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Langenau, 15.09.2010

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Zertifizierung eines Verfahrens zur Ermittlung der relativen

Kraftstoffeinsparung der IVECO Magirus AG Ulm

Dipl. Ing.(FH) Christian Egger TÜV SÜD Auto Service GmbH

TÜV SÜD Auto Service GmbH Fach Fach1 89129 Langenau Kiesgräble 14/1 Deutschland

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1) Ausgangssituation

In der EU gibt es keine bindende Rechtsvorschrift für die Ermittlung des Kraftstoffverbrauches bei N3 Fahrzeugen. Für N1 Fahrzeuge wird der Kraftstoffverbrauch nach 80/1268/EWG Anh. I in Übereinstimmung mit Abschnitt 6 aus den Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und Kohlen-dioxidemissionen berechnet. Dies kann aber für Fahrzeug der Klasse N3 nicht angewendet werden. Die Nutzfahrzeughersteller stehen vor der Aufgabe, dass bei Veränderungen im Antriebsstrang sowie bei Modifizierung der Verbrennungskraftmaschine nicht sofort die Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch im realen Fahrversuch ermittelt werden können. Ein weiterer Einflussfaktor auf den Kraftstoffverbrauch stellt speziell bei Nutzfahrzeugen der Aufbau/Anhänger des Motor-wagens bzw. der Sattelanhänger der Sattelzugmaschine dar, da dieser signifikanten Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch hat. Die Fa. IVECO Magirus AG in Ulm hat ein Verfahren entwickelt, mit welchem über Vergleichs-fahrten auf verschiedenen Strecken (Bundesstraße, Autobahn) mit Lastkraftwagen die relative Kraftstoffeinsparung einer Maßnahme hergeleitet werden kann, ohne dass Einflüsse auf den absoluten Kraftstoffverbrauch (z.B. Wetter) das Ergebnis stören. Dieses Verfahren erhebt nicht den Anspruch, den absoluten Verbrauch zu ermitteln. Dafür ist es als relative Vergleichsmethode aber geeignet, jegliche Modifikationen am Gesamtfahrzeug, also auch möglich die Einflüsse zum Beispiel durch Sattelanhänger zu bestimmen.

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2) Verfahrensaufbau Dieses Kapitel beschreibt den Aufbau des Vergleichsverfahrens 2.1) Teststrecken Bild 1 Strecke für Konstantfahrten (©Google MAP) Die Messung der Konstantfahrten für 85 km/h und 90 km/h mit den verschiedenen Fahrzeug-konfigurationen findet auf der B 28 zwischen Neu Ulm und Senden statt. Es wird von km 7,5 bis km 4,5 bei der Hinfahrt, und von km 4.5 bis km 7,5 bei der Rückfahrt gemessen. Zu den versu-chen werden die jeweiligen Wetterbedingungen aufgenommen. Bild 2 Strecke für die Konstantfahrt Autobahnfahrt (©Google MAP)

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Die Messung der Konstantfahrten auf der Autobahn für 85 km/h und 90 km/h mit den verschie-denen Fahrzeugkonfigurationen findet auf der BAB 7 zwischen Neu Ulm und Memmingen statt. Es wird von km 858 bis km 904,5 bei der Hinfahrt und von km 904,5 bis km 858 bei der Rück-fahrt gemessen. Zu den Versuchen werden die jeweiligen Wetterbedingungen aufgenommen. Die mit 47,5 km um den Faktor 12 längere Strecke soll zeigen, wie sich die relative Kraftstoff-einsparung im realen Einsatz verhält.

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2.2) Testfahrzeuge Referenzzugmaschine Vergleichszugmaschine FL-T11 C10-E5-2

Fahrzeug Stralis aktueller Serienstand ECOSTRALIS

Typ ASL 440 S 45 T/P AT-N 440 S 46 T/P

VIN XXX XXX

VAN XXX XXX

Version Stralis Active Space mit Hochdach

Stralis Active Time mit Hochdach

Aerodynamik Dachspoiler

Sideflaps Fahrgestell-Seitenverkleidung.

