Автомобилен плъзгач, съпротивление при търкаляне, разход, ефективност, математика - зубри

„Помощ, моделът ми стана със 100 килограма по-лек. Какво означава това?"
„Помощ, колата ми има по-добра CW стойност, какво има за мен?“
„Помощ, колко често мога да ускоря от 0 до 100, докато резервоарът се изпразни?“

Можете да си зададете всички тези въпроси теоретично и да свиете рамене. Или се чудите как обещанията на производителя за по-малко тегло и по-ниско въздушно съпротивление ще повлияят на консумацията. Реално и теоретично, когато чуете PR да говори. Направих си това и предадох резултатите си в този момент. Занимавах се преди всичко с чувство за връзките. С други думи, с колко процентни пункта нещо се подобрява, ако го оптимизирам. Тук аеродинамичните и масовите ефекти бяха на преден план.

Малко предупреждение: всъщност това беше по-скоро работа за мен и моето собствено разбиране. Затова обърнах сравнително малко внимание на рисуването на класациите, готови за вас за ядене и готови за сервиране. Чудя се дали мога дори да рисувам добре графики. При увеличени разходи, но не ми струва. Ако имитирате сега, имате предвид себе си. Всъщност споделям всичко по-случайно, защото такъв съм. Но не и художник. Въртим се в кръг. Ако се интересувате сериозно, ще намерите всички важни връзки по-долу и данните като диаграма на Excel за онлайн изтегляне.

Нека започнем с леко упражнение:

Колко често мога да ускоря колата си от 0 до 100 и да използвам колко литра?
Първи частичен отговор: Можете да ускорите, докато не почернеете или резервоарът не се изпразни. Страхотен! Това ни води още повече сега. Сериозно: С кола, която тежи 1000 килограма, ще консумирате около 0,035 литра, докато не достигнете 100 км/ч. Ако карате кола, която е два пъти по-тежка и тежи 2000 килограма, ще използвате 0,07 литра. Следователно можете да ускорите 28 пъти с по-леката кола, докато не използвате 1 литър. А с тежката кола? Точно, 14x. И ако сте ускорили 1419x или 710x, първо е много късно, второ съседите са ви обявили за невменяем и трето сте щастливи, че сте изгорили 50 литра. Какъв е смисълът да ускорявате 1400 пъти ненужно? Откъде трябва да знам?

В града, под по-реалистични аспекти? При стартиране на светофар до 50 км/ч ще сте използвали 0,0088 литра със светлината и 0,0176 литра с тежката кола. Означава: Можете да стартирате почти 6000 пъти с по-лекия скорост на светофара и да изстреляте до 50 според регламента, докато 50-те литра вече са в резервоара. Ако опаковате колата си със 100 килограма покупки, ще можете да ускорите около 500 пъти по-малко, докато 50-те литра се разтворят в CO2.

Ето обща таблица:

За математиците сред вас:
Като енергийна стойност на бензина съм задал стойността 31,290 kJ/L или 8,7 kWh/L. Предположих, че ефективността на цялата задвижваща технология е 35%. Съответно ефективната енергийна стойност на горивото е намалена до 10 952 kJ/L. За да изчисля необходимото количество енергия, отворих простото изчисление „Кинетична енергия = 1/2 маса в кг (1000) * крайна скорост ^ 2 (27,78m/s)“. Резултатът в килоджаули (386), разделен на ефективната енергийна стойност на бензина (10 952 kJ/L). Всяко съпротивление на триене извън превозното средство се казва, че е нула.

Заключение:
Ако ускорите много, консумирате повече. О! И ако шофирате по-тежко превозно средство, трябва да използвате повече енергия, за да ускорите автомобила. Какво! Така че запомнете себе си като важен фактор за консумация: маса, маса, маса! Нека да преминем към следващата игра:

Какво носи повече, по-малко маса или по-малко въздушно съпротивление?
Емоционално сега бихме казали, че спестяването на тегло на автомобилите значително намалява потреблението. Това малко въздушно съпротивление така или иначе е помпа-помпа. Директен удар! Ако ограничите колата си до 50 км/ч и извадите всички предавки, с изключение на първите две, можете лесно да живеете с диета за превозно средство. Бедна на маса, по-икономична на потребление, богата на време.

