Aerodynamika ciężarówek nowej generacji według Holendrów

Jak DAF zaprojektował nowe kabiny?

DAF jako pierwszy wykorzystał zmianę przepisów, by zaprojektować kabiny od podstaw – z myślą o efektywności, bezpieczeństwie, widoczności i przestrzeni dla kierowcy. Niski opór powietrza pozostaje jednym z kluczowych źródeł oszczędności, szczególnie w transporcie długodystansowym.

Nie „doklejony nos”, lecz projekt od zera. Przez dekady kabina europejskiej ciężarówki musiała być możliwie krótka, bo przepisy ograniczały całkowitą długość zestawu. Zmiana regulacji pozwoliła wykorzystać dodatkowe centymetry na poprawę efektywności i bezpieczeństwa.

Kiedy dostajesz taki projekt, to niezwykła szansa. Możesz wykorzystać nowe przepisy dotyczące mas i wymiarów i zająć się czymś zupełnie od zera. Możesz zastosować wszystkie pomysły, które miałeś od lat – mówi Rob van den Heijkant, inżynier aerodynamiki DAF z doświadczeniem zdobytym w Formule 1.

DAF rozpoczął prace, zanim ostateczny kształt przepisów był w pełni znany. Mogliśmy powiedzieć: poczekamy, aż wszystkie regulacje będą gotowe i dopiero wtedy zaczniemy. Ale wtedy moglibyśmy stracić pięć albo sześć lat. Zamiast tego zyskaliśmy przewagę konkurencyjną – tłumaczy Bart van Lotringen, dyrektor designu DAF Trucks.

Projektowanie od tyłu. Ciągnik siodłowy współpracuje najczęściej z dużą, wysoką i kanciastą naczepą. Dlatego projektanci DAF odwrócili typową kolejność pracy.

Wbrew temu, czego można by się spodziewać, zaczęliśmy od tyłu kabiny. Kontury naczepy lub zabudowy są w zasadzie ustalone: w dziewięciu na dziesięć przypadków to duża, prostokątna bryła o maksymalnej wysokości i szerokości. Dlatego projektowaliśmy od tyłu do przodu – mówi Bart van Lotringen.

Celem było takie poprowadzenie powietrza w stronę naczepy, aby nie ograniczać przestrzeni wewnątrz kabiny ani nie pogarszać widoczności i bezpieczeństwa. Na końcowy efekt złożyły się setki decyzji – od kształtu narożników, szyby i słupków A po spasowanie elementów karoserii, osłony kół i przepływ powietrza pod pojazdem.

160 mm, które zmieniły reguły gry. Przednią część kabiny wydłużono o 160 mm. Pozwoliło to odejść od niemal pionowej ściany czołowej i nadać jej kształt łagodniej prowadzący powietrze wokół pojazdu. DAF szukał przy tym kompromisu między oporem powietrza, masą, widocznością, manewrowością i przestrzenią dla kierowcy.

Znaleźliśmy złoty środek – optymalną koncepcję. Około 16 cm dłuższy przód, zaokrąglona i zwężona z przodu kabina tworzą paraboliczny kształt podobny do skrzydła samolotu. Dzięki temu struga powietrza pozostaje przyklejona do nadwozia – wyjaśnia Bart van Lotringen.

Gdy struga odrywa się od kabiny, powstają zawirowania zwiększające opór. Dlatego znaczenie mają nie tylko ogólne proporcje pojazdu, lecz także detale odpowiedzialne za utrzymanie uporządkowanego przepływu.

Formuła 1 i tysiące symulacji. Jednym ze specjalistów pracujących nad nową kabiną był Rob van den Heijkant. Zanim dołączył do DAF-a, pracował m.in. dla zespołów Formuły 1, takich jak Toyota, Marussia i Force India, dochodząc do stanowiska szefa grupy aerodynamiki.

