Odpor vzduchu v aute, valivý odpor, spotreba, účinnosť, matematika - Buzzriders
"Pomoc, môj model bol ľahší o 100 kilogramov." Čo to znamená?"
„Pomôžte, moje auto má lepšiu hodnotu CW, čo mi k tomu pomôže?“
„Pomoc, ako často môžem akcelerovať z 0 na 100, kým nie je nádrž prázdna?“
Všetky tieto otázky si môžete položiť teoreticky a pokrčiť plecami. Alebo ste zvedaví, ako prísľuby výrobcu s menšou hmotnosťou a menším odporom vzduchu ovplyvnia spotrebu. Skutočné a teoretické, keď počujete hovoriť PR. Urobil som to pre seba a v tejto chvíli odovzdávam svoje výsledky. Primárne mi išlo o cit pre vzťahy. Inými slovami, o koľko percentných bodov sa niečo zlepší, keď to optimalizujem. Tu boli v popredí aerodynamické a hmotnostné efekty.
Malé varovanie: v skutočnosti to bola skôr práca pre mňa a moje vlastné pochopenie. Pomerne malú pozornosť som preto venoval maľovaniu grafov pripravených na jedlo a pripravených na podávanie. Zaujímalo by ma, či dokážem aj pekne maľovať tabuľky. Pod zvýšenými výdavkami, ale nestojí mi to za to. Ak teraz napodobňujete, máte na mysli seba. Vlastne to celé zdieľam viac náhodou, pretože som taký. Nie však maliar. Točíme sa v kruhu. Ak máte vážny záujem, nižšie nájdete všetky dôležité odkazy a údaje vo formáte tabuľky Excel na stiahnutie online.
Začnime ľahkým cvičením:
Ako často môžem zrýchliť svoje auto z 0 na 100 a spotrebovať koľko litrov?
Prvá čiastočná odpoveď: Môžete akcelerovať, až kým nebudete čierni alebo kým nebude nádrž prázdna. Skvelé! To nás teraz posúva ďalej. Vážne: S autom s hmotnosťou 1 000 kilogramov spotrebujete približne 0,035 litra, kým nedosiahnete 100 km/h. Ak jazdíte na aute, ktoré je dvakrát také ťažké a váži 2 000 kilogramov, spotrebujete 0,07 litra. S ľahším autom môžete preto akcelerovať 28-násobne, kým nespotrebujete 1 liter. A s ťažkým autom? Presne 14x. A ak ste akcelerovali 1 419x alebo 710x, po prvé je to veľmi neskoro, po druhé vás susedia vyhlásili za nepríčetného a po tretie ste šťastní, že ste spálili 50 litrov. Aký zmysel má zbytočné zrýchlenie 1 400x? Ako to mám vedieť?
V meste pod realistickejšími aspektmi? Na semafore so štartom do 50 km/h budete spotrebovať 0,0088 litra svetla a 0,0176 litra ťažkého vozidla. Znamená: Môžete štartovať takmer 6 000-krát s ľahším speedsterom na semafore a tryskať až 50 podľa predpisov, až kým nebude 50 litrov úplne v nádrži. Ak nabalíte do auta 100 kíl nákupov, budete môcť akcelerovať asi 500-krát menej, kým sa 50 litrov nerozpustí na CO2.
Tu je prehľadná tabuľka:
Pre matematikov medzi vami:
Ako energetickú hodnotu pre benzín som nastavil hodnotu 31 290 kJ/l alebo 8,7 kWh/l. Účinnosť celej technológie pohonu som predpokladal na 35%. Podľa toho sa efektívna energetická hodnota paliva zníži na 10 952 kJ/l. Pre výpočet potrebného množstva energie som otvoril jednoduchý výpočet „Kinetická energia = 1/2 hmotnosti v kg (1 000) * konečná rýchlosť ^ 2 (27,78 m/s)“. Výsledok v kilojouloch (386) vydelený efektívnou energetickou hodnotou benzínu (10 952 kJ/l). Akýkoľvek trecí odpor mimo vozidla sa považuje za nulový.
Záver:
Ak veľa akcelerujete, spotrebujete viac. Och! A ak jazdíte s ťažším vozidlom, musíte na jeho zrýchlenie použiť viac energie. Čo! Pamätajte teda na seba ako na dôležitý faktor spotreby: hmotnosť, hmotnosť, hmotnosť! Prejdime k ďalšej hre:
Čo prináša väčší, menší objem alebo menší odpor vzduchu?
