiêu thụ – xem Bảng 3.1. Năng lượng bị mất trong quá trình này là cần thiết cho sự biến dạng của lốp khi lăn. Trong quá trình này, lốp xe nóng lên khá nhiều, như có thể thấy trong Hình 3.8.

Kể từ năm 2012, quy định của EU yêu cầu lực cản lăn đối với lốp xe tải mới được phê duyệt phải dưới một giá trị giới hạn cụ thể. Từ năm 2016 trở đi, giá trị giới hạn được áp dụng cho tất cả các loại lốp được bán dưới dạng lốp mới. Vào năm 2016, các giá trị giới hạn đã được thắt chặt đối với các loại lốp mới được phê duyệt và vào năm 2020 đã được thắt chặt đối với tất cả các loại lốp. Lốp có độ bám đường có gai gồ ghề để sử dụng trên đường địa hình được miễn các giá trị giới hạn.

Việc đo lực cản lăn của lốp xe khá phức tạp. Thông thường lực cản lăn được coi là không phụ thuộc vào tốc độ của xe. Điều này giúp đơn giản hóa việc đo lường nhưng (trong hầu hết các trường hợp) không đúng. Xem ví dụ [52]: Thông thường lực cản lăn thể hiện sự phụ thuộc rõ ràng vào tốc độ của xe.

Regional tires (Lốp thương mại khu vực được thiết kế cho xe tải thường xuyên di chuyển trên các tuyến đường quốc lộ, đường cao tốc và đường hai làn.), Long-haul tires (lốp xe thương mại đường dài được thiết kế để hỗ trợ việc di chuyển đường dài.) và lốp đơn đế rộng được sử dụng trên trục dẫn động của các đầu kéo đường dài. Tuy nhiên, lốp Regional thường được sử dụng vì chúng đạt được quãng đường di chuyển rất cao nhưng lại tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn đáng kể.

Tất cả các trục đều quan trọng để tối ưu hóa lực cản lăn. Với mục đích định hướng: trong ứng dụng điển hình của Hoa Kỳ, khoảng 42,5% lực cản lăn của xe đầu kéo & rơ moóc có chất tải xảy ra trên các trục của rơ-moóc, 42,5% trên các trục dẫn động và 15% trên trục trước. Trong tổ hợp rơ moóc máy kéo 4×2 của Châu Âu, 60% lực cản lăn xảy ra ở rơ moóc, 30% trên trục dẫn động (đơn) và 10% ở trục trước.

Độ sâu gai lốp
Công việc biến dạng và uốn giảm khi độ sâu gai lốp giảm dần. Điều này làm giảm mức tiêu thụ. Ảnh hưởng của độ sâu gai lốp đến mức tiêu thụ được định lượng trong [19]. Trong trường hợp lốp tái tạo, vật liệu bị uốn cong khi di chuyển sẽ ít dày hơn; điều này có liên quan đến mức tiêu thụ nhiên liệu giảm một chút.

Khí động học

Khí động học có ảnh hưởng lớn đến mức tiêu thụ nhiên liệu. Ngoài ra, việc tối ưu hóa khí động học cũng thường làm giảm tiếng ồn của gió như một tác động phụ tích cực. Điều này làm hài lòng người lái xe, người dân địa phương và tốt cho môi trường. Hình 3.9 biểu diễn công suất cần thiết để vượt qua lực cản chuyển động của xe tải nặng trên đường bằng.

Lực cản khí động học là một phần của lực cản chuyển động và góp phần gây ra tổn thất cho xe. Lực cản khí động học bao gồm lực nén và ma sát bề mặt (từ không khí quét dọc theo bề mặt). Trong quá trình phát triển ô tô, lực nén chiếm ưu thế. Lực nén bắt nguồn từ sự chênh lệch áp suất khi xe đẩy không khí ra xa và từ vùng áp suất thấp phía sau xe kéo xe lại.

Một phần lực cản của không khí không phải do không khí di chuyển xung quanh xe mà là do không khí chảy qua lưới tản nhiệt, các bộ tản nhiệt và khoang động cơ nhằm mục đích làm mát. Sự đóng góp của lực cản không khí do làm mát là khoảng 5 đến 8% tổng lực cản không khí. [54]

Tỷ lệ lực cản khí động học trong tổng lực cản chuyển động lớn đến mức nào phụ thuộc vào điều kiện đường và tốc độ. Trong vận chuyển đường dài ở châu Âu, có một nguyên tắc chung là lực cản khí động học thấp hơn 4% sẽ dẫn đến giảm mức tiêu thụ nhiên liệu khoảng 1% ([20] gợi ý hệ số 3,5).

Lực cản khí động học FAero là một lực được đưa ra bởi phương trình. 3.2:

• Trong đó F _Aero là lực cản khí động học.
• C_d biểu thị hệ số lực cản. Hệ số cản cd là một con số không thứ nguyên biểu thị chất lượng khí động học của vật thể.
• A là diện tích mặt trước của xe. Trong trường hợp xe tải đường dài hiện đại, diện tích này là khoảng 10 m2, vì xe có chiều rộng khoảng. 2,5m và cao 4m.

Hình 3.10 cung cấp các giá trị điển hình cho diện tích mặt trước và giá trị cd của các loại xe ngày nay.

• Biến ρ từ phương trình. 3.2 biểu thị mật độ của không khí. Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn 0°C và 1013 hPa, mật độ của không khí là 1,293 kg/m3. Mật độ của không khí chịu sự biến động mạnh của thời tiết, đó là lý do tại sao lực cản khí động học của ô tô cũng thay đổi. Ở 30 °C, 992 mbar và độ ẩm không khí cao, mật độ không khí thấp hơn 8% so với ở 10 °C, 1016 mbar và độ ẩm không khí 20%! Tầm quan trọng của mật độ không khí ρ đối với phép đo lực cản khí động học đã được thừa nhận một cách chi tiết. Ảnh hưởng của thời tiết đến mức tiêu thụ nhiên liệu được đề cập lại ở một điểm khác trong văn bản. Hơn nữa, mật độ của không khí phụ thuộc vào độ cao trắc địa.
• v biểu thị tốc độ của xe. Lực cản khí động học tăng bậc hai khi tốc độ tăng dần. Đó là lý do tại sao tính khí động học lại quan trọng hơn đối với các phương tiện thương mại có tốc độ trung bình cao (đặc biệt là khi vận chuyển đường dài).

Phương trình 3.2 mô tả trường hợp lý tưởng của một phương tiện di chuyển trong không khí tĩnh với tốc độ v. Trong điều kiện thực tế, ảnh hưởng của gió phải được xét đến. Nếu dòng tới trên vật thể ở một góc lệch, lực cản khí động học của vật thể sẽ thay đổi. Tổng lực gió tác dụng lên xe là do chuyển động của xe v_Drive và chuyển động của không khí v_Wind (gió).

Hệ số kéo c_d
Nếu xe chuyển động với tốc độ không đổi theo hướng x (đọc theo trục dọc của xe) thì các lực tác dụng lên xe cân bằng. Tác dụng một lực chống lại lực cản theo phương thẳng đứng của xe và nó cũng phải tác dụng một phản lực để bù cho lực phát ngang từ luồng không khí, xem Hình 3.11

Lực F^x_Air dọc theo trục dọc của xe được coi là lực cản khí động học. Đây là lực ngăn cản chuyển động của xe và được tính đến khi xem xét hiệu suất của xe cũng như trong tính toán mức tiêu thụ nhiên liệu (xin nhắc lại, năng lượng là tích vô hướng giữa lực và quãng đường di chuyển, do đó lực vuông góc với chuyển động không không tham gia vào công việc thể chất). Tổng lực tác dụng lên xe lớn hơn. Thành phần lực ngang với hướng chuyển động được cân bằng chủ yếu bởi độ ổn định ngang của lốp.

Đối với dòng gió ngang, hệ số lực cản c_T được xác định như phương trình 3.3:

Hướng x và chỉ số x biểu thị trục dọc của xe, từ đó biểu thị hướng di chuyển. v_Wind là tốc độ gió so với mặt đất. v_Drive là tốc độ của xe so với mặt đất. Khi đó v_Air là tốc độ gió của xe so với không khí và có thể được suy ra từ v_Wind và v_Drive, xem phương trình. 3.4:

Trong định nghĩa của c_T, diện tích phía trước của xe theo hướng di chuyển A_x được sử dụng, ngay cả khi gió đập vào bề mặt khác (thường lớn hơn). Để làm rõ mục đích, chúng tôi đã ký hiệu khu vực trong biểu thức. 3.3 là A_x.

Luồng không khí xung quanh xe thay đổi hành vi ở các góc gió khác nhau. Do đó Fx Air(β) và cT(β) phụ thuộc vào góc β. Với β lớn hơn thường Fx Air (β) và cT (β) sẽ lớn hơn. cT (β) đã được xác định sao cho có thể dễ dàng đo được trong hầm gió bằng cách sử dụng cân quay—xem Hình 3.12 ở phía bên trái. Trong các phép đo trong hầm gió và trong mô phỏng CFD, cT (β) tùy thuộc vào β được xác định. Sơ đồ kết quả được gọi là sơ đồ cực. Hình 3.13 cho thấy sơ đồ cực và minh họa cường độ cT và do đó lực cản khí động học tăng lên trong các điều kiện lệch khác nhau.

Nếu α là góc giữa hướng di chuyển và hướng gió (xem Hình 3.12, phía bên phải) và với định nghĩa của cT, phương trình. 3.5 bên dưới mô tả định nghĩa lực cản khí động học trong gió:

Kết quả góc dòng tới β (xem hình 3.12) như sau

Khí động học của buồng lái

Khái niệm cơ bản về xe tải đường dài ở Châu Âu vẫn không thay đổi kể từ những năm 1960. Việc hạn chế chiều dài ở Châu Âu đã đảm bảo rằng về nguyên tắc, cabin lái xe hình khối đã được tất cả các nhà sản xuất ô tô thực hiện. Khi làm như vậy, người châu Âu
xe tải đường dài phơi ra một khu vực bằng phẳng rộng khoảng 2,5 m x 4m = 10m² trước gió. Nhờ đó, các xe tải hiện đại ở cấu hình sơ mi rơ moóc máy kéo đạt được giá trị A · c_d khoảng 4,7 đến 5,7 m2.

Các thông số khí động học quan trọng nhất được áp dụng cho hình dạng cơ bản của cabin người lái là:

• Bán kính cabin người lái tại cột A,
• Độ nghiêng của kính chắn gió,
• Hình dạng của mái nhà – phần trán dốc so với mặt trước dốc và độ côn.

Hình 3.14 minh họa điều này.
Mục tiêu thiết kế xe tải khí động học cạnh tranh với các yêu cầu khác, chẳng hạn như khối lượng tải và cabin lái xe đủ lớn. Do khoang nội thất rộng thường được ưu tiên cao trong thiết kế cabin tài xế nên độ quét và côn chỉ được tạo hình nhẹ. Những cân nhắc về kiểu dáng và chức năng, chẳng hạn như tầm nhìn, khả năng làm nóng cabin khi trời nắng và khả năng xử lý thuận tiện, cũng đóng vai trò trong việc đánh giá các ý tưởng cải tiến khí động học.