Dachspoiler Sideflaps

Fahrgestell-Seitenverkleidung Radstand 3650 mm 3800 mm

Motor Cursor 10 Cursor 10

Motortyp F3AE3681A F3AE3681A

Motordatensatz XXX XXX

Leistung 332 kW / 450 PS 338 kW / 460 PS

Drehmoment 2100 Nm 2100 Nm

Emission EEV EEV

Motoröl 5W30 5W30

Motorbremse Decompression & VGT Decompression & VGT

Getriebe ZF 12 AS 2331 TD ZF 12 AS 2330 TD

Retarder ZF Intarder Ohne

Achsübersetzung i=2,85 i=2,64

Bereifung vorn 385/55R22,5 Michelin XFA 2 Energy

315/70R22,5 Michelin Energy Savergreen

XF

Bereifung hinten 315/70R22,5

Michelin XDA 2 Energy


XD

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Referenzzugmaschine Vergleichszugmaschine FL-T11 FL-T1

Fahrzeug Stralis aktueller Serienstand ECOSTRALIS

Typ ASL 440 S 45 T/P ASL 440 S 46 T/P

VIN XXX XXX

VAN XXX XXX

Version Stralis Active Space mit Hochdach

Stralis Active Space mit Hochdach

Aerodynamik Dachspoiler

Sideflaps Fahrgestell-Seitenverkleidung

Dachspoiler Sideflaps

Fahrgestell-Seitenverkleidung Radstand 3650 mm 3650 mm

Motor Cursor 10 Cursor 10

Motortyp F3AE3681A F3AE3681A

Motordatensatz XXX XXX

Leistung 332 kW / 450 PS 338 kW / 460 PS

Drehmoment 2100Nm 2100Nm

Emission EEV EEV

Motoröl 5W30 5W30

Motorbremse Decompression & VGT Decompression & VGT

Getriebe ZF 12 AS 2331 TD ZF 12 AS 2331 TD

Retarder Intarder ZF Intarder

Achsünbersetzung i=2,85 i=2,64

Bereifung vorn 385/55R22,5 Michelin XFA 2 Energy


XF

Bereifung hinten 315/70R22,5 Michelin XDA 2 Energy


XD

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Referenztrailer Vergleichstrailer

Hersteller MARKE A MARKE B

Typ TYP 1 TYP 2

VIN XXX XXX

Aerodynamik nicht optimiert

Aerodynamische Stirnwand-blende, Front-, Seiten- und Heckverkleidung, glatte Sei-

tenplanen Radstand 1360 mm;1360 mm 1810 mm

Aufbauart Curtainsider Curtainsider

Maß B 12000 mm 12000 mm

zGG 35000 kg 32000 kg Zul. Achslast je Achse 8000 kg 10000 kg

Zahl der Achsen 3 2

Bereifung 385/65R22,5

Continental HTR 2 385/65R22,5

GoodYear RHT2, 5t Traglast Referenztrailer Vergleichstrailer

Hersteller MARKE A MARKE A

Typ TYP 1 TYP 1

VIN XXX XXX

Aerodynamik nicht optimiert nicht optimiert

Radstand 1360 mm;1360 mm 1360 mm;1360 mm


Maß B 12000 mm 12000 mm


Zahl der Achsen 3 3

Bereifung 385/65R22,5 Continental HTR 2

385/65R22,5 Continental HTR 2

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Referenztrailer Vergleichstrailer