Това, което можем да подозираме и знаем, е, когато по чудо обърнахме внимание на физиката и се влюбихме лудо в чудесата на динамиката на течностите: С увеличаване на скоростта на превозното средство значението на масата и по този начин всяко спестяване на тегло намалява драстично. Никой друг не трябва да се срамува, дори математиците се страхуват от механиката на флуидите!

Какво означава това за нас на практика: Може да се окаже, че продавачът на автомобили иска да ви убеди с аргумента, че чисто новото превозно средство е загубило 100 килограма маса. И потреблението по този начин намалява в избата за бензин. Изненада го убедително: „Как се държи при постоянни пътувания по магистрала със 160?“. С тази тактика за сплашване можете да спечелите единия или другия процент на отстъпка.

Запомнете едно нещо за това: От около 80 км/ч, въздушното съпротивление играе все по-важна роля. До около 80 км/ч теглото на автомобила играе по-голяма роля. Това е много грубо ръководство. Така че не говорим за 79,81 или 81,23. Може да бъде и 60 или 90, в зависимост от оборудването на превозното средство, дизайнерските характеристики и други трикове.

Ако искате да знаете точно?
Нека да се качим в превозно средство X. Тежи 1500 килограма. Стойността на CW е 0,3. Зловещо, но първоначално без значение. Сега се движите с 10 км/ч. Така нареченото "съпротивление при търкаляне" (което по същество зависи от теглото) сега съставлява 98%. А въздушното съпротивление? N/A? 2%! Правилно! Страхотно, тича бавно. Ускорявате колата в града до 50 км/ч. Сега съпротивлението при търкаляне е 70%. Въздушното съпротивление се е увеличило до 30%. Шофирате ли по федералната магистрала и имате 100 на скоростомера? Сега съпротивлението при търкаляне напълно се отказва и показва 37%. Продължете по магистралата и температурата е 160: Съпротивлението при търкаляне е 19%. Въздушното съпротивление е 81%. Това би бил моментът, в който ще трябва отново да попитате продавача „Ако сега бяхме под вода, теглото все още ли играе роля в скоростта?“.

Ето три диаграми.
Графика 1 показва повишаване на ефективността с -5%/- 10% намаляване на теглото и - 5%/- 10% въздушно съпротивление в зависимост от скоростта. Там става въпрос само за силите, които действат върху превозното средство. Съпротивлението при търкаляне. И въздушното съпротивление. Изразено в нютони. Съобщение: Ако искате да карате в града, погрижете се за леки превозни средства. Ако искате да карате по селски пътища и магистрали, вземете превозно средство с ниско въздушно съпротивление.

Графика 2 показва "трик" на BMW X3. Единият е търговски модел, чието тегло съм намалил със 100 килограма, а стойността на CW с 10%. След това разглеждам изчислените стойности на потреблението въз основа на физическия модел (не на базата на реалните нива на потребление, които нито аз, нито трети страни знаем). И тук отново е показано, че по-малкото тегло вече не играе основна роля от определени диапазони на скоростта. Какво всъщност противоречи на X3 в този смисъл: превозно средство с голяма, широка предна част, голямо тегло и лоши стойности на CW. Големият брат X5 само го влошава. Говорейки за X5 ...

Графика 3, срещам се често: Показва, че BMW от серия 7 превъзхожда BMW X3 и BMW X5 по отношение на търкалянето и въздушното съпротивление в почти всички диапазони на скоростта. сериозно? Серията 7 е по-добра от двата SUV? Физиката казва така.

