Az autó légellenállása, gördülési ellenállása, fogyasztása, hatékonysága, matematika - Buzzriders
„Segítség, a modellem 100 kilogrammal könnyebb lett. Mit is jelent ez?"
"Segítség, a kocsimnak jobb a CW értéke, mit jelent nekem?"
"Segítség, milyen gyakran gyorsulhatok 0-ról 100-ra, amíg a tartály ki nem ürül?"
Mindezeket a kérdéseket elméletileg felteheti magának, és vállat von. Vagy kíváncsi arra, hogy a gyártó ígéretei a kisebb tömegről és az alacsonyabb légellenállásról hogyan befolyásolják a fogyasztást. Valódi és elméleti, amikor hallja a PR beszédét. Ezt megtettem magamnak, és ezen a ponton továbbadtam az eredményeimet. Elsősorban a kapcsolatok iránti érzés foglalkoztatott. Más szavakkal: hány százalékponttal javul valami, ha optimalizálom. Itt az aerodinamikai és tömeghatások voltak az előtérben.
Apró figyelmeztetés: valójában ez inkább nekem való munka és a saját megértésem volt. Ezért viszonylag kevés figyelmet fordítottam a táblázatok étkezésre kész és tálalásra kész festésére. Kíváncsi vagyok, tudok-e még szépen is diagramokat festeni. Megnövekedett költségek alatt, de nekem nem éri meg. Ha most utánoz, akkor önmagára utal. Valójában inkább véletlenül osztom meg az egészet, mert ilyen vagyok. De nem festő. Körben forogunk. Ha komolyan érdekli, megtalálja az összes fontos linket és az adatokat Excel-diagramként az online letöltéshez.
Kezdjük egy könnyű gyakorlattal:
Milyen gyakran gyorsíthatom az autómat 0-ról 100-ra, és hány litert használhatok fel?
Első részleges válasz: Gyorsíthat, amíg fekete nem lesz, vagy a tartály ki nem ürül. Nagy! Ez most tovább visz minket. Komolyan: 1000 kilogrammos gépkocsival kb. 0,035 litert használ fel, amíg el nem éri a 100 km/h-t. Ha kétszer olyan nehéz autóval közlekedik, amelynek súlya 2000 kilogramm, akkor 0,07 litert használ fel. Ezért 28-szor gyorsulhat az öngyújtó autóval, amíg el nem használja 1 litert. És a nehéz autóval? Pontosan, 14x. És ha 1419x vagy 710x gyorsítottál, akkor először is nagyon késő van, másodszor a szomszédok őrültnek nyilvánítottak, harmadszor pedig örülsz, hogy 50 litert égett el. Mi értelme van feleslegesen felgyorsítani az 1.400x-ot? Honnan kéne tudnom?
A városban, reálisabb szempontok szerint? A jelzőlámpánál, akár 50 km/h-s indulásig, 0,0088, a nehéz autóval pedig 0,0176 litert használt fel. Ez azt jelenti: Csaknem 6000-szer indulhat el az öngyújtóval a jelzőlámpánál, és az előírásoknak megfelelően akár 50-ig is sugározhat, amíg az 50 liter már vissza nem kerül a tartályba. Ha 100 kiló vásárlással csomagolod autóját, körülbelül 500-szor kevesebbet tudsz gyorsulni, amíg az 50 liter CO2-ban fel nem oldódik.
Itt van egy áttekintő táblázat:
A köztetek lévő matematikusok számára:
A benzin energiaértékeként 31 290 kJ/L vagy 8,7 kWh/L értéket állítottam be. Feltételeztem, hogy a teljes hajtástechnika hatékonysága 35%. Ennek megfelelően az üzemanyag tényleges energiaértéke 10 952 kJ/L-re csökken. A szükséges energiamennyiség kiszámításához megnyitottam az egyszerű számítást: „Kinetikus energia = 1/2 tömeg kg (1000) * végsebesség ^ 2 (27,78m/s)”. Az eredmény kilojoule-ban (386) elosztva a benzin tényleges energiaértékével (10 952 kJ/L). A járművön kívüli bármilyen súrlódási ellenállás nulla.
Következtetés:
Ha sokat gyorsít, többet fogyaszt. Oh! És ha nehezebb járművet vezet, akkor több energiát kell használnia, hogy a jármű felgyorsuljon. Mit! Ne feledje tehát önmagát, mint a fogyasztás fontos tényezőjét: tömeg, tömeg, tömeg! Térjünk át a következő játékra:
Mitől lehet nagyobb, kevesebb tömeg vagy kevesebb légellenállás?
