תחרות עצמית

תחרות היא דבר טוב. הטכנולוגיה משתפרת, השירות ללקוחות נעשה טוב ויעיל יותר, וגם המחיר נהיה תחרותי. בחטיבת המשאיות של רנו לקחו את התחרות צעד אחד קדימה, והחליטו להתחרות בכל הכוח. הדגש הושם בשיפורים טכנולוגיים שיכולים להפחית את תצרוכת הדלק. אבל במי להתחרות כדי שהתוצאות ייראו ויהיו חד-משמעיות?

אחרי התלבטות ממושכת הוחלט לייצר תחרות עצמית: בין משאית רנו סטנדרטית מסדרה D שנמכרת ללקוחות, לבין משאית חדשה, כמעט זהה לה. כך יצא לדרך פרויקט "Urban Lab 2", ובתרגום חופשי - "מעבדה עירונית 2". מבחינה מעשית, הכוונה למשאית עירונית הדומה בבסיסה למשאית מייצור סדרתי, עם שימת דגש בהפחתת תצרוכת הדלק.

מנהלי חטיבת המשאיות של רנו מרוצים. לאחר שמונה חודשים של פיתוח, שבעה חודשים של בדיקות במסגרת פרויקט "Urban Lab 2" ו-4,500 ק"מ של נהיגה, נרשמה במשאית החדשה ירידה של 12.8% בתצרוכת הדלק וירידה דומה בפליטת CO2 (דו-תחמוצת הפחמן) בנסיעה עירונית (ופרברית). תוצאה זו הושגה באמצעות אופטימיזציה של האווירודינמיקה ושל מערכת העברת הכוח, שימוש בצמיגים בעלי מקדם גרר נמוך ושימוש בתשתית תקשורת חכמה ברכב.

צמצום של תצרוכת הדלק ושל פליטת CO2 היו במוקד תשומת הלב של אנשי רנו. הדבר הצריך שיתוף פעולה בין מספר חברות, כל אחת מובילה בתחומה, כדי ליצור משהו חדש שיתרום לשיפור היעילות הכוללת של המשאית. התוצאה של שיתוף הפעולה היא משאית חלוקה יעילה, EDIT - Efficient Distribution Truck, שהושקה בשנת 2016. בפרויקט שישה שותפים מחברות בולטות באירופה בכלל ובצרפת בפרט: Valeo, Lamberet, Michelin, BeNomad, INSA de Lyon (LamCoS), IFSTTAR. מטרת הפרויקט הוגדרה מראש: להשיג ירידה של 13% בתצרוכת הדלק בשימוש עירוני ובשימוש אזורי, וזאת במשאיות לחלוקת מזון בטמפרטורה מבוקרת (תובלה בקירור).

אם כן, היעדים הראשונים הושגו. מבחינה מעשית, הושגו הפחתה של 3.5 ליטר דלק ותשעה ק"ג של CO2 לכל 100 ק"מ של נסיעה עירונית. בחישוב שנתי מדובר בחיסכון עצום בעלויות התפעול.

שיטות בדיקה ומדידה

כדי לבנות מחזור בדיקה שיהיה תקף ומהימן סטטיסטית לשימוש בטמפרטורת הפצה מבוקרת, מהנדסי משאיות רנו יצרו מאגר מידע גדול שכולל מידע על תצרוכת הדלק ומאפייני הנסיעה שבוצעו עם המשאית. זו גמעה מעל 8,000 ק"מ במסלולי המבחן המבוקרים.

הבדיקה התקיימה במסלול בדיקה היקפי, בכבישים ציבוריים פתוחים. המחזור כלל 12 ק"מ של נסיעה בסביבה עירונית, 50 ק"מ על כבישים אזוריים ו-57 ק"מ על כבישים מהירים. בד בבד נערכו בדיקות בנסיעות על גבי מכשיר מד-גלילים ממוחשב (roll-bench), בתנאי נסיעה מבוקרים לחלוטין (תנאי כביש וטמפרטורה). כמו כן נעשה שימוש בתוכנת סימולציה כדי ליצור קורלציה בין המדידות. התוצאות הושוו לתוצאות בדיקות של משאיות דומות ששימשו כרכבי ייחוס. למשאיות אלו מאפיינים גיאומטריים הדומים לאלה של רכב המעבדה (רנו מסדרה D, משקל 19 טון, מנוע בהספק של 280 כוחות סוס ומרכב המצויד ביחידת קירור זהה של חברת Lamberet).

הוחלט שכל אחת מהטכנולוגיות שפותחו במסגרת הפרויקט תוערך בנפרד.

הערכת השיפורים האווירודינמיים

השגת שיפורים אווירודינמיים במשאית חלוקה אינה משימה פשוטה. למשאית האירופית הקונבנציונלית חזית מלבנית שטוחה כמעט. הצורה הגיאומטרית הפשוטה הזו מאפשרת הן לשפר את שדה הראייה של הנהג והן לנצל את אורכה הנתון של המשאית להובלה אפקטיבית. לפיכך קשה לשנות באופן גורף את חזית המשאית, ויש להתמקד בשינוי של הפרטים הקטנים. אלא שגם כאן המשימה סבוכה: אילו אביזרים צריך לשנות? וכיצד לעשות זאת?

