FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände

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Author:
toebber
ID:
305752
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FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände
Updated:
2015-07-28 05:07:16
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FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände
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Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände
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  1. Ursache für den Kraftstoffverbrauch sind die Fahrwiderstände
    • Luftwiderstand
    • Rollwiderstand
    • Beschleunigungswiderstand
    • Steigungswiderstand
    • Triebstrangverluste
    • Schlupfverluste
  2. Luftwiderstand
    • Verdrängung der Luft
    • irreversibler Energieverlust
    • FL = cW*Ax*(ρL/2)*vF-vWind)2
    • ρL = Luftdichte
    • Ax = Stirnfläche des Fahrzeugs
  3. Rollwiderstand
    • Der Rollwiderstand entsteht durch die Verformung von Rad und Fahrbahn. 
    • Die Hauptkomponente des Rollwiderstands ist die innere Reibung des Reifenwerkstoffes bei Verformung (ca. 90 - 95%) sowie Reib- und Gleitvorgänge in der Berührungsfläche mit der Fahrbahn (ca. 5 - 10%)
    • Die Dämpfungsarbeit des Reifens ist erwünscht zur Dämpfung von Schwingungen. Gleichzeitig verursacht sie aber den ungewollten Rollwiderstand
    • FR,i (Rollwiderstand eines Rades)= fR,i (Rollreibungsbeiwert)*FN,i (Radlast)
    • FR (Rollwiderstand Fahrzeug) = fR*(mF*g*cosα-FA)
    • Der Rollreibungsbeiwert kann bis 130km/h als konstant angenommen werden
    • Bei Konstantfahrten im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (≤100km/h) beträgt der Rollwiderstand mehr als die Hälfte des gesamten Fahrwiderstandes
    • Der Rollwiderstand ist irreversibel
  4. Beschleunigungswiderstand
    • Trägheitskräft infolge von Beschleunigung und Verzögerung, die vm Antrieb überwunden werden müssen
    • translatorischer Anteil (resultiert aus instationärer Bewegung der Fahrzeugmasse
    • rotatomischer Anteil (resultiert aus Beschleunigung und Verzögerung drehender Teile des Triebstrangs
    • Fa = mF*a+ΣJii = e*mF*a
    • e = Massefaktor des Triebstrangs (für jeden Gang unterschiedlich)
    • Der Beschleunigungswiderstand ist auch kein Widerstand im eigentlichen Sinne, es erfolgt lediglich eine Umwandlung in kinetische Energie
  5. Steigungswiderstand
    • Der Widerstand den das Fahrzeug beim Befahren einer Steigung überwinden muss
    • Der Widerstand resultiert aus der Hangabtriebskraft
    • FSt = mF*g*sinα
    • mit α = arctanq = arctan (dz/dx) (q = Steigung in Prozent) 
    • Der Steigungswiderstand ist kein Widerstand im eigentlichen Sinne (Energiedissipation), sondern es erfolgt lediglich eine Umwandlung in potentielle Energie
    • Daher spielt er keine Rolle im Fahrzyklus und im Ausrollverusch
  6. Triebstrangverlust
    PTV = PN * (1-ηTT)
  7. Die wichtigsten Elemente des Triebstrangverlustes
    • Kupplung (Schlupf)
    • Getriebe (Ölplantschend, Reibung in den Lagern, Verluste der lastfrei laufenden Zahnräder)
    • Gelenkwellen
    • Achsgetriebe
    • Steuerung, die auf Stellglieder oder Schaltelemente wirkt
  8. Schlupfverlust
    PS = PN * λA
  9. Kraftstoffleistung
    • PK = PEE
    • PK = (1/ηET)*(1/1-λA)*(FR+FSt+Fa+FL)*νF
  10. Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs ist möglich durch
    • Erhöhung des effektiven Motorwirkungsgrades
    • Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftübertragung (Getriebe, Differentiale, Lager etc.)
    • Reduzierung des Fahrzeuggewichts
    • Reduzierung des Rollwiderstands
    • Reduzierung des Luftwiderstands
  11. Fahrwiderstandsleistung
    • PFW = FZ*vF
    • mit  FZ = MMTT*1/rdyn
    • und FZ = FR+FSt+Fa+FL
    • MM = Motormoment
    • üT = Triebstranggesamtübersetzung
  12. Die wichtigsten Einflussparameter auf den Kraftstoffverbrauch sind
    • cw-Wert (Formgüte)
    • Stirnfläche Ax (Fahrzeuggröße)
    • Fahrzeugmasse mF 
    • Rollwiderstandsbeiwert fR
    • Zu Grunde liegender Fahrzyklus (z.B. NEFZ)
  13. cw-Wert (Formgüte)
  14. Stirnfläche Ax (Fahrzeuggröße)
  15. Fahrzeugmasse mF
  16. Rollwiderstandsbeiwert fR
  17. Zu Grunde liegender Fahrzyklus
    • NEFZ (Neuer europäischer Fahrzyklus)
    • 4 mal Stadtfahrt (195 sek, Höchstgeschwindigkeit 50km/h)
    • 1 mal Überlandfahrt (400 sek, Höchstgeschwindigkeit 120km/h)
  18. Die Fahrwiderstände werden durch weitere Faktoren verstärkt
    • Triebstrangwirkungsgrad
    • Motorwirkungsgrad
    • Schlupf
  19. Triebstrangwirkungsgrad
  20. Motorwirkungsgrad
  21. Schlupf
  22. Die erreichbare Höchstgeschwindigkeit ist insbesondere vom Luftwiderstandabhängig
    Da der Luftwiderstand quadratisch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, wird dieser bei höheren Geschwindigkeiten zum vorherrschenden Fahrwiderstand und ist somit auch für die erreichbare Höchstgeschwindigkeit verantwortlich
  23. Fahrdynamik und Fahrstabilität werden beeinflusst von
    • Auftriebskraft und Nickmoment
    • Seitenkraft und Giermoment
  24. Auftriebskraft und Nickmoment
  25. Seitenkraft und Giermoment
  26. Repräsentante Manöver sind Bremsverhalten und Kurvenfahrt
  27. Degressives Reifenverhalten erzwingt Anforderungen an einstationäre Aerodynamik

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