Projektanci przedstawiają nam ogólne kształty, a my – jako specjaliści od aerodynamiki – sprawdzamy ich właściwości i zadajemy pytanie: czy kilkoma drobnymi zmianami możemy jeszcze bardziej zmniejszyć opór pojazdu? Potem projekt wraca do zespołu stylistów na ostateczne dopracowanie – tłumaczy van den Heijkant.

Proces obejmował tysiące symulacji oraz testy na torze. Jednym z elementów, z których van den Heijkant jest szczególnie dumny, jest wnęka przednich kół.

Optymalizacja tej części dała nam znaczącą korzyść paliwową. Ten element został opracowany przez zespół od podstaw. Do tej pory nie istniał i nie występuje w takiej formie u żadnego innego producenta ciężarówek – podkreśla.

Na efekt pracuje cała kabina: zakrzywiona przednia szyba, zwężające się ku przodowi ściany boczne, zaokrąglone narożniki, kamery zamiast lusterek, zamknięte osłony wnęk kół, fartuchy boczne, owiewki oraz dolna płyta aerodynamiczna. Wszystkie te elementy tworzą jeden układ prowadzący powietrze wokół kabiny i pod pojazdem.

Aerodynamika wspiera układ napędowy. W najnowszych wersjach DAF-ów dostępny jest tylny most o przełożeniu 2,05:1. Przy prędkości 85 km/h pozwala on obniżyć prędkość obrotową silnika z około 1030 do 950 obr./min, czyli o nieco ponad 7%. Niski opór powietrza pomaga wykorzystać takie przełożenie podczas spokojnej jazdy autostradowej.

Nawet przy tak niskich obrotach nasze zmodernizowane silniki osiągają odpowiedni moment obrotowy, by utrzymać wysoki bieg i zapewnić dobrą dynamikę – tłumaczy Raoul Wijnands, Senior Project Manager Testing w DAF Trucks.

Każdy cylinder czterosuwowego silnika wykonuje pełny cykl pracy raz na dwa obroty wału korbowego. Obniżenie prędkości obrotowej o 80 obr./min oznacza zatem 40 cykli mniej na cylinder, a w jednostce sześciocylindrowej – łącznie 240 cykli pracy mniej w ciągu minuty. Niższa prędkość obrotowa ogranicza straty mechaniczne i zużycie paliwa oraz sprzyja cichszej pracy napędu.

Duża kabina bez kompromisu. Aerodynamikę trzeba było pogodzić z przestrzenią dla kierowcy. Jestem bardziej projektantem przestrzeni niż samego kształtu. Bardziej architektem niż artystą. Kabina musi oferować kierowcy maksymalny komfort i przestrzeń do życia. Z punktu widzenia aerodynamiki chcesz jednak, by przód był możliwie zwężony, bo to zmniejsza opór i zużycie paliwa – mówi Bart van Lotringen.

Tylną część kabiny wydłużono o około 33 cm, zwiększając przestrzeń do pracy i odpoczynku. Niski opór powietrza pomaga też ograniczyć szum aerodynamiczny, a w połączeniu z wyciszeniem wnętrza i niskimi obrotami silnika poprawia komfort akustyczny.

Liczby, które potwierdzają efekt. Właściwości aerodynamiczne DAF-ów nowej generacji poprawiono o 19% względem poprzednich modeli, co może przełożyć się na redukcję zużycia paliwa nawet o 6,3%. W szczegółowym rozbiciu poprawy efektywności paliwowej, wynoszącej w pojazdach nowej generacji do 10%, 4,7 punktu procentowego przypisano wydłużonej, aerodynamicznej kabinie, 1,4 punktu procentowego – kamerom zastępującym tradycyjne lusterka, a 0,2 punktu procentowego – rozwiązaniom związanym z chłodzeniem i doprowadzaniem powietrza.

Aerodynamika DAF-a to suma setek decyzji projektowych, które przekładają się na niższe spalanie, mniejszy hałas, spokojniejszą pracę układu napędowego i większy komfort kierowcy.

[ materiały DAF Trucks ]