Die schweren Nutzfahrzeuge der Zukunft entwickeln
Im Zusammenhang mit dem europäischen Grünen Deal ist der Kraftstoffverbrauch in den letzten Jahren effizienter geworden. Schwere Nutzfahrzeuge sind jedoch noch immer für ein Viertel aller CO2-Emissionen des Straßenverkehrs in der EU verantwortlich. Das wegweisende zehnköpfige Konsortium des EU-finanzierten Projekts ORCA hat eine modulare und skalierbare Methode zur Konstruktion von Antriebssträngen für hoch elektrifizierte schwere Nutzfahrzeuge entwickelt.
Prototypen aus der Zukunft
Das ORCA-Team konnte einen multimodalen Iveco-Hybridbus und einen Volvo-Hybrid-Lkw mit einer von 10 km auf 30 km verlängerten, vollelektrischen Reichweite entwickeln. Beide Fahrzeuge sind mit einem innovativen wiederaufladbaren Energiespeichersystem für Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) ausgestattet, die speziell für die jeweilige Fahrzeuganwendung konstruiert wurden. Durch moderne Kontrollsysteme bieten sie eine verbesserte Reichweite für den Betrieb in Umweltzonen. „Dank unseres Wissens über die Konstruktion und das Energiemanagement schwerer Nutzfahrzeuge und ihrer Komponenten, fortgeschrittene Computermodellierung und das Fahrverhalten der Fahrzeuge konnten wir den Antriebsstrang und den Energieverbrauch der Fahrzeuge optimieren und validieren“, erklärt René Corbeij, der Projektkoordinator.
Weiter, grüner, besser
Hauptvorteil der ORCA-Lösung ist der hohe Grad an Elektrifizierung, der erreicht wurde. Die bessere Batterieleistung in Sachen Leistungs- und Energiedichte und der günstigere Preis machen Fahrzeugplattformen mit größerer Energiespeicherung möglich, die eine noch größere elektrische Reichweite haben können. Die Auslegung des Verbrennungsmotors auf einen eher durchschnittlichen Betrieb anstelle der Spitzenleistungsanforderung des Fahrzeugs kommt der Kraftstoffeffizienz und der Emissionsreduzierung zugute. Die Partner konnten die multimodale Systemarchitektur der Fahrzeuge komplett neu definieren und optimieren. Teile des Gleichspannungswandlers, die in ein 24-Volt-Netz passen, sowie ein eingebautes Ladegerät, das ein schnelleres Aufladen ermöglicht, waren elementar für eine innovative Topologie, die ein Plattformkonzept und eine Standardisierung ermöglicht. Darüber hinaus konnte ORCA einen Simulationsrahmen schaffen, anhand dessen sich die Leistung durch eine Optimierung der Antriebsstrangkonfiguration und ihrer Komponenten zum Wohle der Konstruktion und der Steuerung verbessern und analysieren lässt. Durch diesen Ansatz konnten die Konstruktions- und Entwicklungsphase wie auch die Verifizierung und Validierung verkürzt bzw. beschleunigt werden.
Wenn sich Industrie und Wissenschaft zusammenschließen
ORCA ist ein gutes Beispiel für den Zauber, der hochkarätige Kooperationen von Industrie und Forschungseinrichtungen umgibt. Daria Manushyna, Forschungsassistentin am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, begrüßt die Kooperation mit internationalen Partnern: „Wir konnten Informationen austauschen und die Ergebnisse auf vertrauensvolle und konstruktive Art und Weise diskutieren.“ Alessandro Bernardini, Direktor für Elektrifizierungstechnologien bei Iveco, fügt noch hinzu: „Ziel des Projekts ist nicht nur die Entwicklung des Prototyps, wir wollten auch die komplette Lernphase durchlaufen, worunter auch das Lernen durch Fehler fällt.“ Einige der Technologien, die im Rahmen des ORCA-Projekts untersucht, entwickelt und angewandt wurden, konnten bereits implementiert werden und werden ab 2022 die Marktreife erreichen. Die bedeutenden, gleichzeitig aber erschwinglichen Innovationen werden den Wettbewerb im europäischen Ingenieurwesen wahrscheinlich erheblich ankurbeln und damit die technologische Führungsposition bei Hybrid-Fahrzeugen stärken.
Schlüsselbegriffe
ORCA, schwere Nutzfahrzeuge, schweres Nutzfahrzeug, Energie, Emissionen, Energiespeicherung, elektrische Reichweite, Hybridisierung, Leistung