Hình 3.14 minh họa điều này.
Mục tiêu thiết kế xe tải khí động học cạnh tranh với các yêu cầu khác, chẳng hạn như khối lượng tải và cabin lái xe đủ lớn. Do khoang nội thất rộng thường được ưu tiên cao trong thiết kế cabin tài xế nên độ quét và côn chỉ được tạo hình nhẹ. Những cân nhắc về kiểu dáng và chức năng, chẳng hạn như tầm nhìn, khả năng làm nóng cabin khi trời nắng và khả năng xử lý thuận tiện, cũng đóng vai trò trong việc đánh giá các ý tưởng cải tiến khí động học.

Hình 3.15 cho thấy một máy kéo đường dài hạng nặng được cung cấp tại thị trường Trung Quốc nhằm cải thiện tính khí động học với độ nghiêng mạnh của kính chắn gió và trán lao.

Tại Hoa Kỳ, nơi các phương tiện giao thông không bị giới hạn về chiều dài^(*), phương tiện giao thông thông thường (ca-bin có động cơ phía sau), vốn cũng phổ biến ở châu Âu cho đến tận những năm 1960, đã khẳng định được mình. Xe taxi thông thường cung cấp khả năng cấu hình mặt trước xe thuận lợi về mặt khí động học. [27] so sánh hình dạng xe châu Âu với hình dạng Hoa Kỳ và chỉ định lợi thế khí động học của giá trị cd xấp xỉ 0,05, thể hiện mức cải thiện phần trăm khoảng 8 đến 10%. Tốc độ lái xe trung bình khi vận chuyển đường dài ở Hoa Kỳ cao hơn ở Châu Âu, điều đó có nghĩa là lực cản khí động học thậm chí còn đóng vai trò quan trọng hơn ở Hoa Kỳ.

Hình 3.16 minh họa phía bên phải một chiếc xe tải đường dài hiện đại của Mỹ sử dụng hình dạng cabin thông thường, được thiết kế trong một đường hầm gió để đạt được giá trị tiêu thụ thuận lợi được tối ưu hóa về mặt khí động học. Hình bên trái để so sánh là một phương tiện thông thường truyền thống của Mỹ, về mặt ý tưởng thiết kế bắt nguồn từ thời điểm mà động cơ diesel có chi phí thấp và việc tiết kiệm nhiên liệu ít được quan tâm hơn. Các góc cạnh sắc nét, lưới tản nhiệt được bố trí dốc và kính chắn gió dốc, ống xả nhô ra, bộ lọc không khí nhô ra, hông xe gồ ghề và nhiều phụ kiện trên nóc cho thấy tính khí động học chưa được ưu tiên ở đây.

Trong [28], nhiều khả năng tối ưu hóa khí động học tiềm năng cho các phương tiện chạy đường dài điển hình ở Bắc Mỹ đã được đánh giá.
Nhiều ý tưởng phát triển xe tải theo khía cạnh khí động học đã được phát triển trong 20 năm qua.

Tối ưu hóa khí động học

Việc tối ưu hóa các chi tiết khí động học trong quá trình chuyển đổi mẫu máy kéo hạng nặng MAN vào năm 2007—theo nhà sản xuất đã dẫn đến giảm giá trị cd khoảng 4% [33]. Điều này tương đương với việc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu khoảng 1%

Tối ưu hóa khí động học thường xung đột với các mục tiêu thiết kế khác. Xung đột giữa hình dạng được tối ưu hóa về mặt khí động học và không gian nội thất tối đa trong cabin người lái đã được giải quyết. Một ví dụ chi tiết khác về xung đột như vậy là cột A: một mặt, nhà sản xuất xe muốn thiết kế cột A và gương chiếu hậu sao cho chúng có lực cản khí động học ít nhất có thể; mặt khác, gương và cửa sổ bên được giữ sạch bụi bẩn. Hai yêu cầu này không thể được đáp ứng một cách tối ưu cùng một lúc.

Hình 3.17 cho thấy các phụ kiện đi kèm và tối ưu hóa được xem xét để cải thiện tính khí động học của xe cả máy kéo và sơ mi rơ moóc. Về mặt khí động học, xe kéo và máy kéo phải được tối ưu hóa chung. Vì vậy, phần khí động học bao gồm cả các biện pháp trên máy kéo và trên xe moóc.

Cánh gió trên nóc cabin lái (cánh lướt gió) Cánh gió trên mui (áo chắn) rất quan trọng để mang lại tính khí động học tối ưu và do đó giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất có thể. Hình 3.18 cho thấy ảnh hưởng lớn của việc lắp đặt cánh gió trên mui đúng cách đến mức tiêu thụ nhiên liệu khi di chuyển đường dài. Trong hình minh họa, tổ hợp sơ mi rơ moóc máy kéo được coi là đang kéo một sơ mi rơ moóc có chiều cao 4 m. Các tấm chắn gió trên mái được lắp đặt không đúng cách sẽ gây ra mức tiêu thụ dầu diesel cao không cần thiết. Mặc dù vậy, bạn vẫn có thể thường xuyên thấy các tổ hợp máy kéo-sơ mi rơ moóc mà cài đặt của cánh lướt gió không khớp với chiều cao của nửa rơ moóc hoặc những máy kéo hoàn toàn không có cánh lướt gió trên nóc.

Nếu một chiếc sơ mi rơ-moóc phẳng được buộc thấp hơn ca-bin của người lái thì rõ ràng là cánh gió trên nóc chẳng có ý nghĩa gì. Nó chỉ làm tăng thêm diện tích mặt trước mà xe tiếp xúc với gió.

Side extenders (bộ mở rộng bên)
Bộ mở rộng bên đảm bảo luồng không khí đi từ bề mặt bên của cabin người lái lên bề mặt bên của sơ mi rơ moóc mà không có bất kỳ sự xáo trộn có hại nào. Bộ làm lệch hướng bên cho thấy tác động tích cực đến lực cản khí động học, kết quả là các xe tải sơ mi rơ moóc đường dài ngày nay hầu như luôn có bộ làm lệch hướng bên. Ấn phẩm [11] cho thấy ảnh hưởng của bộ phận làm lệch hướng trên các phương tiện được sản xuất vào những năm 1980 ở mọi góc lệch.. Tất nhiên, mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào lực cản khí động học do chiều rộng và hình dạng của cabin và sơ mi rơ moóc của người lái.

Tractor to trailer gap (Khoảng cách giữa đầu kéo và rơ mooc)
Khoảng cách giữa máy kéo và rơ moóc Một khoảng cách gây ra nhiễu loạn không khí và lực cản khí động học, xảy ra giữa máy kéo và rơ moóc. Trong [11], tác động của khoảng cách này đối với lực cản khí động học được giải quyết chi tiết. [25] gợi ý rằng khoảng cách này nên được lấp đầy bằng các tấm chắn gió cao su có thể bơm hơi. Các tấm chắn gió cao su này được bơm căng bởi hệ thống khí nén của xe tải. Ở tốc độ thấp và trong quá trình quay vòng, không khí được giải phóng khỏi các tấm chắn gió cao su để tạo lại chuyển động tự do giữa máy kéo và sơ mi rơ moóc. Việc đóng khoảng cách giữa máy kéo và sơ mi rơ moóc sẽ giúp cải thiện giá trị cd thêm 1,5%.

Rounding of body corners (Làm tròn các góc cơ thể)
Giá trị c_d của hình khối tăng lên nếu các góc của hình khối được làm tròn. Vì vậy, các cạnh của thân máy thường được bo tròn. Có những nghiên cứu về tác động tích cực về mặt khí động học đối với các cạnh tròn [12], [17].

Air dam (cản trước)
Đập gió (hoặc cánh gió trước/cản trước) tối ưu hóa luồng không khí ở khu vực phía trước phía dưới của xe. Không khí phải di chuyển theo xe và dọc theo xe với lực cản ít nhất có thể. Không khí phải chảy dưới gầm xe và theo chiều ngang dọc theo xe với lực cản càng ít càng tốt. [11, 12] cho thấy rằng váy trước trên xe cụ thể được xem xét ở đó cho phép cải thiện rõ ràng giá trị A·c_d từ 3 đến 4% .

Grille shutter (màn trập lưới tản nhiệt)
Tỷ lệ không khí được dẫn vào dưới cabin người lái và qua khoang động cơ để làm mát bộ tản nhiệt và luân chuyển không khí xung quanh động cơ cũng góp phần tạo nên lực cản khí động học của xe. Dòng chảy qua bộ tản nhiệt và khoang động cơ làm tăng lực cản khí động học. Cửa chớp dạng lưới bao gồm các cánh có thể điều chỉnh ở phía trước bộ tản nhiệt cho phép luồng khí mạnh hơn hoặc ít hơn đi qua khoang động cơ, tùy thuộc vào yêu cầu làm mát. Trong trường hợp thuận lợi nhất về mặt khí động học, cửa chớp của bộ tản nhiệt được đóng lại và không khí lưu thông xung quanh xe. Nếu cần hiệu suất làm mát cao, cửa chớp sẽ được mở. Chất lượng khí động học của xe (giá trị c_d) thay đổi tùy theo tình huống lái xe cụ thể.

Side skirts (tấm ốp bên khung xe)
Đôi khi, tấm ốp hông của khung xe làm giảm lực cản khí động học và do đó làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Có nhiều loại váy bên khác nhau. Các loại tấm ốp hông phổ biến hiện nay thường không có phần cắt bánh xe. Tuy nhiên, phần cắt bánh xe có tấm ốp một phần hoặc thậm chí có tấm ốp hoàn toàn có tính khí động học cao hơn. Hình 3.19 và 7.1 cho thấy phần cắt bánh xe có tấm ốp hoàn toàn trên một sơ mi rơ moóc. Trong [25], một tổ hợp sơ mi rơ moóc đầu kéo được trình bày trong đó trục truyền động của máy kéo cũng có phần cắt bánh xe có tấm ốp hoàn toàn. Ngoài việc làm giảm lực cản khí động học, váy bên còn mang lại những lợi thế về an toàn. Những lợi thế này được thể hiện trong [14]. Tấm ốp gầm phẳng mang lại sự an toàn bổ sung cho người đi bộ và người lái xe hai bánh, vì trong trường hợp xảy ra tai nạn, họ sẽ tránh xa tốt hơn bằng các bề mặt kín hơn là các tấm chắn gầm, không bảo vệ được toàn bộ khu vực đó. Ngoài ra, tấm ốp hông làm giảm nước phun và các vệt nước phun nhỏ. Điều này không chỉ mang lại sự an toàn hơn cho tài xế xe tải mà còn an toàn hơn nhiều cho những người tham gia giao thông khác. Váy bên cũng làm giảm tiếng ồn bên ngoài [14]. Nhược điểm của váy bên là chi phí tăng và trọng lượng tăng.

Wheel covers (hub caps) (nắp bảo vệ mâm)
Cũng được đề cập nhiều lần về việc giảm lực cản khí động học của xe. Tuy nhiên, mức giảm lực cản khí động học có thể đạt được là nhỏ [28]. Mặt khác, vỏ bánh xe sẽ tăng thêm chi phí và trọng lượng cho xe. Khi những cải tiến khí động học ngày càng nhỏ hơn trở nên hấp dẫn trong tương lai, việc sử dụng vỏ bánh xe có thể tăng lên. Chủ yếu có những lý do về mặt quang học dẫn đến việc thường xuyên sử dụng vỏ bánh xe trên xe khách.