Érzelmileg most azt mondanánk, hogy az autók súlymegtakarítása jelentősen csökkenti a fogyasztást. Ez a kis légellenállás egyébként szivattyú-szivattyú. Telitalálat! Ha az autóját 50 km/h-ra korlátozza, és az első kettő kivételével minden sebességfokozatot kivesz, akkor jármű-étrenddel is jól élhet. Gyenge tömeg, gazdaságosabb a fogyasztás, időben gazdag.
Amire gyanakodhatunk és tudhatunk, amikor csodával határos módon odafigyeltünk a fizikára és őrülten beleszerettünk a folyadékdinamika csodáiba: A jármű sebességének növekedésével a tömeg és ezáltal a súlymegtakarítás jelentősége drasztikusan csökken. Senki másnak nem szabad szégyenkeznie, még a matematikusok is félnek a folyadékmechanikától!
Mit jelent ez számunkra a gyakorlatban: Előfordulhat, hogy az autókereskedő meg akarja győzni Önt azzal az érvvel, hogy a vadonatúj jármű 100 kilogramm tömeget fogyott. És a fogyasztás így csökken a benzinpincében. Meglepően meglepte: "Hogyan viselkedik ez az állandó autópálya-utazásokkal 160-mal?". Ezzel a megfélemlítési taktikával megnyerheti az egyik vagy másik kedvezmény százalékát.
Emlékezzen erre egy dologra: Körülbelül 80 km/h-tól a légellenállás egyre nagyobb szerepet játszik. Kb. 80 km/h-ig a jármű súlya játszik nagyobb szerepet. Ez egy nagyon durva útmutató. Tehát nem 79.81-ről vagy 81.23-ról beszélünk. 60 vagy 90 is lehet, a jármű felszereltségétől, tervezési jellemzőitől és egyéb trükköktől függően.
Ha pontosan tudni akarja?
Üljünk be az X járműbe. Súlya 1500 kiló. A CW értéke 0,3. Baljós, de kezdetben lényegtelen. Most 10 km/h sebességgel halad. Az úgynevezett "gördülési ellenállás" (amely lényegében a súlytól függ) most 98% -ot tesz ki. És a légellenállás? N/A? 2%! Helyes! Remek, lassan fut. 50 km/h-ra gyorsítja az autót a városban. Most a gördülési ellenállás 70%. A légellenállás 30% -ra nőtt. A szövetségi autópályán halad, és 100 van a sebességmérőn? Most a gördülési ellenállás teljesen feladja és 37% -ot mutat. Haladjon tovább az autópályán, és a hőmérséklet 160: A gördülési ellenállás 19%. A légellenállás 81%. Ez az a pont, amikor újra meg kellene kérdeznie az eladót: "Ha most víz alatt lennénk, a súly még mindig játszik szerepet a sebességben?".
Itt van három diagram.
Az 1. ábra a hatékonyság növekedését mutatja -5%/- 10% súlycsökkenéssel és - 5%/- 10% légellenállással a sebességtől függően. Ott csak a járműre ható erőkről van szó. A gördülési ellenállás. És a légellenállás. Newtonban kifejezve. Üzenet: Ha a városban szeretne vezetni, vigyázzon a könnyű járművekre. Ha országutakon és autópályákon szeretne vezetni, szerezzen alacsony légellenállású járművet.
A 2. ábra egy "trükköt" mutat be a BMW X3-on. Az egyik egy kereskedelemben kapható modell, amelynek súlyát 100 kilóval csökkentem, a CW-értéket pedig 10% -kal. Itt aztán a fizika modell alapján megnézem a kiszámított fogyasztási értékeket (nem azok alapján a valós fogyasztási szintek alapján, amelyeket sem én, sem harmadik felek nem tudunk). Itt is újból bebizonyosodik, hogy a kisebb súly már nem játszik fő szerepet bizonyos sebességtartományokban. Ami ebben az értelemben valóban ellentmond az X3-nak: nagy, széles elülső, nagy tömegű és rossz CW értékű jármű. Az X5 nagy testvér csak még rosszabbá teszi. Apropó az X5 ...
3. ábra: Gyakori leszek: Ez azt mutatja, hogy egy 7. sorozatú BMW szinte minden sebességtartományban felülmúlja a BMW X3-at és a BMW X5-öt mind gördülési, mind légellenállási szempontból. Komolyan? A 7. széria felülmúlja a két terepjárót? A fizika azt mondja.