Emocionálne by sme teraz povedali, že úspora hmotnosti na automobiloch výrazne znižuje spotrebu. Trochu odporu vzduchu je aj tak čerpadlo-čerpadlo. Priamy zásah! Ak obmedzíte auto na 50 km/h a vyradíte všetky prevodové stupne okrem prvých dvoch, môžete ľahko žiť s diétou pre vozidlá. Nízka hmotnosť, ekonomická spotreba, bohatá na čas.
Môžeme tušiť a vedieť, že keď sme zázrakom venovali pozornosť fyzike a šialene sme sa zamilovali do zázrakov dynamiky tekutín: So zvyšujúcou sa rýchlosťou vozidla významne klesá hmotnosť a tým aj akákoľvek úspora hmotnosti. Hanbiť by sa nemal nikto iný, dokonca aj matematici sa obávajú mechaniky tekutín!
Čo to pre nás znamená v praxi: Môže sa stať, že vás predajca automobilov chce presvedčiť argumentom, že úplne nové vozidlo stratilo 100 kilogramov hmotnosti. A spotreba tak klesá v benzínovej pivnici. Prekvapivo ho prekvapil späť: „Ako to funguje pri neustálych cestách po diaľnici so 160?“. Vďaka tejto taktike zastrašovania môžete vyhrať jedno alebo druhé percento zľavy.
Pamätajte si na to jednu vec: Od rýchlosti okolo 80 km/h hrá odpor vzduchu čoraz dôležitejšiu úlohu. Do približne 80 km/h hrá dôležitejšiu úlohu hmotnosť vozidla. Toto je veľmi hrubý sprievodca. Nehovoríme teda o 79,81 alebo 81,23. Môže to byť tiež 60 alebo 90, v závislosti od výbavy vozidla, dizajnových prvkov a ďalších trikov.
Ak to chcete vedieť presne?
Nastúpime do vozidla X. Váži 1 500 kíl. Hodnota CW je 0,3. Zlovestný, ale spočiatku irelevantný. Teraz sa pohybujete rýchlosťou 10 km/h. Takzvaný „valivý odpor“ (ktorý v podstate závisí od hmotnosti) teraz tvorí 98%. A odpor vzduchu? N/A? 2%! Správne! Super, beží pomaly. V meste zrýchlite auto na 50 km/h. Teraz je valivý odpor 70%. Odpor vzduchu sa zvýšil na 30%. Jazdíte po federálnej diaľnici a máte 100 na tachometri? Teraz sa valivý odpor úplne vzdá a vykazuje 37%. Pokračujte po diaľnici a teplota je 160: Valivý odpor je 19%. Odpor vzduchu tvorí 81%. To by bol bod, v ktorom by ste sa museli predajcu znova opýtať: „Keby sme teraz boli pod vodou, hrá stále váha úlohu v rýchlosti?“.
Tu sú tri grafy.
Graf 1 ukazuje zvýšenie účinnosti pri -5%/- 10% znížení hmotnosti a - 5%/- 10% odporu vzduchu v závislosti od rýchlosti. Tam ide iba o sily, ktoré pôsobia na vozidlo. Valivý odpor. A odpor vzduchu. Vyjadrené v Newtonoch. Správa: Ak chcete jazdiť v meste, starajte sa o ľahké vozidlá. Ak chcete jazdiť po poľných cestách a diaľniciach, zaobstarajte si vozidlo s nízkym odporom vzduchu.
Graf 2 ukazuje „vychytávku“ na BMW X3. Jedným z nich je komerčne dostupný model, ktorého váhu som znížil o 100 kíl a hodnotu CW o 10%. Tu sa potom pozriem na vypočítané hodnoty spotreby na základe fyzikálneho modelu (nie na základe skutočných úrovní spotreby, ktoré ani ja, ani tretie strany nepoznáme). Aj tu sa opäť ukazuje, že pri určitých rýchlostných rozsahoch už nehrá menšia váha hlavnú úlohu. Čo je v rozpore s X3 v tomto zmysle: Vozidlo s veľkou, širokou prednou časťou, vysokou hmotnosťou a zlými hodnotami CW. Veľký brat X5 to len zhoršuje. Keď už hovoríme o X5 ...
Graf 3, to považujem za bežné: Ukazuje sa, že BMW radu 7 je z hľadiska valenia a odporu vzduchu v takmer všetkých rýchlostných pásmach lepšie ako BMW X3 a BMW X5. vážne? Séria 7 je nadradená týmto dvom SUV? Fyzika to hovorí.