Underbody paneling (skirt) Tấm lót dưới thân (váy)
Sàn dưới được tối ưu hóa về mặt khí động học giúp giảm giá trị cd\cT. Mẫu xe ý tưởng [25] trong có sàn gầm được tối ưu hóa toàn diện. Có báo cáo về việc giảm giá trị c_d 2,5% bằng cách tối ưu hóa sàn dưới của máy kéo và ngoài ra, giá trị c_d giảm 3% được chỉ ra bằng cách tối ưu hóa phần gầm của sơ mi rơ moóc với bộ khuếch tán ở phía sau.

Trailer tail (đuôi rơ-mooc)
Đuôi xe moóc hoặc đuôi xe (đôi khi được gọi là đuôi thuyền hoặc đuôi xe) cũng cải thiện giá trị cd của xe. [15, 23, 31] Sử dụng phần đuôi xe côn hơn để giảm lực cản khí động học. Nếu phần đuôi được bố trí trong phạm vi tải trọng, không gian sẽ bị mất do phần đuôi xe thon gọn. Điều này ảnh hưởng đến năng lực vận tải và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của đơn vị vận tải đường bộ. Ngoài ra, hình khối thông thường hiện nay trên thân xe và sơ mi rơ moóc có thể dễ dàng hiện thực hóa trong sản xuất. Thân hộp hoặc sàn phẳng (nửa rơ moóc) có bạt che có thể dễ dàng được tạo thành từ các phần tử bề mặt phẳng và hình chữ nhật được tiêu chuẩn hóa. Phần đuôi xe thon gọn gây thêm chi phí trong sản xuất. Phần côn phía sau có thể được cấu hình dễ dàng hơn nhiều và có tác động trung tính đến âm lượng nếu các bộ điều hướng không khí bổ sung được bổ sung ở phía sau của một xe moóc thông thường. Việc mở rộng quy định về độ dài theo luật định này hiện đã có thể thực hiện được trên toàn quốc (2015) ở một số nước Châu Âu. Dự kiến sẽ có phê duyệt cho giao thông xuyên biên giới ở châu Âu.

Trong [25], đuôi rơ moóc được thể hiện bằng một cánh gió sau có thể bơm hơi được làm bằng cao su.

Phần mở rộng phía sau [45,51] có thể gập lại được thể hiện ở chỗ được gắn vào cửa sau và cải thiện luồng không khí ở phía sau sơ mi rơ moóc. Trong tình trạng gập, cửa sau có thể được mở ra mà không gặp khó khăn. Chiều dài tổng thể của xe cũng không tăng lên nhiều bởi phần đuôi xe mở rộng trong tình trạng gập lại. Khi gập lại, phần mở rộng phía sau sẽ giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu trên đường cao tốc.

Curved roof (mái cong) 
Có thể đạt được sự cải thiện đáng kể về giá trị c_d bằng cách kết hợp tổng thể rơ-moóc máy kéo hình giọt nước (rơ moóc hình giọt nước). Con đường này đã được nhiều phương tiện ý tưởng khác nhau thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu tối ưu hóa mức tiêu thụ [31]. Hình 3.20 minh họa khái niệm mái cong. Để đạt được tải trọng tương đương trên một sơ mi rơ moóc có mái cong có cùng chiều dài thì sơ mi rơ moóc có mui cong phải cao hơn các sơ mi rơ moóc hình khối thông thường hiện nay. Điều này làm tăng diện tích phía trước A của tổ hợp rơ moóc tổng thể; và sau đó phải được bù đắp bằng việc cải thiện giá trị c_d. Trong hiệu ứng tổng thể, những thay đổi trong c_d và A phải sao cho lực cản khí động học F_Aer0 giảm xuống để tạo thành dạng hình giọt nước đáng giá. Các loại sơmi rơ moóc ngày nay thường tận dụng tối đa giới hạn chiều cao 4 m. Giới hạn chiều cao 4 m này đã thể hiện ở cơ sở hạ tầng ở nhiều quốc gia. Nhiều cây cầu và công trình có lộ giới 4 m. Do đó, mái cong có triển vọng kém ở các quốc gia có giới hạn chiều cao 4 m. Ở một số quốc gia (ví dụ: Vương quốc Anh) sơ mi rơ moóc được phép cao hơn đáng kể. Điều này làm cho xe kéo mái cong có thể bán được trên thị trường. Các nhà sản xuất xe moóc ở đó cung cấp hình dạng này cho sơ mi rơ moóc và xe moóc đầy đủ [47].

Front hood (Mui xe phía trước):
Ngoài đuôi sau và mui cong, mui xe phía trước là một điểm khác phương pháp tối ưu hóa khí động học của xe thương mại. Phần đầu xe của các loại xe có cabin trên động cơ ngày nay được thiết kế tương đối phẳng, có thể được cải thiện về mặt lực cản khí động học bằng cách bổ sung thêm mui xe phía trước. Điều này được phác họa trong hình 3.20. Trong trường hợp mui xe ngắn, có thể áp dụng ở Châu Âu kể từ năm 2020, hiệu ứng khí động học có xu hướng chỉ ở mức độ nhẹ. Tuy nhiên, vì sự tự do trong thiết kế mới này sẽ tạo ra những chiếc taxi mới, sẽ được phát triển với trọng tâm cao hơn là hiệu quả sử dụng năng lượng, nên giá trị cd tốt hơn có thể được mong đợi trong tương lai. Nắp động cơ thật, như thường lệ trên các phương tiện chạy đường dài cổ điển của Mỹ, có tác dụng khác biệt hơn – so sánh Hình 3.16. Yếu tố quyết định sự thành công của hình dáng mui xe là bề mặt chuyển tiếp giữa mui xe và kính chắn gió có hình dáng khí động học. Việc chuyển đổi từng bước có thể không thuận lợi về mặt khí động học.

Step covers (bảo vệ bậc thang)
làm giảm sự nhiễu loạn không khí xung quanh các bậc thang. Phần che mở rộng cửa xuống phía dưới (do đó đôi khi còn gọi là phần mở rộng cửa). Ở những thị trường có mức độ tội phạm cao, việc che các bậc thang không được sử dụng vì lý do khí động học, nhưng nó ngăn cản những vị khách không mời nhảy lên bậc thang khi có đèn giao thông. Ở khu vực cửa, tay nắm cửa gắn phẳng cũng được thể hiện là sự tối ưu hóa về mặt khí động học. Tuy nhiên, trong trường hợp này, tỷ lệ chi phí-lợi ích còn nhiều điều đáng nghi ngờ. Tay nắm cửa gắn phẳng có thể được coi là một yếu tố thiết kế nhiều hơn.

Attachments (Phụ kiện đi kèm)
Gương cánh có thiết kế khí động học rất nổi bật. Chúng đặt một diện tích bề mặt trong gió không đáng kể và được gắn vào xe ở vị trí quan trọng về mặt khí động học. Thay vì gương chiếu hậu, camera quan sát phía sau được trang bị trên các phương tiện đi đường dài nhạy cảm với mức tiêu thụ [48]. Cái gọi là hệ thống cam gương (MCS) này là một ý tưởng định kỳ trên xe tải ý tưởng và cuối cùng hiện đã có sẵn trên xe tải sản xuất hàng loạt — xem Hình 3.21. [32, 50, 53] Hình ảnh camera được hiển thị trên màn hình hiển thị trong cabin của tài xế. Gương cánh không còn cần thiết nữa. Nếu máy ảnh (nhỏ) thay thế gương cánh lớn, khả năng hiển thị hai bên tốt hơn sẽ đạt được như một tác dụng phụ tích cực. Điểm mù tầm nhìn do gương lớn biến mất. Ngoài ra, hệ thống màn hình hiển thị camera có thể được làm phong phú thêm với các chức năng khác: các đường định hướng có thể được xếp chồng lên màn hình hiển thị và các vùng hình ảnh phụ thuộc vào tình huống lái xe có thể được hiển thị.

Các phụ kiện đi kèm xe — chẳng hạn như còi hơi, đèn pha riêng biệt trên nóc xe và tấm che nắng phía trên kính chắn gió — đều là những yếu tố làm tăng mức tiêu thụ.

Optimization of semitrailer details (Tối ưu hóa chi tiết sơ mi rơ moóc)
Sơ mi rơ moóc cũng có thể được cải tiến về mặt khí động học một cách chi tiết. Ví dụ, một lớp phủ có đường nét thiết kế gọn gàng cho hộp pallet có khả năng cải thiện dòng chảy xung quanh xe. Trong trường hợp rèm che, các khóa dây của các tấm bạt bên và các đầu treo lỏng lẻo của dây đai bánh cóc của các tấm bạt bên, thường tung bay trong gió, tạo ra sự nhiễu loạn không khí bất lợi. Nhiều nhà sản xuất sơ mi rơ moóc khác nhau đã phát triển các giải pháp trong đó loại bỏ khóa dây đai truyền thống. Tiềm năng cải thiện khí động học cao, xem Tiểu mục. 3.8—được cung cấp bằng cách kiên quyết tối ưu hóa sơ mi rơ moóc kết hợp với đầu kéo.

Dynamic changes to the vehicle (thay đổi năng động của xe)
Những ý tưởng khác có thể thay đổi sự kết hợp giữa xe tải hoặc máy kéo, tùy thuộc vào điều kiện lái xe, từ đó cải thiện tính khí động học. Ví dụ: tổ hợp rơ moóc máy kéo có thể được hạ xuống ở một tốc độ nhất định (tức là khoảng sáng gầm xe giảm) và bằng cách này lực cản khí động học sẽ giảm. Phương pháp này được sử dụng trên xe buýt đường dài để giảm lực cản khí động học. Thủ thuật khí động học này dựa trên giả định rằng xe buýt và xe tải chỉ chạy nhanh hơn trên những con đường bằng phẳng, tốt. Để hạ xe ở một tốc độ nhất định, xe tải và rơ moóc toàn bộ hoặc sơ mi rơ moóc phải có hệ thống treo khí nén ở tất cả các trục.

Khoảng cách giữa các sơ mi rơ moóc máy kéo cũng có thể được điều chỉnh theo tốc độ. Khoảng cách trên các tổ hợp máy kéo-sơ mi rơ moóc được xác định kích thước sao cho các thân xe không va vào nhau khi vào cua gấp hoặc khi vào cua. Tuy nhiên, khi di chuyển nhanh, không cần phải có khoảng cách; chúng chỉ làm tăng lực cản khí động học. Giải pháp kỹ thuật giúp giảm khoảng cách khi di chuyển nhanh sẽ giảm mức tiêu hao. Tuy nhiên, việc thực hiện kỹ thuật này có vẻ rất phức tạp.

Hỗ trợ kỹ thuật cho người lái xe

Các nhà sản xuất ô tô đang phát triển các công cụ hỗ trợ kỹ thuật nhằm hỗ trợ người lái đạt được phong cách lái xe tối ưu hóa mức tiêu thụ. Việc tự động hóa quá trình truyền tải được đề cập ở trên là một phần quan trọng của các hỗ trợ kỹ thuật này.