Hersteller MARKE A MARKE B

Typ TYP 1 TYP 3

VIN XXX XXX

Aerodynamik nicht optimiert nicht optimiert

Radstand 1360 mm;1360 mm 1310 mm;1310 mm


Maß B 12000 mm 12000 mm


Zahl der Achsen 3 3

Bereifung 385/65R22,5 Continental HTR 2

385/65R22,5 GoodYear Regional RHT

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2.3) Verfahrensdesign Der Versuchsaufbau, ist so angelegt, dass auf der kurzen Strecke (B 28) jeweils 4 Mal hin und 4 Mal zurück gefahren wird, sodass insgesamt 8 Fahrten aufgezeichnet werden aus welchen dann ein Mittelwert gebildet wird. Auf der längeren Distanz (BAB 7) wird nur 2 Mal in jede Rich-tung gefahren, so dass 4 Messwerte protokolliert werden. Die Aufzeichnung der Daten wird an festen Wegmarken von Hand gestartet und gestoppt. Mit Hilfe einer GPS Auswertung kann die Genauigkeit der Messung zwischen Start und Stopp aus-gewertet werden. Hierdurch kann auch die genaue Position der Fahrzeuge bei Beginn und am Ende der Messung bestimmt werden. Für die Vergleichsfahrten die sich nur auf die Ermittlung der Differenzen zwischen den Zugma-schinen beziehen, gilt folgendes: An den zwei identischen Messaufliegern (Referenztrailer 1 und Vergleichstrailer 3) wurden mit-tels Ausrollversuch, der unter Zuhilfenahme eines Peiseler-Rades durchgeführt wurde, die Fahrwiderstände ermittelt. Bei der Untersuchung der Zugmaschinen wird, um den Fehler durch die Einwirkung des Sattelanhängers möglichst gering zu halten, nach je 2 Fahrten der Sattelanhänger durch ge-tauscht. Dies wird aber nur bei der Versuchsreihe vorgenommen bei welcher die Zugmaschi-nen 1 mit der Zugmaschine 3 verglichen werden. Dieser Vergleich wird mit den (identischen) Sattelanhängern 1 und 3 durchgeführt. Bei den anderen Testreihen (dort, wo auch der Sattelanhänger variiert wird) fährt als Referenz-fahrzeug immer die Zugmaschine 1 mit dem Sattelanhänger 1 voraus. Da vom Referenzfahr-zeug die ermittelten Werte als bekannt angenommen werden können, können der Einfluss des Sattelanhängers oder des gesamten Sattelzuges untersucht werden. Auf der kurzen Messtrecke fahren die Fahrzeuge im tempomatgeregelten Betrieb bei unverän-derten 85 km/h Sollgeschwindigkeit, im Falle von Signifikantem Verkehrseinfluss (Windschat-ten) wird die Messung wiederholt. Alle Fahrzeugregelsysteme (z.B. Getriebesteuerung) befin-den sich im automatischen Betrieb ohne Eingriff des Fahrers. Messfahrzeug und Referenzfahrzeug fahren jeweils in unmittelbarer Folge (Ziel-Abstand 100 bis 500 Meter), so dass für beide möglichst gleiche Bedingungen (Wind) herrschen. Abstände von unter 50 m werden strikt vermieden, um gegenseitige aerodynamische Einflüsse auszu-schließen, die unterhalb von etwa 40 m (durch Versuch ermittelt) relevant werden. Auch auf der langen Messtrecke fahren die Fahrzeuge im tempomatgeregelten Betrieb bei un-veränderter Sollgeschwindigkeit. Alle Fahrzeugregelsysteme (z.B. Getriebesteuerung) befinden sich im automatischen Betrieb ohne Eingriff des Fahrers. Messfahrzeug und Referenzfahrzeug starten auch hier jeweils in unmittelbarer Folge (Ziel-Abstand 100 bis 500 Meter), so dass für beide möglichst gleiche Bedingungen (Wind) herr-schen. Durch die reale Strecke und den realen Verkehr gehen Einflüsse wie Steigungen, Gefälle sowie kurzfristiger Windschatten durch überholende andere Verkehrsteilnehmer in das Ergebnis ein, sie werden nur durch die wiederholte Messung und die große Streckenlänge kompensiert.

