Platooning: spritsparend im Verbund unterwegs

Beim Platooning fahren Lkw im Verbund hintereinander. Das DEKRA Automobil Test Center hat die Verbräuche bei unterschiedlichem Abstand der Fahrzeuge untersucht.

Das Test-Oval ist rund 5,8 Kilometer lang. Foto: Wolfgang Grube

Große Zukunftsfragen beginnen bisweilen mit kleinen Dingen. Mit einem Klebeband zum Beispiel. Geschickt klebt Thilo Nikolaus vier dünne Streifen zu einem rechteckigen Fenster auf der linken Innenseite der Frontscheibe seines Mercedes Actros 1845 zusammen. Die Abmessungen der Konstruktion entsprechen den Umrissen des Fahrzeughecks, das Nikolaus von seiner Sitzposition aus in 15 Meter Entfernung voraus im Blick hat. Der 42-jährige Kfz-Techniker ist Versuchsfahrer des DEKRA Automobil Test Centers im brandenburgischen Klettwitz. Gemeinsam mit seinen Kollegen Michael Hausdorf, Andreas Bönisch und Jörg Müller ist Nikolaus in einer speziellen Mission auf dem DEKRA Test-Oval unterwegs. Auf dem Dienstplan stehen rund 300 Versuchsfahrten mit mehreren Sattelzügen, die in Abständen von jeweils 15, 20 und 25 Metern im Windschatten hintereinander herfahren. Da es die Fahrzeuge für die elektronische Kooperation auf der Autobahn noch nicht beim Händler gibt, ist das geklebte Fenster für Thilo Nikolaus ein Hilfsmittel, um die geplanten Abstände im Konvoi einzuhalten. Dazu fixiert er während der Fahrt das Heck des Vordermanns durch das Rechteck. Bleibt es im Rahmen, stimmt der Abstand. Verändert sich die Distanz zwischen den Fahrzeugen, wandert das Heck entweder über den Rahmen hinaus oder es schrumpft darin.

Lkw fürs Platooning in fünf bis acht Jahren serienreif

Platooning nennt sich die modernste Variante der Kolonnenfahrt. Der Begriff bezeichnet einen Verbund mehrerer Lkw, die elektronisch gekoppelt in geringem Abstand über die Autobahn fahren. Abstände von sechs bis zehn Metern haben die Nutzfahrzeughersteller in eigenen Versuchsfahrten bereits realisiert. Ende der 90er-Jahre liefen im Rahmen eines EU-Verbundprojekts „Promote Chauffeur“ die ersten Lkw auf diese Weise in einem Konvoi. Seither hat die Technologie mit hochentwickelten teilautomatisierten Systemen einen Riesenschritt nach vorne gemacht. Jüngster Beleg dafür ist die European Platooning Challenge im April 2016. Mehrere Nutzfahrzeughersteller schickten Konvois auf eine Sternfahrt ins niederländische Rotterdam und haben damit die Funktion der elektronischen Deichsel belegt. Platooning soll nicht nur den Autobahnverkehr sicherer machen, es soll auch erhebliche Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch ermöglichen. Die Rede ist hier von Vorteilen zwischen sieben und zehn Prozent. Die Vorstufe dazu, der teilautonom fahrende Lkw, ist mittlerweile in Sichtweite.

Die Hersteller gehen davon aus, dass die Lkw fürs Platooning in fünf bis acht Jahren serienreif sind. Das scheint angesichts rasanter Entwicklungen realistisch zu sein. In Frage steht jedoch, welche Rolle der Abstand im Platoon als ultimative Stellschraube für Kraftstoffeinsparungen spielt. Bedeutet jeder Meter näher dran am Vordermann handfeste Einsparungen an der Tanksäule? Das DEKRA Automobil Test Center stellt jetzt mit seiner Versuchsreihe auf der hauseigenen Prüf- und Messstrecke diese vermeintlichen Gewissheiten auf den Prüfstand. Für das Projekt haben die DEKRA Experten ein Testlayout entwickelt, mit dem sich die Effekte durch die Kolonnenfahrt auch mit konventionellen Fahrzeugen untersuchen lassen.