2. ábra: BMW X3, "tuning" vs -100 kg vs -10% CW
3. ábra: BMW X3 vs X5 vs 7-es sorozat
Aki a kiegészítő súlyt asztalként rögzíti (pl. BMW X3)
Emlékeztetőül: a hatékonyságról, a fogyasztásról, az ellenállásról és a gyártók reklámhirdetéseinek titkairól beszélünk, amikor ismét a NEDC-ről, a súlyról és a gazdaságosságról beszélnek. Nem az árról, az utazási kényelemről, a márkáról, a menetkényelemről, a csomagtartó térfogatáról és a vásárlók számára fontos egyéb tényezőkről beszélünk.
A "matematikusok" tábornoka
Online letöltheti az Excel táblázatot. A gördülési ellenállás, a légellenállás és az üzemanyag-fogyasztás kiszámításához szükséges összes alapértéket a megfelelő munkalapok tárolják. A többi egyszerű matematika. Kihagytam továbbá a gyorsulási értékek, mint harmadik erőfaktor számítását (csak, amint azt a fentiekben már kifejtettük, a kinetikus energia kiszámításával), valamint az autó szélirányú hajlásait, lejtéseit, tengelyterhelés-eloszlásait, tömegtényezőit és a tehetetlenségi nyomatékokat. A szimulációs számítógépeknek ezt meg kell tenniük.
Mit tanultunk ma?
A továbbfejlesztett aerodinamika ugyanolyan fontos a járműben, mint a súlymegtakarítás. Pont. Az aerodinamika azonban nagyobb sebességgel egyre fontosabbá válik. Minél lassabban válik, annál fontosabbá válik a súly.
Végül egy nagyszerű készségdiagram
Ha stresszes a lábad, akkor a gyártó minden intézkedése haszontalan. Kevesebb húzás. Könnyebb súly. Minden hatékonyságnövekedés elvész, ha a kacsa nem tud úszni. Jogorvoslat? Szelídebb vezetés. Vagy? Önvezető autók néhány év alatt;)
És ha még mindig nem volt elegendő a mérnöki por felkavarása:
- A Wikipedia vezetési ellenállása
- Gépjármű-hajtások 2 - Gépjármű energiaigénye (.pdf) -Dr.-Ing. Klaus Herzog
- Könnyű konstrukció a hajtóműben (Google Books, 1996) - Hermann Oetting
- Az I. és II. Járműtechnika alapjai (.pdf), Marcel Rev
- Üzemanyag-takarékos vezetés (.pdf): Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Rabl és Dipl.-Ing. (FH) Igor Makarenko, Égőgépek és emissziószabályozó laboratórium, Regensburgi Alkalmazott Tudományok Egyetem, Straubingi Tudományos Központ, 2008. december 8.
Blogger 2003 óta. Technikában jártas, kíváncsi, érdekli az idők technikai változásai, támogatja és szkeptikus a haladásba vetett hitben. Volt blogjaim eredményei: MEX-Blog 2003-2005 (üzleti blog), WoW-Blog 2005-2009 (játékblog), 321Blog 2007 (eBay), BasicThinking 2003-2009 (Tech & Startups). Aktív blogok: 2009 óta a RobertBasic.de és 2011 óta a Buzzriders.com.
6 megjegyzés
[...] a Tesla-S szimulánst, tudná a kapcsolatot a növekvő sebességű légellenállás növekedése között. A motornak egyre több energiát kell használnia a légnyomás leküzdésére. Amíg [...]
[…] Nincs szükség új szálra a súly stb. Témában, az internet tele van információkkal. Különleges erőfeszítéseket tettek itt: Személygépkocsik: légellenállás, gördülési ellenállás, fogyasztás, hatékonyság, matematika | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]
[…] Autók: légellenállás, gördülési ellenállás, fogyasztás, hatékonyság, matematika | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]
[…] Ez azonban vonatkozik a terepjárókra, ahol a jármű tömege másodlagos lesz. Ezután a fogyasztás jelentősen megnő. Ha a jármű a városban mozog, akkor az a tömeg számít, amelyet fel kell gyorsítani. Ez [...]
[...] ha szereted a konkrét számokat, elolvashatod Robert Basic jó cikkét, amelyben példákkal mutatják be a jármű tömegének és a légellenállásának a hatását is [...]
[...] ha nem csak a 30-as zónában jár, akkor a súly viszonylag lényegtelen. Autók: Légellenállás, gördülési ellenállás, fogyasztás, hatékonyság, matematika - Buzzriderek __________________ J11, [...]