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3) Verbrauchsermittlung 3.1) Datenermittlung

Bild 3 Schema der Datenermittlung Über ein Durchflussmessgerät (Typ AIC 6008 Uni Flow Master) wird die tatsächliche Entnahme des Kraftstoffes aus dem Kraftstoffbehälter in die Verbrennungskraftmaschine ermittelt. Über die OBD-Schnittstelle und die bordeigene Diagnose-Schnittstelle werden mittels CAN-Bus die erforderlichen Daten wie Motortemperatur, Drehmoment, Wassertemperatur, Geschwindigkeit usw. ausgelesen. Die ermittelten Daten werden während der Versuchsfahrt durch einen Daten-logger mitgeschrieben und auf eine Speicherkarte übertragen, welche nach dem Versuchszyk-lus mittels eines PCs ausgelesen werden kann. Der Datenlogger des Typs CANcase XL kann im mobilen Einsatz bei Temperaturbereichen von -20 °C bis + 70 °C eingesetzt werden. Die Zeitstempelgenauigkeit liegt bei 1µs.

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3.2) Ablauf der Auswertung

Bild 5 Schema der Daten Auswertung Die während der Fahrversuche ermittelten Daten werden auf einer Speicherkarte gesichert. Mit Hilfe einer Software der Fa. Vector Informatik GmbH Stuttgart können die Daten ausgelesen werden.

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Nach dem Auslesen der Daten kann dann mit Hilfe der Software CANalyzer© ein Excel© File erstellt werden. Mit dieser Tabelle ist es auch möglich die ermittelten Werte Grafisch bzw. in einer Auswertbaren Datei darzustellen.

Bild 6 Beispiel einer graphischen Darstellung Bild 7 Beispiel der Tabellarischen Darstellung

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4) Daten der Vergleichsfahrten Durch die Versuchsreihen konnte festgestellt werden, dass die Kombination aus Zugmaschine 1 und Trailer 1 (Referenzfahrzeug) immer wieder ähnliche Ergebnisse für Verbrauch und Ge-schwindigkeit liefert. Die Messergebnisse des jeweils zu vergleichenden Fahrzeugs werden deswegen folgender-maßen kompensiert:

1. Abgleich (lineare Korrektur des Verbrauchs) des Referenzfahrzeugs auf eine Referenz-geschwindigkeit.

2. Abgleich (lineare Korrektur des Verbrauchs) jeweils zu vergleichenden Fahrzeugs auf die Referenzgeschwindigkeit.

3. Abgleich (lineare Korrektur des Verbrauchs) jeweils zu vergleichenden Fahrzeugs auf die Verbrauchsabweichung des Referenzfahrzeugs. Wenn also z.B. das Referenzfahrzeug an einem bestimmten Messtag im Verbrauch um 1% von seinem eigenen Referenzwert abgewichen ist, so ist auch der Verbrauch des jeweils zu vergleichenden Fahrzeugs um diese Abweichung zu kompensieren, weil sie den jeweiligen Einfluss des Wetters repräsentiert.

Das Referenzfahrzeug entspricht dem momentanen Serienstand. An den zu vergleichenden Zugmaschinen wurden die in Abschnitt 2.2 beschriebenen Veränderungen vorgenommen.

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4.1) Vergleichsfahrten Vergleichsfahrt 1 Bei der Vergleichsfahrt 1 wurde die Kombination Zugmaschine 3 mit Trailer 3 und dem Refe-renzfahrzeug (Zugmaschine 1 + Trailer 1) verglichen. Es wurde die kurze Strecke auf der B 28 gewählt. Es wurden für jede Richtung 4 Durchgänge mit jeder Kombination gefahren.

Nach jedem zweiten Durchgang wurden die Sattelanhänger getauscht (Zgm.1 + Trailer 3; Zgm.1+ Trailer 3) um den Fehler durch die Sattelanhänger zu minimieren.

Bedingungen am Versuchstag:

Versuchsergebnis für die Vergleichsfahrt 1

Wetter Sonne Windgeschwindigkeit < 1,5m/s Temperatur 13-16 °C Gewicht des Referenzfahrzeuges 39,97 t Gewicht des Vergleichsfahrzeuges 39,86 t Geschwindigkeit 86 km/h

Kombination Verbrauch % 1 + 1 100 3 + 3 95,23

Minderverbrauch in der zu Vergleichenden Kombination 4,77 %

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Vergleichsfahrt 1.1 Bei der Vergleichsfahrt 1.1 wurde die Kombination Zugmaschine 3 mit Trailer 3 und dem Refe-renzfahrzeug (Zugmaschine 1 + Trailer 1) verglichen. Es wurde die lange Strecke auf der BAB 7 gewählt. Es wurden in jeder Richtung 2 Durchgänge für jede Kombination gefahren.

