Aerodinamikai jelentés Üzemanyag-takarékos modellek az AUTO MOTOR UND SPORT szélcsatornától
Az alacsony légellenállás segít megtakarítani az üzemanyagot. Jó, hogy az aerodinamikusok sok lehetőséget kínálnak az autó korszerűsítésére.
"Az aerodinamika olyan embereknek szól, akik nem tudnak motorokat építeni." Ez az idézet a hatvanas évekbeli Enzo Ferraritól származik. Alig egy évtizeddel később a világ elakadt az első olajválság miatt, amely újragondolásra kényszerítette a technikusokat. Végül elmúltnak tűntek azok az idők, amikor a szörnymotorokkal elnyomták a vezetési ellenállást, bármennyire is lenyelték őket.
Nem is kellett új utat törni, mert az áramvonalas testek és a hajtásellenállás közötti alapvető kapcsolatokat már az 1920-as években felismerték olyan látnokok, mint Edmund Rumpler és Paul Jaray.
A légellenállás nem csak a forma minőségétől és az ellenállási együtthatótól függ
Csak valamivel később Freiherr Reinhard Koenig-Fachsenfeld és Wunibald Kamm aerodinamikusok finomították elképzeléseiket. Természetesen az általuk tervezett karosszériák nem változtathatják meg azt a tényt, hogy egy bizonyos sebesség feletti légellenállás nagyobb, mint az összes többi vezetési ellenállás. De speciális aerodinamikai finomhangolással ez a határ mindenképpen felfelé tolható.
Az aerodinamikai ellenállás nem csak az autó alakjának minőségétől és így az úgynevezett ellenállási együtthatótól függ - az elülső terület (A) a második meghatározó geometriai paraméter, amelyet az autó nyújt. Teljesen sík felületként annak ellenállási együtthatója 1,0 lenne. Az aerodinamikus feladata most a hatékonyan hatékony terület csökkentése az áramvonalas kialakítás révén. Minél jobban sikerül, annál alacsonyabb a húzási együttható.
Hogyan mérik a legfontosabb cW és A mennyiségeket? A vontatási együttható meghatározásához elengedhetetlen egy szélcsatorna, amelynek központi eleme nem az erőteljes fúvó, hanem egy nagyon pontos skála, amelyen az autó áll. Rögzíti az összes erőt és pillanatot, amellyel a levegő megrántja az álló kocsit, amelynek a kerekeinek reális eredményt kell elérniük.
További holt víz a ferdehátú alatt
Az autó előtt a levegő összenyomódik, mielőtt elmozdulna, hátul elszakad, és vákuumot vagy szívást hoz létre. Ebben a szívásban egy léghenger jön létre, amelyet az aerodinamikusok holt víznek neveznek. A ferdehátú hátulról általában több vákuum keletkezik, mint egy alacsonyabb szedán hátsó résznél.
Minél alacsonyabbak a mérleg által mért erők, annál alacsonyabb a húzási együttható. Ezeket az erőket egyenletesen mérik 140 km/h sebességgel. A 0,30 ellenállási együttható például azt jelenti, hogy a levegő, amelyen keresztül az autó halad, 30 százaléka felgyorsul a menetsebességre.
Az autó homlokterének meghatározása érdekében az elülső külső kontúrját lézerrel pásztázzák, és a területet négyzetméterben határozzák meg. Ha ezzel a területtel megszorozzuk az ellenállási tényezőt, akkor megkapjuk a tényleges légellenállást, amelyet négyzetméterben adunk meg.
Bármennyire is fontos az aerodinamika a járművek gyártásában, az új európai vezetési ciklus (NEDC) 1996-os bevezetése azt jelentette, hogy az csak alárendelt szerepet játszott a hivatalos fogyasztás meghatározásában (lásd a keretet). A gyártók azonnal reagáltak. Addig a tényleges ellenállás (cd x A) folyamatosan csökkent, de sok ember számára csak az effektív ellenállási együttható esett, ezt csak az egyre nagyobb autók növekvő frontális A területe ellensúlyozta. A VW Golf, az Opel Astra vagy a BMW 7-es sorozat most a szélnek nagyobb hatékony célpontot kínál, mint az 1990-es években.
Az SUV és a Smart vesztesek a szélcsatornában
Aztán ott van a virágzó terepjárók céhe hatalmas elülső felületeikkel. A nyilvánosság előtt azonban többnyire csak a nagy súlyt bírálták, bár a csúszós test hatása a fogyasztásra nagyobb, mint a puszta tömegé: Átlagosan mintegy 50 százalék a szélterhelés rovására; több.