בחטיבת המשאיות של רנו ניצלו בנקודה זו את ניסיונה של חברת למברט הצרפתית. שתי החברות החליטו לפעול במשולב, הן לגבי האווירודינמיקה של המשאית והן לגבי מרכב הקירור. התכנון האווירודינמי של המשאית מבוסס על ניסויים מעשיים שבהם נבחנת תצרוכת הדלק ועל בדיקות מעבדה המבוססות על בחינה מדוקדקת במנהרות רוח.

באופן כללי, דפנות המרכב החיצוניות חייבות להיות חלקות ככל האפשר, כלומר ללא בליטות בדפנות הצד. הצמדת הדופן הקדמית של המרכב לתא הנהג של המשאית היא תנאי חשוב לחיסכון בדלק. המטרה היא שהרוח תחליק על תא הנהג, ומשם היישר לדפנותיו החלקות של המרכב, ללא מכשולים והפרעות. חדירת רוח למרווח שבין תא הנהג למרכב המשאית מגדילה מאוד את תצרוכת הדלק.

הבדיקה באמצעות מנהרות רוח הוכיחה שצריך לתכנן מרכב שרוחבו וגובהו לא יבלטו מעבר לתא הנהג, וכי יש לדאוג לכיסוי אווירודינמי חלק מתא הנהג למרכב (בכיוון זרימת הרוח), כך ששני הגופים ייהפכו למעין גוף אחד נטול בליטות ושקעים, אשר איננו יוצר כמעט מערבולות רוח. הכיסוי הזה, על אף משקלו, עשוי לחסוך הרבה דלק. בנוסף, יש להתמקד בפרטים הקטנים - הרבה חלקים ואביזרים שמותקנים על המשאית והמרכב ויוצרים מערבולות רוח זעירות. אם עוברים פריט אחר פריט ומתקנים, מגיעים לתוצאה נאה.

כדי לשפר את זרימת האוויר, מערכת הקירור של מרכב להובלה בטמפרטורה מבוקרת הותקנה למטה, בין סרני המשאית. רכיבי המאייד הותקנו למעלה דווקא, על גג המרכב. נבדקו והוספו תכונות אווירודינמיות: ספוילרים אחוריים ומסיטים צידיים עשויים מבד הניתנים להסרה (retractable textile side deflectors). זהו פיתוח משותף של מהנדסי רנו ומהנדסי חברת למברט. שינויים בוצעו ברכיבים נוספים: כיסויי גלגלים חלקים ואווירודינמיים, שיפור מסיט הרוח העילי שמעל תא הנהג, שינוי בצורת הספויילרים וביטול המראות הקונבנציונליות לטובת שימוש במצלמות שמקטינות את מערבולות הרוח ותורמות לבטיחות הנסיעה.

השיפורים הנובעים מהשינויים האווירודינמיים נמדדו על קטע כביש מהיר במספר מחזורי בדיקה. פרוטוקול הבדיקה חזר על עצמו שבע פעמים כדי להבטיח את אמינות התוצאות. בוצעה סימולציה להתאמת התוצאות שנועדה לבדוק את השינוי במחזורי העבודה. הכוונה הייתה לנטרל השפעות שקשורות להבדלים בין משקל הטרה למשקל הברוטו של המשאית, וכן לנטרל השפעות של צריכת חשמל עודפת הקשורה למרכב הקירור.

תוצאות הבדיקות אישרו כי אופטימיזציה של האווירודינמיקה היא אחד ממנופי המפתח להקטנת תצרוכת הדלק ופליטת ה-CO2 של משאית חלוקה שנעה בסביבה פרברית.

אינטגרציה של מערכות מיקרו-היברידיות

אחד האלמנטים החשובים לחיסכון בדלק בסביבת עבודה עירונית קשור לשימוש במערכות מיקרו היברידיות (micro-hybrid system) ומערכת Stop & Start. אנשי רנו בחרו להיעזר במומחיות של חברת וולאו (VALEO) כדי למחזר את אנרגיית הבלימה, לדומם את מנוע הרכב בעת שהמשאית עומדת, ולהניעו לאחר מכן מחדש תוך הפחתת רטט ההנעה של מנוע הדיזל המוכר.

שלושה סוגים של בדיקות בוצעו על מתקן גלילי ההרצה (roll-bench): משאית בסיסית ללא מערכות מיקרו-היברידיות, בתצורה הרגילה; משאית עם מערכת מיקרו היברידית, ללא מערכת Stop & Start; משאית עם מערכת מיקרו היברידית ועם מערכת Stop & Start.