Tonnenschweres Testquartett am Start

Die Protagonisten des Feldversuchs sind typische Fernverkehrsfahrzeuge mit großem Fahrerhaus der Hersteller Volvo, Scania, Mercedes-Benz und MAN in der 460-PS-Klasse. Komplettiert wird das Quartett durch vier identische Auflieger von Schmitz Cargobull mit einer seitlichen Schiebeplane. Die Messtechnik besteht im Wesentlichen aus den Fahrdaten-Rekordern, die Parameter wie Strecke, Fahrzeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraftstoffverbrauch aus den CAN-Bus-Daten der Fahrzeuge ausliest. Der Arbeitstag der DEKRA Versuchsfahrer beginnt mit einer gründlichen Abfahrkontrolle. Anschließend stehen diverse Aufwärmrunden auf dem Test-Oval an, damit die Triebwerke der Lkw alle mit der richtigen Betriebstemperatur laufen. Nach dem Einmessen der geplanten Abstände zwischen den Sattelzügen geht es dann gemeinsam auf die Piste. Dort sind grundsätzlich für jede Fahrzeugkonstellation vier Runden zu absolvieren. Das Programm sieht drei Durchgänge mit jeweils verschiedenen Abständen zwischen den Fahrzeugen vor. Den Auftakt machen die Solofahrten, bei denen die Fahrer im Abstand von einem Kilometer aufeinander folgen. Anschließend gehen jeweils zwei Fahrzeuge gemeinsam als Platoon mit 15 Metern Abstand auf die Strecke. Nach vier Runden tauschen die beiden Einheiten die Position. Das erste Fahrzeug rückt nach hinten und das zweite übernimmt jetzt die Führungsarbeit. In dieser Konstellation geht es dann in den nächsten Umlauf. Das Procedere wiederholt sich zweimal für die Fahrten mit 20 und 25 Metern Abstand. Den Abschluss des Tagespensums machen die Runden im Quartett, die ebenfalls in den verschiedenen Abständen gefahren werden.

Der Fokus der Auswertung liegt zunächst auf dem Kraftstoffverbrauch, den die Fahrzeuge in den verschiedenen Testphasen an den Tag legen. Dabei bildet die jeweilige Solofahrt die maßgebliche Referenz. Diesen Werten stehen dann die Verbräuche des Fahrzeugs an zweiter, dritter oder vierter Stelle im Platoon gegenüber. In diesem Vergleich zeigt sich der mögliche ökonomische Effekt. Die Gretchenfrage lautet daher, wie viel Prozent Kraftstoff ein Lkw bei der gemeinsamen Fahrt im Platoon im Vergleich zur Solofahrt einspart. Die Versuchsfahrten finden unter definierten Bedingungen statt. Vier Minuten und 24 Sekunden stehen auf der Uhr, wenn die Sattelzüge den Messpunkt am Ausgang der Südkurve passieren. Das ist die Zeit, die sich bei Tempo 80 nach einer Runde auf dem rund 5,8 Kilometer langen Test-Oval einstellt. „Die Versuchsfahrt sollte synchron und ohne größere Korrekturen verlaufen. Gefragt sind dafür Gleichmäßigkeit und Konstanz“, beschreibt Testfahrer Andreas Bönisch die Herausforderungen für das Team. Dabei kommt dem Fahrer im Führungsfahrzeug eine besondere Aufgabe zu. Er muss auf der mittleren Fahrspur des Test-Ovals stets eine saubere Linie fahren. Das ist vor allem in der 800 Meter langen Steilkurve wichtig. Die Trucks lassen sich zwar mit sparsamen Lenkbewegungen durch die Kurve manövrieren. Eine unkontrollierte Lenkbewegung reicht jedoch schon für eine Abweichung von den geforderten Referenzwerten aus.

Das Test-Oval ist frei von Störfaktoren

Die Fahrer im Platoon bekommen auf ihren Runden nicht viel voneinander zu sehen. Auf der Geraden bleiben die nachfolgenden Fahrzeuge im Rückspiegel unsichtbar, weil die Auflieger das Fahrerhaus des nachfolgenden Sattelzuges verdecken. Nur wenn sich die Sattelzüge in die Steilkurve legen, lässt sich kurz ein Blick auf die Kollegen erhaschen. Auch in einer anderen Hinsicht hat die Fahrt im Windschatten ihre Eigenarten. Wie eine erste Auswertung zeigt, spielt die Aerodynamik des Führungsfahrzeugs für die Performance des folgenden Sattelzugs eine untergeordnete Rolle. Es ist hauptsächlich der Auflieger, der hier den Windschatten spendet. Andererseits spielen die Fahrwiderstände der Lkw im Platoon durchaus eine Rolle für den eigenen Verbrauch. Unterschiedliche Bauformen der Fahrerhäuser können das Pendel geringfügig in die eine oder andere Richtung ausschlagen lassen.

Gleichmäßig wie ein Metronom schnürt das Quartett die Gerade hinunter zur Südkurve. Am Messpunkt quittieren die Fahrer mit dem Fahrdaten-Rekorder den Abschluss der aktuellen Runde und starten eine neue Aufzeichnung. Die gut zwölf Liter großen Sechszylinder-Diesel grummeln weiter leise und gleichmäßig vor sich hin. Auf der Anfahrt zur Nordkurve rückt eine spektakuläre Landmarke ins Blickfeld: Die Haupttribüne des benachbarten Lausitzrings, hinter der sich die mächtigen Rotorblätter einer Windkraftanlage drehen, bestimmt das Bild. Kurz danach geht die Fahrt an einem kleinen Wäldchen vorbei. Die Fahrer können sich aber – anders als auf den Autobahnen – darauf verlassen, dass ihnen weder Rehe noch Wildschweine eine unangenehme Begegnung bescheren. Das DEKRA Test-Oval ist komplett eingezäunt und wird regelmäßig durch den hauseigenen Jäger auf Wildfreiheit kontrolliert.