Még az olyan városi futóutak is érzik ezt, mint a Smart, amelyek magas, dobozos és rövid alakja különösen kedvezőtlen. Ezen kívül a Mercedes fő aerodinamikusa, Teddy Woll szerint a szélterhelés 50 km/h-tól uralja a könnyű autót. Fő okok, amelyek miatt a kétüléses még mindig nem olyan gazdaságos, mint amire alacsony súlya miatt számítani lehetne.
A trenddel ellentétben Mercedes testvérmodelljeire egyre alacsonyabb cd x A értékek jellemzőek. A tendenciától függetlenül a sváb autógyártó továbbra is ambiciózusan dolgozik szélcsatornáiban, és csak mérsékelten növelte modelljeinek homlokterét. Így született meg a világ legkorszerűbb nagyüzemi autója, az E-Coupé kiemelkedő 0,24-es ellenállási együtthatóval. De groteszk eredményekhez is vezetett (a versenyzők számára): A jelenlegi Mercedes S-osztály kevésbé ellenáll a szélnek, mint egy VW Golf VI. Magas alakja, amelynek tetője alig süllyed hátra, kedvez a rendelkezésre álló hely nagyságának, de rontja az aerodinamikát. Éppen ezért jelentősen csökken az általános aerodinamikai ellenállás (alsó, korszerűbb karosszéria) a Golf VII specifikációiban.
A Toyota Prius, a Honda Insight és az Opel Ampera csúszkák
Hogy mennyire fontos az alacsony légellenállás az irreális NEDC értékektől függetlenül, azt mutatja a benzinmotorok jelenlegi legnagyobb megtakarítói is. Mind a Toyota Priust, mind a Honda Insight-ot, mind a készülő Opel Amperát kevésbé jellemzi nagyon alacsony súlya (a bonyolult technológiával és a nagy akkumulátorokkal nehéz), mint a nagyon áramvonalas karosszériák 0,26 körüli ellenállási együtthatóval. Ha oldalról nézi a három hibridet, nagy hasonlóságokat fedez fel a csepp alakú test alakjában.
Frank Weber, a General Motors volt projektmenedzsere az Ampera iker Volthoz a fejlesztési szakasz elején kifejtette, hogy a 100 kilogrammos súlymegtakarítás csak néhány kilométerrel több elektromos hatótávolságot eredményez. Ezzel szemben az aerodinamika különösen fontos minden, teljesen vagy részben elektromos hajtású autó esetében. A tiszta égésű autókkal ellentétben az akkumulátorokkal nagy mennyiségű, korábban kinetikailag felépített energiát nyerhetnek vissza (minél nehezebb az autó, annál több). Ha azonban a hajtási energia visszafordíthatatlanul párolog el, mint hő a szélsúrlódásban, akkor logikusan már nem lehet felhasználni. Ezen túlmenően, különösen az elektromos hajtások erőteljes nyomatékukkal, viszonylag kevés erőfeszítést tesznek lehetővé, hogy álló tömegből is nagy súlyt gyorsítsanak fel. Ehelyett inkább nagy sebességgel gyengülnek.
De a jelenlegi hibrid járművek is élvezhetik az áramvonalas formát. Különösen a vitorlás funkciónak van itt új meghatározása. A hajókkal ellentétben a hibridek kikapcsolt és egyszerre kikapcsolt motorral "vitorláznak" (ellentétben a túllépett üzemanyag-leállítással) egy segítő villanymotorral különösen hosszú ideig, amikor a vezetési ellenállás, és ezért különösen a levegő kevéssé van kitéve. Az a szép dolog az aerodinamikában, hogy a fejlesztések viszonylag olcsók. Teddy Woll szerint a semmibe kerülnek, ha az alapvető formai tervezésről van szó. Az alvázpanelek, a spoilerek vagy az aktív mérőeszközök, például az elektromosan zárható radiátoros redőnyök viszont valamivel drágábbak. Alig van más intézkedés az üzemanyag-fogyasztás olyan olcsó csökkentésére, mint az aerodinamika.
A Daimer vezető aerodinamikusa, Teddy Woll a légellenállás fontosságáról
Woll: Az aerodinamika nagy hatással van az üzemanyag-fogyasztásra, és ez a fogyasztás növekszik a sebesség növekedésével. Attól függően, hogy melyik autót választja, az 50, 60 vagy 70 km/h sebességű légellenállás a domináns vezetési ellenállás. Vegyük a Smart-ot, nagyon könnyű, de nincs világbajnok húzási együtthatója. 50 km/h sebességtől a légellenállás meghaladja a gördülési ellenállást. Az S-osztályban a légellenállás dominál 70 km/h körüli sebességgel, az új B-osztályban 60 km/h sebességgel.
