Nutzfahrzeugtrends 2025: Die Nutzfahrzeuge von morgen: effizienter, einfacher und sicherer

Hintergrund:
Die Treiber der Nutzfahrzeugentwicklung unterscheiden sich von denen beim Pkw. Kommt es beim Pkw vor allem auf die Anschaffungskosten an, sind es bei Nutzfahrzeugen die Betriebskosten, die entscheidend sind. Es setzen sich bei Nutzfahrzeugen nur Technologien durch, deren Kostenamortisation innerhalb von maximal vier, teilweise bereits von nur zwei Jahren gelingt. Diese werden in der Regel auf der Basis von Vollkosten je Tonnenkilometer berechnet. Und: Die Sicherheit für Fahrer, Passagiere und andere Verkehrsteilnehmer wirkt sich ebenfalls auf die Kosten aus, da hier v. a. Ausfallkosten vermieden werden sollen. Änderungen ergeben sich vor allem durch die Gesetzgebung.

Antriebsstrang:
Abgasrückführung (AGR) und selektive katalytische Reduktion mittels wässriger Harnstofflösung (SCR) sind etablierte Maßnahmen zur Emissionsreduzierung. Die Einführung der variablen Ventilsteuerung (Variable Valve Timing = VVT) bei Dieselmotoren im Nutzfahrzeug-Bereich ist aber relativ neu. Unter anderem ermöglicht sie eine interne Abgasrückführung durch eine Erhöhung der Ventilüberschneidung sowie die bessere Steuerung von Abgas und Katalysatortemperatur in Verbindung mit entsprechend gesteuerter Kraftstoff-Einspritzung. Auf diese Weise lässt sich die Wirksamkeit der Katalysatoren auch beim Stopp-Start-Betrieb und beim Segeln wesentlich besser regeln.

Auf der Suche nach weiteren Potenzialen für eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs ist einer der größten systemischen Verluste des Verbrennungsmotors die Abgasabwärme (Waste Heat Recovery = WHR). Um diese Energie nutzen zu können, gibt es heute verschiedene Technologien. Vorranging fokussiert sich die Entwicklung auf den Rankine-Dampf-Kreisprozess – hier wird die Energie in der Abwärme als mechanische Arbeit nutzbar. Diese kann entweder direkt den Antrieb unterstützen, oder – was derzeit wahrscheinlicher ist – mittels Generator elektrische Energie erzeugen, die „neue“ elektrische Verbraucher versorgt.

Aufgrund der hohen benötigten Leistung sind im Nutzfahrzeug einige Nebenverbraucher direkt mit dem Motor verbunden, obwohl die Leistungsspitze des jeweiligen Verbrauchers nicht ständig benötigt wird. Diesem Leistungsverlust versucht man durch zwei Maßnahmen Herr zu werden: Einerseits werden diese Verbraucher vorübergehend abgekoppelt, was bei Klimakompressoren schon seit einigen Jahren im Einsatz ist. Wenn – beispielsweise durch Abgaswärmerückgewinnung – genügend elektrische Energie zur Verfügung steht, wird der Klimakompressor oder die Kühlmittelpumpe elektrisch angetrieben. Dem Wirkungsgrad-verlust durch Energiewandlung steht die variable Nutzbarkeit gegenüber und führt zu weiteren Einsparungen im Gesamtwirkungsgrad des Antriebs. Weitere in Frage kommende Verbraucher sind die Lenkhilfepumpe der hydraulischen Servolenkung oder der Druckluftkompressor für Federung und Bremse.

Die insbesondere bei schweren Lkw eingesetzten automatisierten Schaltgetriebe arbeiten anders als Pkw-Automatgetriebe mit Zugkraftunterbrechung. Das bedeutet, dass beim Beschleunigen und insbesondere an Steigungen während des Gangwechsels die Geschwindigkeit absinkt, bis der nächste Gang wieder Kraftschluss hat. Dies führt dazu, dass Beschleunigungsarbeit verloren geht. Durch den Einsatz von Doppelkupplungsgetrieben bei Lkw können diese Verluste vermieden werden, da auch während des Schaltvorgangs Zugkraft anliegt. Dies trägt zur Kraftstoffersparnis bei und verbessert die Beschleunigungswerte. Dadurch können die Übersetzungssprünge zwischen den Gängen etwas größer ausgelegt werden, was bei sonst gleicher Getriebeauslegung zu einer höheren Übersetzungsspreizung und damit zu einer längeren Gesamtübersetzung mit weiteren Verbrauchsvorteilen führt.