Hệ thống kiểm soát hành trình mang đến cho người lái sự tiện lợi rõ rệt; trên thực tế, nó được phát triển như một tính năng tiện lợi. Tuy nhiên, cấu hình chính xác của hệ thống kiểm soát hành trình cũng ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu. Cái gọi là độ trễ, cho phép hệ thống kiểm soát hành trình đi chệch khỏi tốc độ do người lái đặt, giúp giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Khi lái xe xuống dốc, cái gọi là hiện tượng trễ quá tốc độ cho phép xe lăn bánh nhanh hơn mức người lái quy định. Chỉ khi xe đã đạt đến tốc độ cài đặt điều khiển hành trình cộng với hiện tượng trễ quá mức thì chức năng điều khiển hành trình mới can thiệp và phanh xe. Do đó, động năng tự do của việc xuống dốc được sử dụng để phát huy tác dụng tốt hơn, xe lăn xa hơn một chút sau khi rời đoạn đường xuống dốc và do đó giảm mức tiêu hao nhiên liệu của xe. Độ trễ lực kéo cho phép hệ thống điều khiển hành trình giảm xuống dưới tốc độ đã đặt, chẳng hạn như khi lên dốc, việc xe tăng tốc đến tốc độ đã đặt sẽ đòi hỏi mức tiêu thụ nhiên liệu tăng lên đáng kể. Mômen động cơ mà tại đó xe được tăng tốc đến tốc độ điều khiển hành trình đã đặt là một thông số khác ảnh hưởng đến mức tiêu thụ của hệ thống điều khiển hành trình. Một bộ điều khiển đơn giản luôn áp dụng mô-men xoắn tối đa có sẵn của động cơ (hoặc giả sử là 80% mô-men xoắn khả dụng). Các giai đoạn tăng tốc với mô-men xoắn động cơ giảm phù hợp để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Tất nhiên, mô-men xoắn của động cơ giảm khi tăng tốc hoặc giảm tốc độ cài đặt (độ trễ lực kéo) tất nhiên sẽ khiến tốc độ trung bình giảm đi một chút.

Huấn luyện viên lái xe, nơi cung cấp cho người lái những lời khuyên về cách tối ưu hóa phong cách lái xe để lái xe tiết kiệm nhiên liệu nhất có thể, cũng rất hữu ích cho người lái xe. Bên cạnh việc hỗ trợ chức năng lái xe thuần túy, người lái xe còn có thể được cung cấp những thông tin hữu ích khác, chẳng hạn như lời nhắc tắt hệ thống điều hòa không khí (tiêu thụ năng lượng) nếu người lái xe đang lái xe với cửa sổ mở. Một nỗ lực khác là chỉ thông báo rõ hơn cho người lái xe về mức tiêu thụ năng lượng mà anh ta có thể ảnh hưởng trực tiếp: Chiếc xe có thể chỉ thông báo cho người lái xe rằng mức sử dụng điều hòa hiện tại tiêu thụ x Watts, dẫn đến y % tổng mức tiêu thụ năng lượng của xe. Đối với các phương tiện chạy bằng pin, việc hiển thị sự đóng góp của hệ thống sưởi vào mức tiêu thụ năng lượng nhất thời có thể mang tính giáo dục cho người lái xe.

Hệ thống dự đoán

Các hệ thống dự đoán có thể góp phần đáng kể vào việc giảm tiêu thụ năng lượng. Nguyên tắc cơ bản là sạc bộ lưu trữ năng lượng của xe nếu địa hình phía trước cho phép làm như vậy. Đơn vị lưu trữ năng lượng lớn nhất và quan trọng nhất đối với một phương tiện giao thông thông thường là động năng của phương tiện, hay nói một cách đơn giản là động lượng của phương tiện. Đối với xe điện năng lượng từ ắc quy có thể được lưu trữ trở lại ắc quy

Cái gọi là đường chân trời điện tử (eHorizon) có thể tạo ra một trợ lý lái xe dự đoán hiệu quả: Thông tin ba chiều về lộ trình đường được sử dụng. Địa hình phía trước được xác định bằng dữ liệu GPS của hệ thống định vị và bản đồ kỹ thuật số bao gồm dữ liệu cấp đường. Ví dụ: bản đồ kỹ thuật số chứa thông tin cần thiết có sẵn cho Châu Âu, Bắc Mỹ và Trung Quốc.

Trên cơ sở dữ liệu địa hình, tốc độ được thiết lập trong hệ thống kiểm soát hành trình thay đổi trong dải tốc độ quy định để việc lái xe được thực hiện tiết kiệm nhiên liệu. Ví dụ: khi kết thúc đoạn đường xuống dốc, xe (trong khuôn khổ độ trễ đã đặt) có thể được phép lăn bánh nhanh hơn tốc độ điều khiển hành trình yêu cầu, để có thể đạt được giai đoạn lăn bánh dài hơn ở đoạn đường bằng phẳng hoặc đi lên tiếp theo. Trước khi lên đến đỉnh đồi, tính năng hỗ trợ lái xe dự đoán sẽ giảm mô-men xoắn của động cơ và để tiết kiệm nhiên liệu, lái xe qua đỉnh đồi ở tốc độ thấp hơn một chút.

Hệ thống này không chỉ tận dụng triệt để độ trễ của điều khiển hành trình mà còn có khả năng xác định trước việc lựa chọn số.

Nếu có sẵn bản xem trước kỹ thuật số của hồ sơ tuyến đường, bộ lưu trữ năng lượng bổ sung có thể được tích hợp cùng với các chức năng của chúng. Khi di chuyển xuống dốc, nguồn cung cấp khí nén có thể được tăng lên cụ thể, ắc quy khởi động được sạc và trạng thái sạc của ắc quy điện áp cao trong xe điện hoặc xe hybrid-điện có thể được cải thiện.

Chu kỳ tái sinh của hệ thống xử lý sau khí thải có thể được kiểm soát bằng hệ thống dự đoán sao cho chúng chỉ có ảnh hưởng tối thiểu đến mức tiêu thụ và hiệu suất của xe. Việc điều khiển hệ thống làm mát có thể được tích hợp vào hệ thống quản lý năng lượng dự đoán.

Phần mở rộng cho hệ thống dự đoán

Trong trường hợp quản lý nhiệt dự đoán, nỗ lực được thực hiện để tối ưu hóa việc kích hoạt các bộ truyền động để làm mát động cơ (cửa chớp bộ tản nhiệt, quạt và bơm nước) trên cơ sở địa hình tuyến đường được dự đoán. Ví dụ, nhiệt độ nước làm mát động cơ có thể được dự đoán thấp hơn để tránh kích hoạt quạt khi đạt đến mức độ. Mục tiêu của tính năng điều khiển này là giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng cơ học tổng thể của việc làm mát trên một đoạn cụ thể của tuyến đường.

Bản đồ bổ sung và thông tin giao thông được biết từ điều hướng được tích hợp vào hệ thống dự đoán. Nếu hệ thống biết rằng tình huống giao thông sẽ xảy ra cần phải giảm tốc độ, ví dụ như bùng binh (vòng xuyến), giao lộ chữ T hoặc đường ngang cần được ưu tiên thì có thể cung cấp ngay ở giai đoạn đầu để một giai đoạn lăn⁽³⁾.

Cũng có thể hình dung rằng hệ thống điều hòa không khí—trong trường hợp có nguồn năng lượng, tức là đoạn đường dốc xuống dốc—để sạc thiết bị lưu trữ điều hòa không khí (bộ lưu trữ nhiệt), sau đó hỗ trợ điều hòa không khí từ thiết bị này bộ lưu trữ và do đó có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn.

Hệ thống dự đoán yêu cầu dữ liệu tuyến đường chính xác. Dữ liệu tuyến đường này có thể được cải thiện về mặt độ chính xác nếu hệ thống học tập được thiết lập: tuyến đường thực tế (độ dốc, v.v.) và tuyến đường được lưu trữ trên bản đồ được so sánh. Mọi sai lệch đều được sửa trong dữ liệu bản đồ. Bản đồ liên tục trở nên chính xác hơn. Một hệ thống như vậy được thiết kế lý tưởng như một hệ thống gắn ngoài, liên tục tạo ra dữ liệu tốt hơn từ dữ liệu của nhiều phương tiện. Dữ liệu cập nhật được cải thiện sẽ được đưa trở lại đội xe. Ngay cả những trở ngại tạm thời và những thay đổi đối với tuyến đường thông thường như các công trường xây dựng cũng có thể được xem xét trong hệ thống học tập bên ngoài như vậy.

Bên cạnh dữ liệu tuyến đường thuần túy, hệ thống dự đoán phải đưa ra dự đoán về tuyến đường mà phương tiện sẽ đi. Dự đoán này có thể được cải thiện bằng cách ước tính xác suất từ các tuyến đường trước đây về việc các lối rẽ nào có thể sẽ được chọn.

Trọng lượng ảnh hưởng đến nhiên liệu

Trọng lượng của xe tải ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu của nó. Trọng lượng tăng thêm chuyển thành mức tiêu thụ nhiên liệu bổ sung như thế nào tùy thuộc vào lộ trình. Ước tính hiệu quả tiêu thụ nhiên liệu của trọng lượng có thể được tính toán dựa trên Hình 2.1 cho tuyến đường cụ thể được nghiên cứu trong hình minh họa. Trọng lượng có tác dụng tuyến tính lên lực cản lăn. Ngoài ra, năng lượng tiêu thụ trong quá trình phanh (và trước đó đã được đưa vào xe) phụ thuộc tuyến tính vào khối lượng của xe. Do đó, các loại tổn thất lực cản lăn, phanh chính và phanh động cơ phụ thuộc vào trọng lượng. Theo hình 2.1, những tổn thất này tiêu tốn 56% năng lượng cơ học có sẵn ở trục khuỷu (15,6% + 5,7% + 3,4% = 24,7% của 44,2%, dẫn đến 56%).

Nếu trọng lượng giảm 1% thì mức tiêu thụ trên tuyến đường đang xem xét trong trường hợp này sẽ giảm 0,56%. Trong trường hợp xe 40 tấn, việc giảm trọng lượng 400 kg hay 1% sẽ tiết kiệm được 0,56% nhiên liệu hoặc khoảng 0,2 lít. Các giá trị khác nhau dẫn đến các tuyến đường khác có tải khác nhau, v.v.

Rơ mơc, semi rơ móc và tải trọng

Như đã đề cập trước đó, một tỷ lệ lớn lực cản chuyển động là do toàn bộ rơ moóc hoặc sơ mi rơ moóc gây ra. Theo đó, để tối ưu hóa tổ hợp rơ moóc đầu kéo, rơ moóc đầu kéo và sơ mi rơ moóc đầu kéo cũng phải được xem xét liên quan đến mức tiêu thụ nhiên liệu. Các thông số được mô tả trong Tiểu mục 3.5.2 để tối ưu hóa lực cản khí động học cũng liên quan đến sơ mi rơ moóc và sơ mi rơ moóc đầu kéo. Để có kết quả tối ưu về mặt khí động học, cần phải tối ưu hóa máy kéo và sơ mi rơ moóc như một đơn vị. Hình 3.19 cho thấy tổ hợp máy kéo-sơ mi rơ moóc khí động học trong đó sơ mi rơ moóc và xe đầu kéo đã được tối ưu hóa chung. Sự kết hợp giữa máy kéo sản xuất hàng loạt tốt về mặt khí động học và một sơ mi rơ moóc hoàn toàn phù hợp với xe này mang lại lực cản khí động học tốt hơn 18% (A·c_d) [9]. Trong trường hợp đang xem xét, mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 4,5% được báo cáo. Về khía cạnh tiêu thụ nhiên liệu, khuyến nghị chiều cao cabin lái khác nhau, tùy thuộc vào loại sơ mi rơ moóc [33].