Nach dem ersten Durchgang wurden die Sattelanhänger (Zgm.1 + Trailer 3; Zgm.1+ Trailer 3) und die Fahrer getauscht, um den Fehler zu minimieren.


Versuchsergebnis für die Vergleichsfahrt 1.1

Wetter Sonne Windgeschwindigkeit < 3,0m/s Temperatur 16 °C Gewicht des Referenzfahrzeuges 39,97 t Gewicht des Vergleichsfahrzeuges 39,86 t Geschwindigkeit 86 km/h


Minderverbrauch in der zu Vergleichenden Kombination 5,71 %

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Vergleichsfahrt 2 Bei der Vergleichsfahrt 2 wurde die Kombination Zugmaschine 2 mit Trailer 3 und dem Refe-renzfahrzeug (Zugmaschine 1 + Trailer 1) verglichen. Es wurde die kurze Strecke auf der B 28 gewählt.



Wetter Sonne Windgeschwindigkeit < 1,5m/s Temperatur 13-16 °C Gewicht des Referenzfahrzeuges 39,97 t Gewicht des Vergleichsfahrzeuges 39,67 t Geschwindigkeit 86 km/h


Minderverbrauch in der zu vergleichenden Kombination 9,79 %

Aufgrund stark unterschiedlicher Bereifung der Standard-Sattelanhänger lassen die Ergebnisse dieses Versuchs keinen direkten Vergleich zwischen den Fahrzeugen der verschiedenen Sattelanhänger-Hersteller (Vergleichsfahrt 3, 3.1 und Vergleichsfahrt 2) zu!

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Vergleichsfahrt 3 Bei der Vergleichsfahrt 3 wurde die Kombination Zugmaschine 3 mit Trailer 3 und dem Refe-renzfahrzeug (Zugmaschine 1 + Trailer 1) verglichen. Es wurde die kurze Strecke auf der B 28 gewählt.

Die Fahrten wurden mit einem Geschwindigkeitsunterschied von 5 km/h durchgeführt. Das Re-ferenzfahrzeug wurde mit 90km/h und das Vergleichsfahrzeug mit 85 km/h im Tempomat-betrieb gefahren. Der Versuch sollte zeigen, wie sich eine höhere Geschwindigkeit auf die Zu-nahme der Fahrwiderstände und den damit verbundenen Mehrverbrauch auswirkt. Da aus der Vergleichsfahrt 1 die Verbrauchswerte von Fahrzeug 1 bekannt waren, konnte so veranschau-licht werden, dass eine Erhöhung der Geschwindigkeit um 5 km/h zu einem Mehrverbrauch an dem vorher als 100% Referenz getesteten Fahrzeug führt.



Wetter Sonne Windgeschwindigkeit < 1,5m/s Temperatur 13 °C Gewicht des Referenzfahrzeuges 39,97 t Gewicht des Vergleichsfahrzeuges 39,98 t Geschwindigkeit 85/90 km/h

Kombination Verbrauch % 1 + 1 (90 km/h) 100* 3 + 3 (85 km/h) 92,68

Minderverbrauch bei 85 km/h zu 90 km/h 7,32 %

*) Werte stammen aus Messfahrt

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Vergleichsfahrt 4 Durch die Versuchsreihen konnte festgestellt werden, dass die Kombination aus Zugmaschine und vergleichbaren Aufliegern unterschiedlicher Hersteller immer wieder ähnliche Ergebnisse für Verbrauch und Geschwindigkeit erbracht haben. Es wird daher auf die Darstellung der Aufliegerkombinationen verzichtet. Vergleichsfahrt 4.1 Durch die Versuchsreihen konnte festgestellt werden, dass die Kombination aus Zugmaschine und vergleichbaren Aufliegern unterschiedlicher Hersteller immer wieder ähnliche Ergebnisse für Verbrauch und Geschwindigkeit erbracht haben. Es wird daher auf die Darstellung der Aufliegerkombinationen verzichtet.