Mi a kapcsolat az aerodinamika és a fogyasztás között?
Woll: Van egy ökölszabály: ha 0,01-rel javítjuk az ellenállási együtthatót, az ECE-fogyasztás körülbelül 0,04 L/100 km-rel, vagyis egy gramm szén-dioxiddal csökken. A valós vásárlói fogyasztásnál ez akár egy liter tizede is megtakarítható ezzel a fejlesztéssel. Nagy autópálya-sebességnél akár fél literig is meg lehet haladni.
Hol van a c-érték hangkorlátja?
Woll: Ma olyan autókat tervezhetünk, amelyek Cd 0.2 alatt vannak. Másképp néznek ki, mint a mai járművek. Mégis mehet velük. A 0,2 lesz egy ideig a célérték számunkra.
Mi a helyzet az aerodinamikai fejlesztések költségeivel?
Woll: A sok aerodinamikai mérés nem kerül semmibe, az összes mérték az alaparányokhoz tartozik. Az olyan aktív elemek, mint az új B osztályú radiátor rács természetesen nem állnak rendelkezésre ingyen, de 0,01-rel javítják a vontatási együtthatót.
Van még mit javítani az autó homlokterének csökkentésén?
Woll: Igen, de a célok ütköznek a tér érzésével. Ma nem adhat el olyan autót olyan vásárlónak, amelyben szűkebbnek érzi magát, mint az előző modellnél.
Szeretne külső tükrök nélküli autókat?
Woll: Ha az új E-osztályban lévő nagyon jól formázott jelenlegi tükrök nélkül tennénk, akkor 0,007 körül javíthatnánk a húzási együtthatót. Az E osztályú Coupé 0,242-ről 0,235-ra javulna. De nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy manapság sok minden van a tükrökben, például kijelzők, a vakfolt-asszisztens kijelzői vagy a környező világítás. Ha a tükröket kamerákkal cseréli le, akkor először a monitoroknak kell helyet biztosítani. Ezenkívül borotvaéles képeket kell leadniuk - amint a tükörképekből megszokták. Ezenkívül az ilyen típusú fényképezőgépeket csak 2016-tól fogadja el a törvény Európában, világszerte azonban még nem.
Igaz, hogy az aerodinamika fontosabb az elektromos autóknál, mint a hagyományos meghajtású autóknál?
Woll: Így van - körülbelül kétszer olyan fontos. A hagyományos autókban sok mozgási energia veszik el. Elektromos autóval azonban ennek körülbelül a fele visszanyerés útján kerül vissza az autóba. Ez azt jelenti, hogy a gördülés és a légellenállás miatti visszafordíthatatlan veszteségek egyre fontosabbá válnak.
Mi értelme van a test leengedésének?
Woll: Tíz milliméter 0,003 és 0,004 között van, ez valami. Éppen ezért a légrugózással rendelkező Mercedes modellek automatikus süllyesztéssel rendelkeznek, a sebességtől függően - például 20 milliméterrel 140 km/h-tól.
Hogyan lehet ma pontosan megjeleníteni az aerodinamikai szimulációkat a számítógépen?
Woll: Ma jóval egy százalék alatti eltérés van a valós értékhez képest. Ha számolunk egy módosítást, egy éjszakára lesz szükség - a lehető legnagyobb számítási teljesítmény mellett. Tíz évvel ezelőtt ugyanez a művelet hat hónapot vett volna igénybe.
A szélcsatorna hamarosan felesleges lesz?
Woll: Egyáltalán nem. Ha jól elkészíti a szélcsatorna tesztsorozatát, naponta 40-50 tesztet hajthat végre. A számítógép nem képes erre. Az erős érv a szélzaj. Minden bizonnyal további 20 évbe telik, mire ésszerűen képviselni tudjuk ezeket a bonyolult kapcsolatokat a számítógépen. Ma a számítógép arra szolgál, hogy megértsük a befolyásoló változókat, és így megtaláljuk az optimalizálási megközelítéseket. A szélcsatorna különösen alkalmas a különböző változatok gyors átdolgozására. A számítógép és a szélcsatorna nagyszerű eszköz, és kéz a kézben működnek.