Thiết kế của trailer ảnh hưởng đến mức tiêu thụ. Thân hộp có lực cản khí động học khác với thân phẳng có bạt. Với thân bạt, điều quan trọng là tấm bạt nửa rơ moóc phải được buộc đúng cách. Các tấm bạt vỗ làm tăng lực cản khí động học (và chúng bị mòn nhanh hơn). Bề mặt tôn của thùng container vận chuyển có lực cản khí động học cao hơn bề mặt nhẵn, đồng đều của thùng xe đông lạnh. Đặc tính khí động học của xe moóc mở lại lại khác.

Tổ hợp thanh kéo có giá trị c_d kém hơn đáng kể (0,55 đến 0,85) so với tổ hợp đầu kéo và semi rơ-moóc (0,45 đến 0,75). Nguyên nhân là do đầu kéo và semi rơ moóc có một khoảng trống giữa hai bộ phận tạo nên sự nhiễu loạn của không khí đi qua đó là phần chuyển tiếp giữa cabin người lái và semi rơ moóc trong khi tổ hợp thanh kéo có hai vùng nhiễu loạn như vậy: phần chuyển tiếp giữa cabin của người lái và sàn và khoảng không gian giữa xe cơ giới và toàn bộ rơ moóc.

Số lượng trục của sơ mi rơ moóc ảnh hưởng đến lực cản lăn và do đó ảnh hưởng đến mức tiêu hao.

Việc lựa chọn rơ-mooc và cấu hình xe rõ ràng không chỉ được thực hiện ở khía cạnh tiêu dùng. Ban đầu, nhiệm vụ vận tải và khái niệm hậu cần (xem Tiểu mục 4.7) xác định các đặc tính của sự kết hợp và thân xe moóc đầu kéo. Phải đến giai đoạn thứ hai, các khía cạnh tiêu thụ mới được doanh nghiệp vận tải đường bộ xem xét.

Rơ moóc và semi rơ moóc với bộ phận làm lạnh yêu cầu mức tiêu thụ năng lượng đáng kể để làm lạnh không gian vận chuyển hàng hóa. Cách nhiệt tối ưu đảm bảo giảm mức tiêu thụ năng lượng.

Điều kiện vận hành của phương tiện vận tải

Địa hình của tuyến đường

Địa hình là một yếu tố tiêu thụ năng lượng rất rõ ràng. Hoạt động ở địa hình đồi núi và trên những đoạn đường dài lên dốc đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với hoạt động ở địa hình bằng phẳng.

Sự khác biệt giữa địa hình khắc nghiệt và các đoạn đường bằng phẳng được thể hiện trong Hình 4.1 đối với xe tải chạy dầu diesel. Đặc biệt trên các tuyến đường cao tốc, mức tiêu thụ chênh lệch giữa chặng đường bằng phẳng và địa hình đồi núi là rất lớn. Hiệu ứng địa hình ít hơn trên đường cao tốc quốc gia vì các yếu tố gây nhiễu khác xuất hiện, chẳng hạn như điểm dừng đèn giao thông và đường cao tốc trong đô thị, đòi hỏi phải giảm tốc độ và trong quá trình đó sẽ tiêu tốn năng lượng (động lượng) có giá trị.

Nhìn chung có thể nói, ảnh hưởng của địa hình đến mức tiêu thụ năng lượng của xe tải chạy dầu diesel lớn hơn so với xe tải chạy điện. Lý do là xe tải điện sẽ thu hồi một phần năng lượng dùng để lên dốc ở đoạn xuống dốc tiếp theo.

Thời tiết và nhiệt độ

Điều kiện thời tiết tự nhiên là một yếu tố quyết định khác góp phần thúc đẩy tiêu dùng. Như đã đề cập ở trên, mật độ của không khí (áp suất không khí) có ảnh hưởng trực tiếp đến lực cản khí động học (phương trình 3.1). Tuy nhiên, mật độ không khí cũng ảnh hưởng đến quá trình cháy trong động cơ. Mật độ không khí bị ảnh hưởng bởi thời tiết và độ cao so với mực nước biển tại vị trí hiện tại của bạn.

Đường ướt do mưa gây tốn thêm nhiên liệu. Cuối cùng, năng lượng cần thiết để tạo ra các đám mây phun từ xe và lốp xe sẽ thoát ra khỏi bình nhiên liệu diesel. Lực cản lăn tăng lên do nước gây ra dẫn đến mức tiêu thụ bổ sung lên tới 5%. Những vũng nước và hố chậu chứa đầy nước càng làm tăng lực cản lăn.

Nhiệt độ môi trường rất nóng có thể yêu cầu kích hoạt quạt cao hơn để làm mát động cơ và do đó làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu, xem Hình 3.7.

Đối với xe tải điện chạy ắc quy, nhiệt độ cao có thể cần làm mát thêm ắc quy và nhiệt độ rất thấp có thể yêu cầu làm nóng ắc quy. Trong cả hai trường hợp, mức tiêu thụ năng lượng đều bị ảnh hưởng bất lợi.

Xe có động cơ đã được làm nóng

Ngoài nhiệt độ bên ngoài có tác dụng làm thay đổi mức tiêu thụ nhiên liệu, nhiệt độ bên trong của các bộ phận trên xe cũng có ý nghĩa rất lớn. Xe có động cơ nóng lên sẽ tiêu thụ ít nhiên liệu hơn đáng kể so với xe có động cơ nguội. Độ nhớt của dầu động cơ, dầu hộp số và dầu cầu sau tăng lên khi nhiệt độ bể chứa dầu tăng lên trong suốt hành trình. Mức tiêu thụ nhiên liệu giảm có thể đo lường được rõ ràng có liên quan đến điều này [1].

Lực cản lăn của lốp xe cũng phụ thuộc vào nhiệt độ.

Lưu thông

Việc lưu thông mà phương tiện tham gia có ảnh hưởng rất lớn tới mức tiêu thụ. Quá trình phanh và khả năng tăng tốc tiếp theo sẽ gây ra mức tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn.

Hình 4.2 minh họa lượng nhiên liệu diesel mà một chiếc xe tải có tải trọng 40 tấn tiêu thụ trong giai đoạn tăng tốc. Trong quãng đường tăng tốc 1km (0,6 dặm), tiêu thụ 1,1 lít (khoảng 0,30 gallon) dầu diesel khi xe tăng tốc từ 0 km/h lên 85 km/h (53 mph). Nếu lái xe ở tốc độ không đổi, đoạn đường này chỉ tiêu thụ khoảng 0,25 lít (0,07 gallon). Sự chênh lệch tiêu thụ 0,85 lít (0,23 gallon) dầu diesel được sử dụng để tạo ra động năng của xe. Giá trị này thể hiện giá trị năng lượng sơ cấp khoảng 30 MJ (xem Bảng 2.1). Động năng của tổ hợp sơ mi rơ moóc máy kéo chất đầy 40 tấn (hơn 80.000 lbs) ở tốc độ 85 km/h (53 mph) là 11,14 MJ (Phương trình 4.1):

Điều này dẫn đến hiệu quả trung bình của động cơ diesel trong giai đoạn gia tốc khoảng 37%: giá trị hợp lý.

Đáng chú ý là không chỉ lưu lượng truy cập buộc các thủ tục phanh, chẳng hạn như giao thông trong làn đường của riêng xe và giao thông giao thông, gây ra tiêu thụ bổ sung, mà cả giao thông sắp tới gây ra sự gia tăng lực cản khí động học. Giao thông đối lập (xe tải) đẩy một bức tường không khí lên xe (xe của chúng tôi) ném xe trở lại. Đây là một hiệu ứng mà đôi khi người ta có thể cảm thấy khi lái xe.

Xe tải chạy theo đoàn

Các đoàn xe tải thường được hình thành (cần thiết), đặc biệt là trên đường cao tốc. Khi lái xe trong các đoàn xe, các điều kiện dòng không khí của các phương tiện ảnh hưởng lẫn nhau. Theo các phương tiện lái xe trong dòng xe tải phía trước. Với điều kiện khoảng cách là đủ nhỏ, điều này dẫn đến việc giảm tiêu thụ; và với điều kiện khoảng cách là đủ nhỏ, phương tiện dẫn đầu cũng có hiệu quả tích cực. Áp lực động, tích tụ trước một chiếc xe sau, đẩy chiếc xe hàng đầu về phía trước.

Trong [1], trong trường hợp xe từ những năm 1980, việc giảm mức tiêu thụ rõ ràng được chỉ định với khoảng cách 70 m từ xe tải phía trước. Tuy nhiên, các phép đo được thực hiện với các phương tiện ít thuận lợi hơn về mặt khí động học so với ngày nay. Các tác động khí động học tích cực của việc lái xe trong các đoàn xe cũng đã được chứng minh trên các phương tiện từ những năm 1990 [1]. Trong trường hợp các phương tiện được tối ưu hóa khí động học, một dòng chảy rõ ràng ít rõ ràng hơn và kết quả áp suất động ít rõ rệt hơn, điều đó có nghĩa là ngày nay việc tiêu thụ giảm hiệu ứng của lái xe trong một đoàn xe với các phương tiện thuận lợi về mặt khí động học, không có hiệu quả cho đến khi khoảng cách ngắn.

Hình 4.3 cho thấy các giá trị hiện tại để giảm mức tiêu thụ từ việc lái xe trong một đoàn xe có nguồn gốc từ một nghiên cứu về các phương tiện đường dài của Mỹ ở khoảng cách gần 10 m [40].

Khoảng cách ngắn như vậy là không thể trong giao thông đường bộ bình thường. Các quy định cho khoảng cách tối thiểu thay đổi trạng thái theo trạng thái, tuy nhiên trong nhiều trường hợp vượt quá khoảng cách sau đây cần thiết để tiết kiệm nhiên liệu. Ngoài ra, một khoảng cách lớn hơn từ xe tải phía trước giúp người lái lái xe với dự đoán. Ở một khoảng cách đủ, người lái xe có thể lái xe thoải mái và kinh tế, và không phải phản ứng điên cuồng với sự thay đổi tốc độ của xe tải phía trước.

Tuy nhiên, nếu các hệ thống tự động cho phép một số phương tiện lái xe trong một đoàn xe với khoảng cách ngắn giữa chúng trong tương lai, lái xe trong một đoàn xe sẽ mang lại lợi thế khí động học. Sự hình thành của một trung đội với một khoảng cách nhỏ tất nhiên đòi hỏi một số điều kiện nhất định: các phương tiện phải được kết nối với nhau bằng cách trao đổi thông tin không dây nhanh đáng tin cậy để trao đổi tín hiệu cực kỳ nhanh chóng: nếu xe ở phía trước phanh, phương tiện sau phải phản ứng và phanh trong vòng vài phần trăm giây. Có thể cần thiết, để tính đến hành vi phanh khác nhau của các phương tiện khác nhau.