Vergleichsfahrt 5 Durch die Versuchsreihen konnte festgestellt werden, dass die Kombination aus Zugmaschine und vergleichbaren Aufliegern unterschiedlicher Hersteller immer wieder ähnliche Ergebnisse für Verbrauch und Geschwindigkeit erbracht haben. Es wird daher auf die Darstellung der Aufliegerkombinationen verzichtet.

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5) Ergebnis des Vergleichsverfahrens Es konnte gezeigt werden, dass das Verfahren zur Vergleichsmessung eine ausreichende Ge-nauigkeit aufweist, um Aussagen über technische Veränderungen an der Zugmaschine, am Sattelanhänger oder in der Kombination von beidem bezogen auf den Kraftstoffverbrauch tref-fen zu können. In der Vergleichsfahrt 1 konnte gezeigt werden, dass durch die in 2.2 beschriebenen Verände-rungen eine Kraftstoffeinsparung von 4,77 % gegenüber einem herkömmlichen Sattelkraftfahr-zeug erreicht werden kann. Bei der Vergleichsfahrt 2 konnte gezeigt werden, dass durch weitere Maßnahmen gemäß 2.2 ein Einsparpotential von 9,79% gegenüber einem herkömmlichen Sattelkraftfahrzeug erreicht wird. Die Vergleichsfahrt 1 und 2 wurden jeweils mit den gleichen Standardsattelanhängern durchge-führt. Das heißt die Veränderungen im Kraftstoffverbrauch wurden ausschließlich durch Maß-nahmen an den Zugmaschinen erreicht. Da aus der Vergleichsfahrt 1 die ermittelten Werte bekannt waren, konnte mit der Vergleichs-fahrt 3 gezeigt werden, wie sich der Kraftstoffverbrauch bei Erhöhung der Geschwindigkeit ver-hält. Hier hat sich gezeigt, dass mit der Erhöhung der Geschwindigkeit auch der Kraftstoff-verbrauch steigt. Da die Werte der Zugmaschine 2 durch Versuch bekannt waren, konnten nun zwei Sattelan-hänger miteinander verglichen werden (Versuche 4 und 5). Bei Vergleichsfahrt 4 wurde der Kraftstoffverbrauch des nicht optimierten Sattelanhängers (als 100% Referenz) ermittelt. Bei Vergleichsfahrt 5 wurde dann der Kraftstoffverbrauch mit opti-miertem Sattelanhänger ermittelt. Beide Versuche wurden mit identischer Zugmaschine (der von IVECO optimierten Zugmaschine 2) und jeweils mit der bekannten Referenzfahrzeugkom-bination (siehe 2.3) durchgeführt.

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Der Sattelanhänger in Vergleichsfahrt 5 hatte nur 2 Achsen, war mit Aerodynamischer Stirn-wandverkleidung, Front-, Seiten- und Heckverkleidung sowie Seitenplanen ohne aufliegende Verschlüsse versehen. Diese Maßnahmen am Sattelanhänger wurden getroffen, um möglichst geringe Gesamt-Fahrwiderstände zu erreichen. Im Vergleich mit einem herkömmlichen fünfachsigen, auf 40 000 kg beladenen Sattelkraftfahr-zeug kann dann durch Kombination aller Maßnahmen an der Sattelzugmaschine und am Sattelanhänger in Summe eine Kraftstoffeinsparung von 12,38 % bei identischer Fahrge-schwindigkeit erreicht werden. Es muss berücksichtigt werden, dass die vierachsige Zugkombination nach § 34(6) Nr.3b nur mit einen zulässigen Gesamtgewicht von 38 000kg gefahren werden kann. Langenau den 15.09.2010 Dipl.-Ing. (FH) Christian Egger Amtlich anerkannter Sachverständiger für den Kraftfahrzeugverkehr

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