Графика 2: BMW X3, "незастроен" срещу -100 кг срещу -10% CW

Графика 3: BMW X3 срещу X5 срещу 7 Серия

Този с допълнително тегло, прикрепен като маса (например BMW X3)

Като напомняне, говорим за ефективност, консумация, устойчивост и тайните на рекламните съобщения на производителите, когато те отново говорят за NEDC, тегло и икономичност. Не говорим за цена, комфорт при пътуване, марка, комфорт на возене, пространство на багажника и други хиляди фактори, които са важни за купувачите.

Общо за "математиците"
Можете да изтеглите таблицата на Excel онлайн. Всички основни стойности за изчисляване на съпротивлението при търкаляне, въздушното съпротивление и разхода се съхраняват в съответните работни листове. Останалото е проста математика. Също така пропуснах изчисляването на стойностите на ускорението като трети фактор на сила (само, както вече беше обяснено по-горе, чрез изчисляване на кинетичната енергия), както и наклоните на автомобила във вятъра, наклоните, разпределението на натоварването на оста, масовите фактори и инерционните моменти. Симулационните компютри трябва да направят това.

Какво научихме днес?
Подобрената аеродинамика е също толкова важна за автомобила, колкото и спестяването на тегло. Точка. Аеродинамиката обаче става все по-важна при по-високи скорости. Колкото по-бавно става, толкова по-важно става теглото.

И накрая, страхотна диаграма на вашите умения

Ако имате стресиращо стъпало, всички мерки, предприети от производителя, са безполезни. По-малко плъзгане. По-малко тегло. Всички увеличения на ефективността ще бъдат загубени, ако патицата не може да плува. Лек? Нежно шофиране. Или? Самоуправляващи се коли след няколко години;)

И ако все още не ви е стигнало да разбърквате инженерен прах:
- Уикипедия шофиране съпротива
- Задвижвания на моторни превозни средства 2 - Енергийни изисквания на моторно превозно средство (.pdf) -Dr.-Ing. Клаус Херцог
- Лека конструкция в задвижващия механизъм (Google Books, 1996) - Херман Йотинг
- Основи на технологията на превозните средства I и II (.pdf), Marcel Rev ﬁ
- Шофиране на гориво (.pdf) от проф. Д-р-инж. Hans-Peter Rabl и Dipl.-Ing. (FH) Игор Макаренко, Двигатели с изгаряне и лаборатория за контрол на емисиите, Университет за приложни науки Регенсбург, Научен център Щраубинг, 8 декември 2008 г.

Блогър от 2003 г. Технологичен, любопитен, интересуващ се от техническите промени на времето, поддръжник и скептик на вярата в прогреса. Проследяване на моите бивши блогове: MEX-Blog 2003-2005 (бизнес блог), WoW-Blog 2005-2009 (гейминг блог), 321Blog 2007 (eBay), BasicThinking 2003-2009 (Tech & Startups). Активни блогове: RobertBasic.de от 2009 г. и Buzzriders.com от 2011 г.

6 коментара

[...] симулантът Tesla-S, той щеше да знае връзката между увеличаването на въздушното съпротивление с нарастващите скорости. Двигателят трябва да използва все повече и повече мощност, за да преодолее въздушното налягане. Докато той [...]

[...] Няма нужда от нова тема по темата и т.н., мрежата е пълна с информация. Тук са положени специални усилия: Леки автомобили: въздушно съпротивление, съпротивление при търкаляне, разход, ефективност, математика | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]

[…] Автомобили: въздушно съпротивление, съпротивление при търкаляне, разход, ефективност, математика | Buzzriders https://www.buzzriders.com/…/ […]

[…] Това обаче се отнася за пътувания с бягане, където масата на превозното средство става второстепенна. Тогава потреблението се увеличава значително. Ако превозното средство се движи в града, важното е масата, която трябва да се ускори. То [...]

[...] ако харесвате конкретни цифри, можете да прочетете добрата статия на Робърт Басич, в която влиянието на теглото на автомобила и въздушното съпротивление също е показано на примери [...]

[...] ако не просто се разхождате из зоната 30, теглото е относително без значение. Автомобили: Устойчивост на въздух, съпротивление при търкаляне, разход, ефективност, математика - Зъбчета