Ảnh hưởng của các phương tiện tự động lái xe trong một trung đội đối với những người sử dụng đường khác cũng phải được tính đến. Những người tham gia giao thông ở các làn đường liền kề phải có khả năng đi qua trung đội để sử dụng các đường kéo dài hoặc ngoài đường hoặc các điểm nối chẳng hạn. Mở đoàn xe ở mỗi lối ra và mỗi ngã ba để tạo không gian cho những người sử dụng đường khác và thu hẹp khoảng cách sau đó có thể gây nguy hiểm cho việc tăng hiệu quả nhiên liệu. Mặc dù đôi khi được thảo luận theo thời gian hiện tại ý tưởng về Truck Platoons không được theo đuổi nữa.

Tốc độ

Tốc độ di chuyển của xe tải rõ ràng cũng có ảnh hưởng đến mức tiêu thụ. Việc di chuyển một chiếc xe tải với tốc độ 55 mph (tương ứng với 88 km/h, tốc độ di chuyển thông thường trong vận tải đường dài ở Châu Âu) thay vì 50 mph (tương ứng với tốc độ 80 km/h, được cho phép ở hầu hết các nước Châu Âu) sẽ làm tăng mức tiêu thụ khoảng 10%. Vì lý do này, ngày càng có nhiều công ty vận tải đường bộ giảm tốc độ tối đa cho xe tải của họ. Đây là phương pháp đã được áp dụng phổ biến ở Mỹ từ lâu. Ở nhiều tiểu bang của Hoa Kỳ, tốc độ tối đa được phép là 65 mph (khoảng 105 km/h) cao hơn rõ rệt so với giới hạn tốc độ của Châu Âu. Khi mức tiêu thụ tăng quá mức ở tốc độ cao, các công ty vận tải đường bộ ở Mỹ sẽ giới hạn tốc độ tối đa cho phương tiện của họ. Ở Trung Quốc, xe tải với một số đặc tính kỹ thuật nhất định được phép di chuyển nhanh hơn đáng kể so với tốc độ tiêu chuẩn 80 km/h. Tuy nhiên, vì lý do kinh tế nên ít tài xế xe tải sử dụng phương án này.

Tải trọng

Tình trạng chất tải của xe có ảnh hưởng rõ rệt đến mức tiêu hao nhiên liệu. Hầu hết các giá trị được đề cập trong phần này áp dụng cho tổ hợp tractor với semitrailer (đầu kéo với semi rơ mooc) có tổng trọng lượng là 40 tấn, tổng trọng lượng tối đa cho phép ở Đức và nhiều nước Châu Âu. Xe không tải tiêu thụ ít hơn.

Giảm mức tiêu thụ thông qua các điều kiện vận hành được tối ưu hóa

Các điều kiện vận hành thường được chấp nhận là không thể thay đổi. Tuy nhiên, nếu xem xét kỹ hơn thì điều này không phải như vậy.

Bằng cách sử dụng thời gian vận hành được tối ưu hóa và lựa chọn tuyến đường thông minh, công ty vận tải đường bộ có thể cố gắng tối ưu hóa mật độ giao thông mà phương tiện sẽ gặp phải.

hụ năng lượng tối ưu, như:

• Đường tốt cho phép lưu thông mà không cần phanh thường xuyên,
• Mặt đường được tối ưu hóa
• Các giai đoạn chuyển đổi đèn giao thông thông minh và định tuyến giao thông được cân nhắc kỹ lưỡng.

Đây chỉ là một vài điều giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của vận tải đường cao tốc. Hiệu quả (năng lượng) của giao thông cũng có thể được cải thiện khi các đường cao tốc mới được xây dựng. Thay vì đi theo đường viền của những ngọn đồi trong cảnh quan đồi núi,
đường có thể được làm phẳng bằng các đường hầm và cầu, nhờ đó tạo ra khả năng lưu thông dễ dàng và tiêu thụ ít năng lượng — xem Hình 4.4. Ưu điểm lớn của những cải tiến như vậy là chúng sẽ cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của tất cả các phương tiện. Cái mới và cái cũ. Không thể tranh cãi rằng công việc xây dựng đường ban đầu sẽ tốn kém hơn vì điều này. Các hãng vận tải hàng hóa đường sắt có lộ trình đi lại rất suôn sẻ (cũng vì lý do kỹ thuật).

Giảm mức tiêu thụ thông qua các khái niệm hậu cần được tối ưu hóa

Đối với hầu hết các cân nhắc, yếu tố quyết định không phải là mức tiêu thụ trên mỗi phương tiện mà là mức tiêu thụ trên mỗi tấn vận chuyển hoặc mức tiêu thụ trên mỗi mét khối công suất vận chuyển.

Thứ nhất, điều quan trọng là tận dụng tối đa khả năng vận chuyển của phương tiện. Rõ ràng là một chiếc xe tải chở đầy hàng sẽ tiêu thụ ít dầu diesel trên mỗi tấn/km hơn so với một chiếc xe chỉ chở nửa tải. Xét về tổng thể, việc giảm số lần chạy không tải cũng làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu. Thứ hai, việc tăng tải trọng hoặc khối lượng vận chuyển cũng làm giảm mức tiêu thụ.

Trong trường hợp hàng hóa vận chuyển có khối lượng tới hạn, có thể giảm mức tiêu thụ trên mỗi đơn vị tải vận chuyển bằng cách chọn sơ mi rơ moóc được tối ưu hóa. Ví dụ: có những loại rơ moóc hai tầng tải trọng thấp cho phép tăng thêm khối lượng đáng kể so với sơ mi rơ moóc dạng thùng thông thường. Tuy nhiên, việc mua những sơ mi rơ moóc tải trọng thấp này đắt hơn đáng kể. Hình 4.5 trình bày các ví dụ về cách tăng âm lượng trên Trailer tiêu chuẩn Châu Âu.

Các khái niệm làm tăng chiều dài hữu dụng của sơ mi rơ moóc so với chiều dài hiện nay là 53 ft (Mỹ) hoặc 13,6 m trên thực tế (EU) cũng làm tăng khối lượng chất hàng. Những sơ mi rơ moóc như vậy được vận hành với giấy phép đặc biệt.

Tại châu Âu, những chiếc xe tải có chiều dài tổng thể của tổ hợp xe tải rơ-moóc là 25,25 m hiện đang là chủ đề được dư luận bàn luận. Trong trường hợp vận chuyển hàng hóa cồng kềnh, chỉ riêng chiều dài tải lớn hơn đã giúp giảm mức tiêu thụ (trên mỗi đơn vị khối lượng vận chuyển). Một thử nghiệm thực tế liên quan đến xe tải dài đã được thực hiện ở Đức vào năm 2012, dự kiến ​​xe tải có chiều dài 25,25 m với tổng trọng lượng không thay đổi của tổ hợp xe moóc là 40 tấn [41]. Sự kết hợp xe tải-rơmoóc dài đã được cấp phép ở Thụy Điển và Phần Lan từ khá lâu và được phép có tổng trọng lượng là 60 tấn cho sự kết hợp này. Một chiếc xe 60 tấn rõ ràng tiêu thụ nhiều dầu diesel hơn một chiếc xe 40 tấn. Tuy nhiên, mức tiêu thụ trên một tấn hàng hóa vận chuyển giảm rõ rệt. [31] cho biết mức tiết kiệm nhiên liệu trên mỗi tấn/km đối với EuroCombi là khoảng 15–20%, [39] cho biết mức tiết kiệm nhiên liệu trên mỗi tấn/km là khoảng 16%. Trong báo cáo tạm thời, cuộc thử nghiệm tại Đức cho thấy mức tiêu thụ nhiên liệu giảm từ 15 đến 25%.

[25] gợi ý rằng nên tăng tải trọng bằng cách cho phép tăng tổng trọng lượng lên 44 tấn đối với tất cả các tổ hợp sơ mi rơ moóc máy kéo, không chỉ cho các hành trình vận tải đa phương thức. Điều này dẫn đến tải trọng tăng thêm 15% khi được tải đầy đủ.

Tuy nhiên, mức tiêu thụ tiết kiệm lớn nhất thông qua các khái niệm hậu cần được tối ưu hóa sẽ mang lại nếu có thể tránh được khoảng cách lái xe. Định tuyến tối ưu tại các điểm xếp và dỡ hàng khác nhau giúp giảm quãng đường đi được của xe và do đó giảm mức tiêu thụ. Các lần chạy trống đặc biệt không hiệu quả.

Ảnh hưởng của người lái xe đến mức tiêu thụ năng lượng

Ngay cả một chiếc xe được tối ưu hóa về mặt kỹ thuật cũng chỉ đạt được giá trị tiêu thụ tốt nếu người lái thể hiện hành vi lái xe tiết kiệm nhiên liệu.

Tất cả các nhà sản xuất ô tô đều xác nhận rằng những người lái xe được đào tạo có thể tiết kiệm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu với những chiếc xe tải hiện nay khi vận chuyển đường dài. Trong [1] mức tiết kiệm thông qua phong cách lái xe cải tiến lên tới 16% được chỉ định trong từng trường hợp. Trung bình, có thể dự đoán được hiệu ứng ở mức độ từ 6 đến 8%. Nếu người ta nhận ra rằng những nỗ lực kỹ thuật to lớn là cần thiết để đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu 6% thông qua công nghệ xe, thì rõ ràng hành vi của người lái xe là một yếu tố quan trọng để giảm mức tiêu thụ năng lượng cho cả xe chạy bằng diesel và xe điện.

Người lái xe có thể được khuyến khích thông qua các khóa đào tạo lái xe để tìm hiểu chiến lược lái xe tiết kiệm năng lượng. Điều quan trọng nhất là phải học cách lái xe dự đoán: phải giảm thiểu việc phanh, dừng và tăng tốc không cần thiết. Người lái xe đoán trước cũng có thể tận dụng địa hình. Duy trì khoảng cách vừa đủ với xe phía trước giúp giảm số lượng và mức độ nghiêm trọng của các thao tác phanh.

Ngoài việc đào tạo, điều đúng đắn cần làm là khuyến khích người lái xe trong công việc hàng ngày có ý thức lái xe có ý thức về việc tiêu thụ năng lượng.

Trên các phương tiện sử dụng nhiên liệu diesel có hộp số tay, sự khuyến khích đơn giản nhưng rất hiệu quả có thể bao gồm việc chỉ dẫn cho người lái xe khi nào nên chuyển số theo quan điểm tiêu thụ nhiên liệu. Ở các xe có AMT hoặc xe điện, người lái không còn tham gia vào việc chuyển số nữa.

Hỗ trợ người lái xe hoặc hệ thống viễn thông phù hợp (xem [2]) cho phép phân tích phong cách lái xe của người lái xe và, nếu có, phát hiện những cải tiến tiềm năng. Hệ thống viễn thông cho phép đánh giá mức độ nghiêm trọng khi vận hành của tuyến đường và từ đó đưa ra đánh giá hợp lý về phong cách lái xe, ngay cả khi nhiều tài xế của một công ty vận tải đường bộ đang hoạt động trên các tuyến đường rất khác nhau. Điều này mở ra khả năng cho các hãng vận tải đường bộ có cơ hội khuyến khích những người lái xe áp dụng phong cách lái xe tiết kiệm năng lượng.

