Rezistența aerului mașinii, rezistența la rulare, consum, eficiență, matematică - Buzzriders

„Ajutor, modelul meu a devenit cu 100 de kilograme mai ușor. Ce inseamna asta?"
"Ajutor, mașina mea are o valoare CW mai bună, ce îmi aduce asta?"
"Ajutor, cât de des pot accelera de la 0 la 100 până când rezervorul este gol?"

Vă puteți pune toate aceste întrebări teoretic și puteți ridica din umeri. Sau vă întrebați cum promisiunile producătorului privind o greutate mai mică și o rezistență mai mică la aer vor afecta consumul. Real și teoretic când auzi PR vorbind. Mi-am făcut asta și mi-am transmis rezultatele în acest moment. Am fost preocupat în primul rând de sentimentul pentru relații. Cu alte cuvinte, cu câte puncte procentuale ceva se îmbunătățește dacă îl optimizez. Aici efectele aerodinamice și de masă erau în prim-plan.

Mic avertisment: de fapt a fost mai mult o treabă pentru mine și pentru propria mea înțelegere. Prin urmare, am acordat relativ puțină atenție pictării diagramelor gata pentru a le hrăni și a le servi. Mă întreb dacă pot chiar să pictez diagrame frumos. Sub cheltuieli crescute, dar pentru mine nu merită. Dacă acum imitați, vă referiți la voi înșivă. De fapt, împărtășesc totul din întâmplare, pentru că așa sunt. Dar nu pictor. Ne învârtim în cerc. Dacă sunteți serios interesat, veți găsi toate linkurile importante de mai jos și datele ca o diagramă Excel pentru descărcare online.

Să începem cu un exercițiu ușor:

Cât de des îmi pot accelera mașina de la 0 la 100 și să folosesc câți litri?
Primul răspuns parțial: puteți accelera până când sunteți negru sau rezervorul este gol. Grozav! Asta ne aduce mai departe acum. Serios: cu o mașină care cântărește 1.000 de kilograme, veți folosi aproximativ 0,035 litri până când veți ajunge la 100 km/h. Dacă conduceți o mașină care este de două ori mai grea și cântărește 2.000 de kilograme, veți folosi 0,07 litri. Prin urmare, puteți accelera 28x cu mașina mai ușoară până când ați folosit 1 litru. Și cu mașina grea? Exact, 14x. Și dacă ați accelerat 1.419x sau 710x, în primul rând este foarte târziu, în al doilea rând vecinii v-au declarat nebun și în al treilea rând vă bucurați că ați ars 50 de litri. Ce rost are să accelerezi 1.400x inutil? Cum ar trebui să știu?

În oraș, sub aspecte mai realiste? Cu un semafor pornit până la 50 km/h, veți fi folosit 0,0088 litri cu lumina și 0,0176 litri cu mașina grea. Mijloace: Puteți porni de aproape 6.000 de ori cu bricheta de la brichetă la semafor și puteți juca până la 50 conform reglementărilor până când cei 50 de litri sunt deja înapoi în rezervor. Dacă vă împachetați mașina cu 100 de kilograme de cumpărături, veți putea accelera de aproximativ 500 de ori mai puțin până când cei 50 de litri se vor dizolva în CO2.

Iată un tabel de prezentare generală:

Pentru matematicienii dintre voi:
Ca valoare energetică pentru benzină, am setat valoarea 31.290 kJ/L sau 8.7 kWh/L. Am presupus că eficiența întregii tehnologii de acționare este de 35%. În consecință, valoarea energetică efectivă a combustibilului este redusă la 10.952 kJ/L. Pentru a calcula cantitatea necesară de energie, am deschis calculul simplu „Energie cinetică = 1/2 masă în kg (1.000) * viteza finală ^ 2 (27.78m/s)”. Rezultatul în kilojoule (386) împărțit la valoarea efectivă a energiei benzinei (10.952 kJ/L). Orice rezistență la frecare în afara vehiculului se spune că este zero.