Graf 2: BMW X3, „nenaladený“ vs -100 kg vs -10% CW
Graf 3: BMW X3 vs X5 vs 7 Series
Ten s prídavnou hmotnosťou pripevnenou ako stôl (napr. BMW X3)
Pripomíname: Hovoríme o efektívnosti, spotrebe, odolnosti a tajomstvách reklamných oznámení výrobcov, keď opäť hovoria o NEDC, hmotnosti a hospodárnosti. Nehovoríme o cene, cestovnom pohodlí, značke, jazdnom pohodlí, objeme kufra a ďalších tisíckach faktorov, ktoré sú pre kupujúcich dôležité.
Všeobecne pre „matematikov“
Tabuľku Excel si môžete stiahnuť online. Všetky základné hodnoty pre výpočet valivého odporu, odporu vzduchu a spotreby paliva sú uložené v príslušných pracovných listoch. Zvyšok je jednoduchá matematika. Vynechal som tiež výpočet hodnôt zrýchlenia ako tretieho silového faktora (iba, ako už bolo vysvetlené vyššie, výpočtom kinetickej energie), ako aj sklony automobilu vo vetre, sklony, rozloženie zaťaženia nápravy, hmotnostné faktory a momenty zotrvačnosti. Mali by to robiť simulačné počítače.
Čo sme sa dnes dozvedeli?
Vylepšená aerodynamika je pre vozidlo rovnako dôležitá ako úspora hmotnosti. Bod. Aerodynamika však vo vyšších rýchlostiach nadobúda čoraz väčší význam. Čím je to pomalšie, tým dôležitejšia je váha.
Na záver skvelá tabuľka vašich schopností
Ak máte namáhanú nohu, všetky opatrenia, ktoré prijal výrobca, sú zbytočné. Menej ťahania. Ľahšia váha Ak kačica nedokáže plávať, stratí sa celý nárast účinnosti. Náprava? Nežnejšia jazda. Alebo? Samoriadiace autá o pár rokov;)
A ak ešte stále nemáte dosť zvyšovania technického prachu:
- Wikipedia jazdný odpor
- Pohon motorového vozidla 2 - Energetická náročnosť motorového vozidla (.pdf) -Dr.-Ing. Klaus Herzog
- Ľahká konštrukcia v hnacom ústrojenstve (Google Books, 1996) - Hermann Oetting
- Základy technológie vozidiel I a II (.pdf), Marcel Rev
- Jazda na úsporu paliva (.pdf) prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Rabl a Dipl.-Ing. (FH) Igor Makarenko, laboratórium spaľovacích motorov a regulácie emisií, University of Applied Sciences Regensburg, Science Center Straubing, 8. decembra 2008
Blogger od roku 2003. Technicky zdatný, zvedavý, zaujímajúci sa o technické zmeny doby, podporovateľ a skeptik viery v pokrok. Výsledky mojich bývalých blogov: MEX-Blog 2003-2005 (obchodný blog), WoW-Blog 2005-2009 (herný blog), 321Blog 2007 (eBay), BasicThinking 2003-2009 (Tech & Startups). Aktívne blogy: RobertBasic.de od roku 2009 a Buzzriders.com od roku 2011.
6 komentárov
[...] simulant Tesla-S, poznal by súvislosť medzi zvýšením odporu vzduchu a rastúcimi rýchlosťami. Na prekonanie tlaku vzduchu musí motor používať čoraz viac energie. Až kým [...]
[...] Nie je potrebné nové vlákno na tému hmotnosti atď., Web je plný informácií. Tu sa vyvinulo osobitné úsilie: Osobné automobily: odpor vzduchu, valivý odpor, spotreba, účinnosť, matematika | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]
[…] Automobily: odpor vzduchu, valivý odpor, spotreba, účinnosť, matematika | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]
[…] To však platí pre cesty bežkami, kde sa hmotnosť vozidla stáva druhoradou. Potom sa spotreba výrazne zvyšuje. Ak sa vozidlo pohybuje v meste, je dôležitá hmotnosť, ktorú je potrebné zrýchliť. To [...]
[...] ak máte radi konkrétne čísla, môžete si prečítať dobrý článok od Roberta Basic, v ktorom je na príkladoch uvedený aj vplyv hmotnosti vozidla a odporu vzduchu [...]
[...] ak nechodíte len v zóne 30, váha je relatívne irelevantná. Automobily: Odpor vzduchu, valivý odpor, spotreba, účinnosť, matematika - Buzzriders __________________ J11, [...]