Während sich die Abgaswärmerückgewinnung besonders für Fahrzeuge mit nahezu konstantem Betrieb (Langstrecke) anbietet, ist der Einsatz eines Hybrid-Moduls eher im dynamischen Betrieb, beispielsweise dem Verteilerverkehr, sinnvoll. Hier sitzen ein oder zwei elektrische Maschinen im Antriebsstrang, die den Verbrennungsmotor entweder unterstützen oder als Generator belasten. So kann z. B. ein kleinerer Verbrennungsmotor gewählt werden oder die Anfahrbeschleunigung verbessert werden. Bei entsprechender Auslegung ist dann auch rein elektrischer Betrieb beispielsweise in Innenstädten möglich. Nicht im Antrieb genutzte elektrische Energie kann alternativ die “neuen” elektrischen Verbraucher versorgen.

Assistenzsysteme:
Es kommt nicht nur darauf an, den Betrieb effizient zu gestalten, auch der effektive Einsatz der Fahrzeuge trägt zu verringerten Betriebskosten bei. Aktuelle Assistenzsysteme unterstützen den Fahrer bei der Auswahl einer Route mit geringsten Wartezeiten durch Stau oder Unfall sowie durch die Auswahl einer Route mit energiesparendstem Höhenprofil. Künftig werden Wetterfaktoren, wie Wind oder Regen ebenfalls berücksichtigt. Damit gleichmäßiges Fahren mit wenig Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgängen unterstützt wird, werden verschiedene Technologien eingesetzt, die das effiziente und sichere Kolonnenfahren unterstützen. Das sogenannte Platooning, bei dem Lkw als virtueller Anhänger des vorausfahrenden Fahrzeugs folgen, tragen sowohl zur erhöhten Sicherheit als auch zur Verbrauchseinsparung bei. Ein weiteres noch nicht intensiv untersuchtes Feld ist die Berücksichtigung der Verluste, die durch Kurvenfahren und dem damit verbundenen Reifenschleiß und dem Radieren von ungelenkten Hinter- und Trailerachsen entsteht. Hier sind sowohl eine Berücksichtigung in der Navigation als auch konstruktiv neue Produkte zu erwarten.

Rahmenbedingungen:
Der Einsatz von gasförmigen Kraftstoffen wie Erdgas oder regenerativ hergestelltes Methan stellt unter Emissionsgesichtspunkt einen großen Vorteil gegenüber Dieselkraftstoff dar, da diese Kraftstoffe auch mit geringem Nachbehandlungsaufwand emissionsarm verbrannt werden können. Durch die erforderlichen großen Tanks eignen sich diese Kraftstoffe vor allem für Stadtbusse oder den Verteilerverkehr. Als Substitut für fossilen Dieselkraftstoff kommen Btl-Kraftstoffe (Biogas-to-liquid) mit ähnlicher Eigenschaft in Frage, die in weitgehend konventionellen Dieselmotoren eingesetzt werden können.

Die Veränderung der Zulassungsvorschriften zur Zulassung von längeren Fahrzeugen (Gigaliner) bietet ebenso deutlich Einsparungspotenziale durch das größere Ladevolumen pro Zugmaschine wie der Einsatz fester oder beweglicher Spoiler oder Kameras an Stelle der Rückspiegel, die insbesondere bei Reisegeschwindigkeit Verbrauchsvorteile durch einen verringerten Luftwiderstand ermöglichen.

Zusammenfassung:
Die genannten Beispiele zeigen, dass es noch viele Potenziale gibt, Effizienz und Effektivität von Nutzfahrzeugen bei gleichzeitig reduzierten Emissionen zu erhöhen. Die meisten davon sind auch künftig auf den Einsatz eines emissions- und verbrauchsoptimierten Dieselmotors angewiesen.

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