Vernetzte Lkw sparen Kraftstoff

Die Verbrauchsdaten für das Zweier-Platoon deuten übrigens darauf hin, dass sich bei einem Abstand von 15 Metern für das zweite Fahrzeug Einsparungen zwischen acht und zwölf Prozent ergeben. Auch das Führungsfahrzeug profitiert bei diesem kurzen Abstand von der Kooperation. Hier zeigen die Daten Kraftstoffeinsparungen im Bereich von 0,5 bis 2,5 Prozent. Das kann unter anderem daran liegen, dass sich durch die Geometrie des Platoons der bremsende Sog des Fahrtwindes auf die Rückwand des Aufliegers reduziert. Spannend sind die Messwerte der Fahrzeugkombinationen mit größeren Abständen. Diese legen den Schluss nahe, dass es gar nicht unbedingt nötig ist, mit minimalem Abstand unterwegs zu sein, um die wirtschaftlichen Effekte zu realisieren. Die Verbrauchsdaten bei 20 Meter Abstand besagen jedenfalls, dass hier Einsparungen zwischen 8,2 und 11,8 Prozent möglich sind. Bei 25 Metern bewegt sich die Spanne immer noch im Bereich von acht bis 11,4 Prozent. Der Abschlag für den größeren Abstand fällt demnach vergleichsweise gering aus. Andererseits würde ein größerer Abstand einen deutlichen Zugewinn an Sicherheit bedeuten. „Auch in einem elektronisch gekoppelten Platoon spielt der Abstand zwischen den Fahrzeugen eine wichtige Rolle“, erklärt Uwe Burckhardt, Leiter des DEKRA Test-Oval und verantwortlich für das Platooning-Projekt.

Für den DEKRA Experten stellt sich zum Beispiel die Frage, wie die Fahrzeuge im Platoon unter ungünstigen Bedingungen bei einer Vollbremsung reagieren. Eine mögliche Situation: Das Führungsfahrzeug bremst im Tunnel auf trockenem Asphalt, während die nachfolgenden Fahrzeuge noch auf nasser Straße fahren. Hier könnte ein kleiner Abstand auch in einem elektronischen System schnell aufgebraucht sein. Wie sich das Bremsverhalten eines Fahrzeugs auswirken kann, klärt DEKRA im zweiten Teil des Tests. 160 Bremsversuche stehen auf der mit unterschiedlichen Fahrbahnbelägen ausgestatteten ABS-Bremsstrecke auf dem Dienstplan. Das Konzept sieht unter anderem Bremsversuche mit leeren und beladenen Aufliegern, auf trockener und nasser Fahrbahn sowie mit neuen und älteren Reifen vor. Die Versuchsfahrer werden auch diese Aufgabe souverän meistern. Vor allem Fahrtrainer Andreas Bönisch freut sich schon auf jede Menge Action.

Uwe Burckhardt, stellvertretender Leiter DEKRA Automobil Test Center. Foto: Wolfgang Grube

Drei Fragen an Uwe Burckhardt

Welcher Ansatz liegt Ihrer Versuchsreihe auf dem Test-Oval zugrunde?

Platooning verspricht Transportunternehmen viel Potenzial bei Kraftstoffeinsparungen und Sicherheit. Wenn ein Lkw im Platoon acht Prozent oder mehr Diesel einsparen kann, ist das eine interessante Größe. Die Frage war daher, ob sich die mutmaßlichen Vorteile bestätigen und ob es einen Zusammenhang zwischen dem Kraftstoffverbrauch und den Abständen der Fahrzeuge im Platoon gibt.

Wie steht es mit der Sicherheit von Fahrer und Fahrzeug im Platoon?

Die elektronischen Systeme können ein Platoon bei guten Bedingungen sicher zum Stillstand bringen. Die Praxis kennt aber nicht nur gute Bedingungen. Trockene und nasse Fahrbahnen haben unterschiedliche Reibwerte, ein beladenes Fahrzeug hat einen anderen Bremsweg als ein unbeladenes, ein guter Reifen erzielt gerade bei Nässe höhere Verzögerungen als ein abgefahrener. Unsere Bremsversuche haben gezeigt, dass auf diese Weise unterschiedliche Bremswege zusammenkommen. Das könnte ein Argument für einen größeren Sicherheitsabstand im Platoon sein. Auch bei 20 oder 25 Metern lassen sich erhebliche Kraftstoffeinsparungen erreichen.

Welche Probleme in Sachen Platooning sind noch zu lösen?

Die Zuverlässigkeit der Kommunikation zwischen den Fahrzeugen hat eine maßgebliche Bedeutung. Kommt es hier zu Störungen, ist die Sicherheit im Platoon nicht mehr vollständig gewährleistet. Verkehrspolitisch braucht es Regeln, etwa für die Anzahl der Fahrzeuge, die ein Platoon bilden dürfen, oder wie es beim Zusammenkommen und Auflösen des Konvois zugehen soll.