Giá trị tiêu thụ của xe mới

Khi một chiếc xe mới được giao cho người lái, người ta thường có thể cảm nhận được tác động của việc ban đầu muốn trải nghiệm tiềm năng vận hành của chiếc xe và do đó lái xe kém tiết kiệm hơn ngay từ đầu. Dù sao thì một chiếc xe mới cũng sẽ có lực cản lái tăng lên vì ma sát bên trong của hệ thống truyền động chưa được chạy thử sẽ cao hơn. Lốp xe mới cũng có lực cản lăn tăng lên.

Ngoài ra, lốp xe mới cũng cho thấy mức tiêu thụ tăng lên rõ rệt. Khi chu vi lốp lớn hơn, quãng đường lái xe sẽ ngắn hơn so với lốp bị mòn. Điều này dẫn đến mức tiêu thụ bổ sung được tính toán (không thực tế!) Có thể tránh được lỗi tính toán này bằng cách không xác định khoảng cách lái xe dựa trên đồng hồ tốc độ của xe mà thực hiện dựa trên dữ liệu GPS của hệ thống định vị.

Các phương tiện lái tự động cuối cùng sẽ thay thế người lái và do đó góp phần tiêu thụ nhiên liệu của người lái.

Bảo dưỡng phương tiện vận chuyển

Cần có tình trạng hoàn hảo và chế độ bảo dưỡng chuyên nghiệp để xe có thể vận hành với hiệu quả sử dụng năng lượng tối ưu.

Có nhiều lỗi bảo trì và nhiệm vụ bảo trì bị bỏ quên có thể gây ra sự tiêu hao năng lượng không cần thiết, tức là tiêu thụ nhiên liệu không cần thiết:

1. Vòng bi được bôi trơn tốt và còn nguyên vẹn là điều hiển nhiên.
2. [1] chỉ ra rằng trục lệch 1° có thể làm tăng nhiên liệu lên tới 3%.
3. Phanh mài làm tăng lực cản lái xe (và mài mòn) một cách không cần thiết.
4. Hệ thống khí nén bị rò rỉ đòi hỏi thời gian vận hành của máy nén khí lâu hơn. Khi đó mức tiêu thụ điện năng của máy nén khí cao hơn nhiều so với mức 0,8% trong hình 2.1 và gây ra mức tiêu thụ bổ sung.
5. Bộ lọc dầu, không khí hoặc nhiên liệu bị tắc hoặc bị lỗi khiến xe không thể vận hành ở trạng thái tốt nhất. Đặc biệt, bộ nạp khí bị lỗi có thể ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính vận hành và mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ.

Áp suất lốp

Áp suất lốp quá thấp sẽ làm giảm tuổi thọ của lốp và tăng mức tiêu thụ nhiên liệu. Lốp không đủ căng sẽ uốn cong mạnh hơn (và nóng lên mạnh hơn), điều đó có nghĩa là lực cản lăn lớn hơn và tăng mức tiêu hao.

Nếu tổ hợp xe đầu kéo có áp suất lốp quá thấp 20% thì kết quả là mức tiêu thụ tăng hơn 2%. Mối quan hệ giữa áp suất lốp và mức tiêu thụ được minh họa trong hình. 6.1.

Với suy nghĩ này, hệ thống giám sát lốp không chỉ góp phần đảm bảo an toàn đường bộ mà còn góp phần giúp xe có thể vận hành với mức tiêu thụ nhiên liệu tối ưu.

Hàm lượng năng lượng của nhiên liệu

Tất cả nhiên liệu không chỉ chứa một phân tử (như Hydro nguyên chất) mà còn bao gồm hỗn hợp có thể có một số thay đổi về mật độ năng lượng.

Khí thiên nhiên
Đối với khí thiên nhiên, khí thiên nhiên có lượng calo thấp và lượng calo cao được phân biệt. Khí có lượng calo cao có hàm lượng năng lượng cao hơn theo thể tích và theo trọng lượng. Mức tiêu thụ khí đo được tính bằng kg trên 100 km tất nhiên thấp hơn đối với khí có lượng calo cao ngay cả khi hiệu suất năng lượng của xe tải có thể giống nhau.

Nhiên liệu Diesel
Chất lượng của nhiên liệu diesel rõ ràng cũng góp phần vào mức tiêu thụ nhiên liệu được đo lường. Bảng 2.1 cho thấy diesel từ các nguồn khác nhau vẫn tuân thủ các tiêu chuẩn tương ứng có thể có hàm lượng năng lượng có thể khác nhau 10%. Các loại nhiên liệu diesel khác nhau đáp ứng cùng một tiêu chuẩn có thể gây ra sự khác biệt về mức tiêu thụ. Biodiesel gây ra (vào năm 2010) mức tiêu thụ bổ sung khoảng 5%. Một công ty dầu khoáng hoạt động toàn cầu tuyên bố rằng họ có thể giảm mức tiêu thụ 3% thông qua việc bổ sung một chất phụ gia nhiên liệu diesel phù hợp [37]. Nhiên liệu diesel không đáp ứng tiêu chuẩn DIN/ISO đã thiết lập có thể gây ra mức tiêu thụ nhiên liệu diesel cao hơn đáng kể.

Dầu bôi trơn

Nhiệm vụ quan trọng nhất của chất bôi trơn trong động cơ, hộp số và bánh răng trục là tạo ra một lớp màng bôi trơn.1 Một lớp màng bôi trơn tốt giữa hai bề mặt cho phép chuyển động tương đối ít ma sát nhất có thể. Điều này ngăn ngừa mài mòn (hoặc ít nhất là giảm mài mòn) và đảm bảo tổn thất công suất thấp. Tổn thất công suất thấp này là đóng góp của chất bôi trơn vào hiệu quả nhiên liệu của xe. Các nhà sản xuất chất bôi trơn cao cấp tuyên bố rằng chất bôi trơn được tối ưu hóa, được gọi là dầu ma sát thấp, cho phép giảm mức tiêu thụ nhiên liệu tới 4%. Ngay cả khi hiệu ứng thực tế có thể ít hơn, thì tác động của chất bôi trơn đối với mức tiêu thụ nhiên liệu là hợp lý (xem thêm [38]).

Lời kết về chủ đề tiêu thụ năng lượng

Đo lường mức tiêu thụ nhiên liệu

Như đã đề cập ở phần đầu của tập sách này, ngay cả việc giảm một lượng nhỏ mức tiêu thụ nhiên liệu cũng có thể mang lại khoản tiết kiệm lớn. Do đó, cần phải đo chính xác mức tiêu thụ nhiên liệu với độ chính xác cao để so sánh các giải pháp kỹ thuật khác nhau. Áp suất không khí, độ ẩm, tốc độ gió, hướng gió, tình trạng đường sá, mặt đường, sự cố giao thông, tải trọng, loại lốp, áp suất không khí trong lốp, v.v. sẽ ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu của xe tải hạng nặng với biên độ trong phạm vi phần trăm. Các cơ sở về cách thức đo mức tiêu thụ nhiên liệu của xe tải hoặc xe buýt nên diễn ra được xác định trong các tiêu chuẩn SAE J1321 và J1526 cho Hoa Kỳ và trong DIN 70 030-2 [5] cho các quốc gia khác (Châu Âu). [30] đưa ra ý tưởng về khối lượng công việc lớn phải thực hiện để đạt được các phép đo mức tiêu thụ đáng tin cậy và có thể so sánh được.

Tác động của các yếu tố bên ngoài đến hiệu quả nhiên liệu

Một chỉ báo ấn tượng về mức độ hiệu quả của các loại xe thương mại được tối ưu hóa nhiên liệu và mức độ ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài, chẳng hạn như địa hình, thời tiết và sự kiện giao thông, đã được cung cấp vào tháng 5 năm 2008 trên đường thử nghiệm ở Nardo, miền nam nước Ý.

Trên đường thử nghiệm này, một tổ hợp xe đầu kéo sơ mi rơ moóc tiêu chuẩn có tổng trọng tải cho phép là 40 tấn đã đạt mức tiêu thụ trung bình là 19,44 lít trên 100 km/h trong điều kiện lý tưởng (Hình 7.1) [7]. Mức tiêu thụ trung bình đạt được trong vận chuyển đường dài ở châu Âu vào thời điểm này là từ 30 đến 35 lít trên 100 km đối với xe tải 40 tấn. Vì vậy, vào năm 2008, người ta có thể nói một cách đại khái rằng cần khoảng 60% nhiên liệu để vượt qua sức cản của việc lái xe trong điều kiện hoàn hảo. 40% còn lại là do các điều kiện không hoàn hảo như thời tiết và giao thông.

Một tổ hợp xe đầu kéo sơ mi rơ moóc sản xuất tiêu chuẩn là bản sao của xe Nardo về mặt thiết bị và cấu hình sau đó đạt được mức tiêu thụ nhiên liệu ít hơn 10% so với các xe tiêu chuẩn được vận hành với cùng nhiệm vụ vận chuyển cho mục đích so sánh [44].

Phạm vi của các cân nhắc về hiệu quả năng lượng

Nếu các kỹ sư xe cố gắng cải thiện hiệu suất năng lượng của một chiếc xe hoặc một công nghệ, họ thường tập trung (như cuốn sách này) vào cái gọi là chuỗi từ bình đến bánh xe. Nghĩa là họ so sánh năng lượng được lưu trữ trên xe (trong bình hoặc ắc quy) với năng lượng cơ học cuối cùng có sẵn để đẩy. Phạm vi thảo luận này có ý nghĩa vì nó bao gồm tất cả các đòn bẩy và tùy chọn mà nhà sản xuất xe có để cải thiện xe. Hiệu suất từ ​​bình đến bánh xe bao gồm tất cả các tính năng thiết kế và quyết định cấu hình được đưa vào xe như khí động học, hiệu suất động cơ, ma sát bên trong, lốp xe, v.v.: về cơ bản là tất cả các cân nhắc về công nghệ được trình bày trong cuốn sách này. Phạm vi cân nhắc được gọi là từ bình đến bánh xe hoặc TTW ngắn. Cân nhắc về TTW có thêm lợi thế là tương đối dễ đo lường. Tại điểm nạp năng lượng vào xe (trạm sạc hoặc trạm xăng), thường có một thiết bị đo được hiệu chuẩn—vì năng lượng phải được trả. Điều này có nghĩa là năng lượng được đưa vào xe được biết chính xác.

Hiệu suất giếng-bể chứa xác định tỷ lệ giữa tổng năng lượng được sử dụng để sản xuất và cung cấp năng lượng được sử dụng trong xe với năng lượng cuối cùng trong bể chứa (lưu trữ năng lượng) của xe. Quan điểm giếng-bể chứa bao gồm ví dụ năng lượng cần thiết để xử lý nhiên liệu, năng lượng để vận chuyển nhiên liệu, năng lượng được sử dụng để làm mát, tạo áp suất hoặc hóa lỏng nhiên liệu, v.v.

Theo quan điểm về môi trường, hiệu quả tổng thể của một công nghệ cũng rất đáng quan tâm. Điều này được mô tả bằng cái gọi là cân nhắc giếng-bánh xe hoặc WTW. Quan điểm giếng-bánh xe xem xét tất cả năng lượng được sử dụng để sản xuất nhiên liệu, có thể là dầu diesel, hydro, điện hoặc một số nhiên liệu thay thế khác và tất cả các tổn thất trong toàn bộ chuỗi và so sánh với năng lượng cơ học cuối cùng có thể sử dụng được ở các bánh xe. Tổng năng lượng cần thiết và hiệu suất tổng thể của một công nghệ có thể được đánh giá theo quan điểm WTW. Năng lượng tiêu thụ trong các quy trình giếng-bể chứa và năng lượng được sử dụng trong quy trình bể-bánh xe cộng lại thành năng lượng giếng-bánh xe.