Concluzie:
Dacă accelerezi foarte mult, consumi mai mult. Oh! Și dacă conduceți un vehicul mai greu, trebuie să folosiți mai multă energie pentru a aduce vehiculul la viteză. Ce! Așadar, amintiți-vă ca pe un factor important pentru consum: masă, masă, masă! Să trecem la următorul joc:

Ce aduce mai multă, mai puțină masă sau mai puțină rezistență la aer?
Din punct de vedere emoțional, am spune acum că economiile de greutate la mașini reduc semnificativ consumul. Micul de rezistență la aer este oricum pompă-pompă. Lovitură directă! Dacă vă limitați mașina la 50 km/h și scoateți toate treptele, cu excepția primelor două, puteți trăi bine cu o dietă a vehiculului. Slab în masă, mai economic în consum, bogat în timp.

Ceea ce putem suspecta și știi este când am acordat în mod miraculos atenție fizicii și ne-am îndrăgostit nebunește de minunile dinamicii fluidelor: Odată cu creșterea vitezei vehiculului, importanța masei și, astfel, orice economii de greutate scade drastic. Nimeni altcineva nu ar trebui să fie rușinat, chiar și matematicienii se tem de mecanica fluidelor!

Ce înseamnă asta pentru noi în practică: poate că vânzătorul de mașini vrea să te convingă cu argumentul că vehiculul nou-nouț a pierdut 100 de kilograme de masă. Iar consumul scade astfel în beciul cu benzină. L-a surprins înapoi convingător: „Cum funcționează cu călătorii constante pe autostradă cu 160?”. Cu această tactică de intimidare, puteți câștiga unul sau alt procent de reducere.

Amintiți-vă un lucru pentru asta: De la aproximativ 80 km/h, rezistența la aer joacă un rol din ce în ce mai important. Până la aproximativ 80 km/h, greutatea vehiculului joacă un rol mai mare. Acesta este un ghid foarte dur. Deci nu vorbim despre 79.81 sau 81.23. Poate fi, de asemenea, de 60 sau 90, în funcție de echipamentul vehiculului, caracteristicile de proiectare și alte trucuri.

Dacă vrei să știi exact?
Să intrăm în vehiculul X. Cântărește 1.500 de kilograme. Valoarea CW este 0,3. Ominos, dar inițial irelevant. Acum vă deplasați cu 10 km/h. Așa-numita „rezistență la rulare” (care depinde în esență de greutate) reprezintă acum 98%. Și rezistența la aer? N/A? 2%! Corect! Super, aleargă încet. Accelerați mașina în oraș la 50 km/h. Acum rezistența la rulare este de 70%. Rezistența la aer a crescut la 30%. Conduceți pe autostrada federală și aveți 100 pe vitezometru? Acum rezistența la rulare cedează complet și arată 37%. Continuați pe autostradă și temperatura este 160: rezistența la rulare este de 19%. Rezistența la aer reprezintă 81%. Acesta ar fi punctul în care ar trebui să-l întrebi din nou pe agentul de vânzări „Dacă am fi sub apă acum, greutatea mai joacă un rol în viteză?”.

Iată trei diagrame.
Graficul 1 arată creșterile de eficiență cu o reducere a greutății de -5%/- 10% și - 5%/- 10% rezistență la aer în funcție de viteză. Acolo este vorba doar despre forțele care acționează asupra vehiculului. Rezistența la rulare. Și rezistența la aer. Exprimat în Newtons. Mesaj: Dacă doriți să conduceți în oraș, aveți grijă de vehiculele ușoare. Dacă doriți să conduceți pe drumuri de țară și autostrăzi, obțineți un vehicul cu rezistență la aer scăzută.

Graficul 2 arată un „truc” pe BMW X3. Unul este un model disponibil comercial, a cărui greutate am redus-o cu 100 de kilograme și valoarea CW cu 10%. Aici mă uit la valorile de consum calculate pe baza modelului fizic (nu pe baza consumului real pe care nici eu, nici terții nu îl cunoaștem). Și aici se arată din nou că mai puțină greutate nu mai joacă un rol major din anumite intervale de viteză. Ceea ce contrazice de fapt X3 în acest sens: un vehicul cu o față mare, lată, cu greutate ridicată și valori scăzute ale CW. Fratele mai mare X5 nu face decât să o înrăutățească. Apropo de X5 ...

Graficul 3 Am devenit obișnuit: arată că un BMW Seria 7 este superior atât BMW X3, cât și BMW X5 în ceea ce privește rezistența la rulare și aer în aproape toate gamele de viteză. Serios? Seria 7 este superioară celor două SUV-uri? Fizica spune așa.