התוצאות היו חד-משמעיות: מערכות Stop & Start ו-Micro-hybrid תורמות באופן ניכר להפחתה בתצרוכת הדלק, במיוחד בסביבת העבודה העירונית.

קישוריות חכמה ברכב

בפרויקט Urban Lab 2 נעשה שימוש במערכת ניווט חכמה שפיתחה חברת BeNomad ובמערכת תקשורת שהותקנה ברמזורים ברחבי העיר. תשתית הקישוריות ותוכנה חכמה מאפשרות למשאית החלוקה העירונית לקבל מידע מרמזורים ולחשב אם יעיל יותר להאיץ או לבלום את המשאית. נדרשת שליטה של המערכת הממוחשבת על המשאית כדי לקבוע את מהירותה בהתאם לתנאי הנסיעה בכביש העירוני, למצב התנועה ולרמזורים.

כדי לקבוע את ההשפעה של טכנולוגיה זו על תצרוכת הדלק, המדידות הראשונות נלקחו בעת תנועה של המשאית בחלקים העירוניים של מסלול הבדיקה המחזורי. המטרה הייתה לאפיין את התנועה של המשאית ואת תצרוכת הדלק שלה ללא המערכת. הובאו בחשבון מספר סימולציות שבוצעו בתנאי תנועה מגוונים. מאפייני התנועה וזמני הנסיעה נותחו כדי לקבל נתונים סטטיסטיים מהימנים.

לאחר מכן נערכו מספר בדיקות שכללו נסיעה במעגל סגור, ואחריה בדיקות בתנאים אמיתיים של נסיעה בכבישים פתוחים ליד העיר בורדו שבצרפת. בדיקות אלו אישרו את הדיוק של האלגוריתם ששולט ברכב. האלגוריתם שולט ברכב בשלב ההאטה כדי לייעל את החיסכון בדלק. התוצאות לימדו על שיפורים ניכרים לא רק בתצרוכת הדלק ובהפחתת פליטה של CO2, אלא גם במונחים של נוחות הנהג והפחתת העומס המופעל עליו בנהיגה עירונית.

הקטנת ההתנגדות לגלגול של הצמיגים

בפרויקט Urban Lab 2 החליטו להצטייד בצמיגים חדשניים מבית מישלין. מדובר באב טיפוס ראשוני של צמיגים בעלי התנגדות קטנה יותר לגלגול, ובשל כך תורמים להפחתה בתצרוכת הדלק של הרכב. במישלין טוענים שהצמיגים אינם משפיעים לרעה על קריטריונים ביצועיים אחרים הקשורים לתפעול המשאית, כגון בטיחות, אחיזה ואורך החיים של הצמיג.

ביצועי הצמיגים בכבישים אזוריים ובכבישים מהירים שהיו חלק ממסלול הנסיעה המחזורי נמדדו ונרשמו. הבדיקה ההשוואתית נעשתה בשלושה רצפים של בדיקות. נמדדו בהם החום והלחץ המשתנים בצמיגים, ולפיכך נרשמו גם שינויים בהתנגדות לגלגול של הצמיגים. במישלין טוענים, כי בשיטה זו אפשר למדוד באופן מהימן למדי את השינויים בתצרוכת הדלק לעומת הבדיקה הקונבנציונלית (ISO value) שמבוצעת כאשר ההתנגדות לגלגול של הצמיג היא אופטימלית וקבועה לאורך זמן (fixed optimal rolling resistance coefficient).

עמידה בתקני פליטת CO2

צמצום תצרוכת הדלק משפיע במישרין על פליטת ה-CO2, והקשר ביניהם קבוע וליניארי. באיחוד האירופי הוחלט להפחית את פליטת ה-CO2 בכל דרך אפשרית. ההתמקדות בנושא זה כה חשובה, עד שייתכן שתצא תקינה שתמנע שימוש במנועי דיזל. יצרני המשאיות, יצרני המערכות והספקים המובילים, כולם מתמקדים באמצעים שיאפשרו לחסוך בדלק. השאלה היא אם הפתרונות שלהם יספקו את הרגולטורים ויאפשרו את המשך השימוש במנועי דיזל.

פרויקט EDIT אישר את הרלוונטיות של הטכנולוגיות המשמשות להשגת הפחתה ממוקדת בתצרוכת הדלק. שיתוף הפעולה הפורה עם החברות המובילות בתחומן איפשר למהנדסי רנו להבין טוב יותר את המנגנונים הפיזיים המביאים להפחתה זו ולהיערך לפתרונות טכניים בפיתוח מוצרים עתידיים. המטרה היא, כאמור, לעמוד בסטנדרטים העתידיים של הגבלות בפליטת CO2. למרות שהפרויקט לא תוכנן להיות מיושם במשאיות רנו בצורתו הנוכחית, בחטיבת המשאיות של רנו טוענים שאת הטכנולוגיות היעילות ביותר (במונחים של ביצועים) אפשר לשלב בהליך קצר יחסית בייצור כלי הרכב.