Theo quan điểm về môi trường, ngay cả quan điểm từ giếng đến bánh xe cũng không thể hiện được bức tranh toàn cảnh. Quan điểm này bao gồm việc sử dụng trực tiếp phương tiện nhưng không đưa ra dấu chân vòng đời tổng thể của phương tiện. Đối với quan điểm vòng đời tổng thể này, cần phải xem xét đến sản xuất, bảo dưỡng, sửa chữa và thải bỏ, bao gồm cả những tác động tích cực của việc tái chế. Một số công nghệ cần khá nhiều năng lượng để sản xuất lúc đầu. Một số sản phẩm tồn tại rất lâu và do đó có hiệu quả sử dụng tài nguyên hơn một chút.

Commercial Vehicle Technology

---

^(*) Ví dụ từ Hoa Kỳ cho một trường hợp tương tự: Một gallon nhiên liệu (3,785lít) tạo ra 9,842 kg, hoặc khoảng 22 lb CO2. Nếu có thể tiết kiệm nhiên liệu 3% đối với một chiếc xe tải chở đầy hàng với tổng trọng lượng 80.000lbs đi 100.000 dặm mỗi năm thì môi trường sẽ giảm được hơn 9.000lbs (4,082.3 kg) CO2 mỗi năm , dựa trên mức tiêu thụ trung bình khoảng 7 dặm mỗi năm.

[1] Schütz, T. (publ.): Hucho – Aerodynamik des Automobils: Strömungsmechanik, Wärmetechnik, Fahrdynamik, Komfort. Springer Vieweg, Wiesbaden (2013)

[2] Hilgers, M.: Electrical systems and mechatronics. 2nd Edition. Commercial vehicle technology. Springer, Berlin (2023)

[3] Hilgers, M.: Transmission and drivetrain design. 2nd Edition. Commercial vehicle technology. Springer, Berlin (2023)

[4] Hilgers, M.: Alternative powertrains and extensions to the conventional powertrain. 2nd Edition. Commercial vehicle technology. Springer, Berlin (2023)

[5] DIN 70030-2 November 1986, Kraftfahrzeuge; Ermittlung des Kraftstoffverbrauchs; Lastkraftwagen und Kraftomnibus

[6] Hilgers, M.: Wo geht die Energie des Diesels hin? Oder: Wie gestaltet man den verbrauchs optimalen Lastkraftwagen? 10th International CV Congress. VDI Reports 2068 (2009)

[7] Mercedes-Benz: New Mercedes-Benz actros in the guinness book of records: The world’s most economical series-production truck. Press release Mercedes-Benz Truck, May 2008

[8] Zürn, J.: Head of Mercedes-Benz truck development. Talk at record test track drive of the Mercedes-Benz truck in Nardo: Shaping future transportation. Fuel Efficiencies, May 2008

[9] Mercedes-Benz: Mercedes-Benz aerodynamics truck & trailer: Saving fuel, cutting emissions. Press release IAA for Commercial Vehicles in Hanover, 21 September 2012

[10] Göhring, E., Krämer, W.: Auswirkung aerodynamischer Maßnahmen auf Kraftstoffverbrauch und Fahrleistung moderner Nutzfahrzeuge – Part 1. ATZ 1985, 7/8 (1985)

[11]  Göhring, E., Krämer, W.: Auswirkung aerodynamischer Maßnahmen auf Kraftstoffverbrauch und Fahrleistung moderner Nutzfahrzeuge – Part 2. ATZ 1985, 12 (1985)

[12] Göhring, E., Krämer, W.: Auswirkung aerodynamischer Maßnahmen auf Kraftstoffverbrauch und Fahrleistung moderner Nutzfahrzeuge – Part 3. ATZ 1986, 4/5 (1986)

[13] Göhring, E., Krämer, W.: Seitliche Fahrgestellverkleidungen für Nutzfahrzeuge. ATZ 1987, 9 (1987)

[14] Göhring, E., Krämer, W.: Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit bei Nutzfahrzeugen durch seitliche Fahrgestellverkleidungen. ATZ 1987, 12 (1987)

[15] Göhring, E., Krämer, W.: Fahrwiderstandsreduzierende Maßnahmen zur weiteren Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Sattelzügen – Part 1. ATZ 1991(7/8), (1991)

[16] Porth, D., Krämer, W.: Fahrwiderstandsreduzierende Maßnahmen zur weiteren Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Sattelzügen – Part 2. ATZ 1991, 10 (1991)

[17] Porth, D., Krämer, W.: Fahrwiderstandsreduzierende Maßnahmen zur weiteren Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Sattelzügen – Part 3. ATZ 1992, 12 (1992)

[18] Porth, D., Krämer, W.: Einsatz des Fahrleistungsgewinnes durch verbesserte Aerodynamik … oder zur Verbrauchsminimierung. ATZ 1993, 5 (1993)

[19] Porth, D., Krämer, W.: Verringerung des Verlustleistungspotentials bei Nutzfahrzeugen. ATZ 1993, 12 (1993)

[20] VDA, German Association of the Automotive Industry: Verbrauchsreduktion an Nutzfahrzeug- kombinationen durch aerodynamische Maßnahmen. FAT series of papers 237, (2011)

[21] Reithmaier, W., Kretschmer, S., Savic, B., TÜV Automotive GmbH: Ermittlung von Rollgeräusch und Rollwiderstandsbeiwerten sowie …2nd Edition Umweltforschungsplan, Vol. FB 299 54 114. (2000)

[22] Terwen, S.: Vorausschauende Längsregelung schwerer Lastkraftwagen. Institut für Regelungs und Steuerungssysteme, Vol. 06. Fridericiana Karlsruhe University. Dissertation (2009)

[23] ROUTE das Magazin für Lkw-Fahrer 4/2012, Mercedes-Benz (Nov. 2012) – page 16, Blick voraus.

[24] Knorr-Bremse: Kompressor mit Kupplung. Product information (2008)

[25] Colombano, M., Consano, L.: Optimiertes Transportkonzept für Sattelzüge. ATZ 2008(02), 154 (2008)

[26] Colombano M., Lucarelli D.: An optimized tractor-semitrailer solution for improved fuel efficiency. Fisita 2008 World Automotive Congress, Munich. Paper F2008-07-020 (2008)

[27] Hjelm, L., Bergqvist, B.: European truck aerodynamics—A comparison between conventional and CoE Truck Aerodynamics…. In: Browand, F., McCallen, R., Ross, J. (publ.) The aerodynamics of heavy vehicles II: Trucks, buses and trains—Lecture notes in applied and computational mechanics. pp. 469–479. Springer, Heidelberg (2009)

[28] Leuschen, J., Cooper, K.: Summary of full-scale wind tunnel tests of aerodynamic drag reducing devices for tractor-trailers. In: Browand, F., McCallen, R., Ross, J. (publ.) The aerodynamics of heavy vehicles II: Trucks, buses and trains—Lecture notes in applied and computational mechanics. pp. 469–479. Springer, Heidelberg (2009)

[29] Lastauto Omnibus 1-2/2013, Unruh R. Viel Wind gemacht. Setra Comfort-Class 500: Der Luftwiderstand vor allem bestimmt den Dieselverbrauch eines Reisebusses.

[30] Steininger, U., et al.: Im Praxistest – Mehrverbrauch durch Retarder? 10th International CV Congress. VDI (Association of German Engineers) Reports, Vol. 2068 (2009)

[31] Renault Trucks: Optifuel Solutions Generation 2010: Die Renault-Entwicklungsabteilung im Dienste der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Press release (2008)

[32] Renault Trucks: Optifuel Lab 2: Exzellente Energiebilanz …. Renault Trucks. Press release (2014)

[33] Kopp, S.: Nutzfahrzeugaerodynamik – oft unterschätzt oder doch die Zukunft? 10th International CV Congress. VDI (Association of German Engineers) Reports, Vol. 2068 (2009)

[34] Schaller, K.: Energieeffizienz- und Kraftstoffstrategien in der Nutzfahrzeugentwicklung. 29th International Vienna Motor Symposium. (2008)

[35] Nordström, P.-E.: Scania corporate presentation (2007)

[36] Scania: Press release , IAA for CV in Hannover. Per-Erik Nordström, 24 September 2008

[37] Shell: Press release by Shell on the occasion of the record test drive of the Mercedes-Benz truck in Nardo: Shaping Future Transportation. Fuel Efficiencies, May 2008

[38] Transport – Das Magazin für die mobile Wirtschaft 3/2014 – page 46, Weniger Verbrauch, die Wahl des richtigen Öls ist entscheidend.

[39] VDA, German Association of the Automotive Industry: Das Nutzfahrzeug – umweltfreundlich und effizient. Brochure (2008)

[40] Daimler: Freightliner Inspiration Truck—the first licensed autonomous driving truck in the US. Press release, and film on this subject: Unveiling Highway Pilot Platooning. Accessed: Aug. 2015

[41] Bundesanstalt für Straßenwesen: Feldversuch mit Lang-Lkw. Interim report (2014)

[42] Bundesverband Güterkraftverkehr, Logistik und Entsorgung (BGL) e. V.: Kostenentwicklung im Güterkraftverkehr – Einsatz im Fernbereich – von Januar 2007 bis Januar 2008 (2008)

[43] Lastauto Omnibus 8/2008 – page 15, Vergleichstest zwischen 4 verschiedenen Fernverkehrs-Lkw.

[44] Lastauto Omnibus 5/2010 – page 22, Praxistest eines aerodynamisch optimierten Sattelzugs…

[45] Schmitz Cargobull: Kraftstoffeinsparung mit dem ECO-TAIL. Press release 2014–311 (2014)

[46] U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration: Bridge formula weights. FHWA-HOP-06-105. (created: August 2006, revised 2015). (2006)

[47] Don-Bur: Company’s website. http://www.donbur.co.uk/. (2014). Accessed Feb 2014

[48] The new Actros with Active Drive Assist: Mercedes-Benz Trucks puts partially automated driving into series production. Press release, 06 September 2018. (2018)

[49] Mahle: Effizienztechnologien für moderne Nutzfahrzeuge. Ölmanagement/Ölpumpen. (2016)

[50] Zaindl, A., et al.: Kamera-Monitor-System als Spiegelersatz beim Nfz. ATZ 2015, 28 (2015)

[51] Reul, W., Buffo, R.: Aktives Heckflügelsystem. ATZ 2017, 38 (2017)

[52] SAE J2452 Surface vehicle recommended practice: Stepwise coastdown methodology for measuring tire rolling resistance. Revised 2017-07

[53] Vovlo truck: Neues Konzeptfahrzeug von Volvo Trucks senkt Kraftstoffverbrauch … (2016). Press release, May 2016

[54] Frank T., Kopp S.: Nutzfahrzeuge. In Hucho, Aerodynamik des Automobils, Hrsg.: T. Schütz [1]

[55] ICCT: The U.S. supertruck program. White paper. June 2014

Commercial Vehicle Technology – Fuel Consumption and Consumption Optimization