Graficul 2: BMW X3, „neunificat” vs -100 kg vs -10% CW

Graficul 3: BMW X3 vs X5 vs Seria 7

Cel cu greutatea suplimentară atașată ca masă (de ex. BMW X3)

Ca reamintire: vorbim despre eficiență, consum, rezistență și secretele anunțurilor publicitare ale producătorilor atunci când vorbesc din nou despre NEDC, greutate și economie. Nu vorbim despre preț, confortul călătoriei, marca, confortul la mers, spațiul portbagajului și alți mii de factori importanți pentru cumpărători.

General pentru „matematicieni”
Puteți descărca tabelul Excel online. Toate valorile de bază pentru calcularea rezistenței la rulare, a rezistenței la aer și a consumului sunt stocate în fișele de lucru respective. Restul este matematică simplă. De asemenea, am omis calcularea valorilor de accelerație ca un al treilea factor de forță (numai, așa cum s-a explicat deja mai sus, prin calcularea energiei cinetice), precum și înclinațiile mașinii în vânt, înclinațiile, distribuțiile sarcinii pe osie, factorii de masă și momentele de inerție. Calculatoarele de simulare ar trebui să facă asta.

Ce am învățat astăzi?
Aerodinamica îmbunătățită este la fel de importantă pentru vehicul ca economia de greutate. Punct. Cu toate acestea, aerodinamica devine din ce în ce mai importantă la viteze mai mari. Cu cât devine mai lent, cu atât devine mai importantă greutatea.

În cele din urmă, o diagramă excelentă a abilităților tale

Dacă aveți un picior stresant, toate măsurile luate de producător sunt inutile. Mai puțin drag. Greutate mai mică. Toate câștigurile de eficiență se vor pierde dacă rața nu poate înota. Remediu? Condus mai blând. Sau? Mașini care conduc singuri în câțiva ani;)

Și dacă încă nu v-ați saturat de a provoca praf tehnic:
- Rezistența la conducerea Wikipedia
- Unități de vehicule cu motor 2 - Cerințe de energie ale unui autovehicul (.pdf) -Dr.-Ing. Klaus Herzog
- Construcție ușoară în trenul de rulare (Google Books, 1996) - Hermann Oetting
- Bazele tehnologiei vehiculelor I și II (.pdf), Marcel Rev ﬁ
- Conducerea cu economie de combustibil (.pdf) de către prof. Dr. Ing. Hans-Peter Rabl și Dipl.-Ing. (FH) Igor Makarenko, Laboratorul de Motoare de Combustie și Controlul Emisiilor, Universitatea de Științe Aplicate Regensburg, Centrul de Științe Straubing, 8 decembrie 2008

Blogger din 2003. Expert în tehnologie, curios, interesat de schimbările tehnice ale vremurilor, susținător și sceptic al credinței în progres. Istoricul fostelor mele bloguri: MEX-Blog 2003-2005 (blog de afaceri), WoW-Blog 2005-2009 (blog de jocuri), 321Blog 2007 (eBay), BasicThinking 2003-2009 (Tech & Startups). Bloguri active: RobertBasic.de din 2009 și Buzzriders.com din 2011.

6 comentarii

[...] simulantul Tesla-S, el ar cunoaște legătura dintre creșterea rezistenței aerului cu viteze în creștere. Motorul trebuie să utilizeze din ce în ce mai multă putere pentru a depăși presiunea aerului. Până când [...]

[…] Nu este nevoie de un fir nou pe tema greutății etc., webul este plin de informații. Un efort special a fost făcut aici: Autoturisme: rezistență la aer, rezistență la rulare, consum, eficiență, matematică | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ [...]

[...] Mașini: rezistență la aer, rezistență la rulare, consum, eficiență, matematică | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ [...]

[…] Cu toate acestea, acest lucru se aplică călătoriilor de fond, unde masa vehiculului devine secundară. Atunci consumul crește semnificativ. Dacă vehiculul se deplasează în oraș, ceea ce contează este masa care trebuie accelerată. Aceasta [...]

[...] dacă vă plac cifrele specifice, puteți citi articolul bun de Robert Basic, în care influența greutății vehiculului și a rezistenței aerului este, de asemenea, arătată folosind exemple [...]

[...] dacă nu te plimbi doar în zona 30, greutatea este relativ irelevantă. Mașini: rezistență la aer, rezistență la rulare, consum, eficiență, matematică - Buzzriders __________________ J11, [...]