FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände (Kapitel 2)

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Author:
toebber
ID:
306140
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FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände (Kapitel 2)
Updated:
2015-08-07 04:31:25
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FZA
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FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände (Kapitel 2)
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  1. Fahrwiderstände
    • Innere Verluste:
    • Triebstrangverluste PTV
    • Schlupfverlustleisstung PS

    • (äußere) Fahrwiderstände PFW:
    • Rollwiderstandsleitsung PR
    • Steigungsleistung PSt
    • Beschleunigungsleistung Pa
    • Luftwiderstandsleistung PL
  2. Leistungsbilanz
    • Pe = PTV + PS + PFW = PTV + PN = PTV + PS + PR + PSt + Pa + PL
    • mit PN = Leistung an der Radnabe
  3. Innere Verluste
    • Pe = ηT * PN
    • PTV = PN * (1 - ηT)/ηT
    • PN = 1/(1 - λA) * PFW
    • PS = PN * λA
    • λA = (rdyn * ωrad - νF)/(rdyn * ωrad)
    • mit ηT = Triebstrangwirkungsgrad
    • und λA = Antriebsschlupf
  4. Kraftstoffleistung
    • PK = Pee = 1/(ηe * ηT) * 1/(1 - λA)*(FR + FSt + Fa + FL) * νF
    • mit ηe = Motorwirkungsgrad
  5. Fahrwiderstandsleistung
    • PFW = FZ * νF
    • mit FZ = MM * üT * ηT * 1/rdyn = FR + FSt + Fa + FL
    • und üT = Triebstranggesamtübersetzung
  6. Triebstrangverluste
    • PTV = PN * (1 - ηT)/ηT
    • Der Wirkungsgrad des Triebstrangs ist lastabhängig.
    • Die Verlustleistung des Triebstrangs PTV verändert sich in Abhängigkeit von Last und Drehzahl.
    • Da PTV von der Nebenleistung abhängt und diese wegen des Luftwiderstands von der dritten Potenz der Fahrgeschwindigkeit,gilt dies auch für die Triebstrangverluste
  7. Schlupfverluste
    • PS = PN * λA = PN * (rdyn * ωrad - νF)/(rdyn * ωrad)
    • Für die Beurteilung muss zwischen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs νF und der theoretischen Geschwindigkeit unterschieden werden νth.
    • νth = rdyn * ωrad
    • Der maximale Kraftschlussbeiwert wird im sogenannten kritischen Schlumpf λkrit erreicht. Wird dieser Schlupfanteil überschritten, nähert sich der KRaftschlussbeiwert dem Gleitwert μG.
    • Beispielwerte:
    • Antriebsachse Pkw bei 160 km/h und griffiger Straße ohne Steigung ca. 0,8% Schlupf
    • leerer Lkw mit Anhänger bei niedriger Geschwindigkeit und griffiger Straße ohne Steigung bis zu 10% Schlupf
  8. Rollwiderstandskraft
    • Entsteht durch Verformung von Rad (in erster Linie Reifen) und Fahrbahn.
    • Die Hauptkomponenten der Rollwiderstandskraft FR beim Luftreifen sind innere Reibung des Reifenwerkstoffes bei Verformung (ca. 90 - 95% von FR) sowie Reib- und Gleitvorgänge in der Berührungsfläche der Fahrbahn (ca. 5 - 10% von FR).
    • Die Dämpfungsarbeit des Reifens ist erwünscht um Schwingungen zu dämpfen. Gleichzeitig verursacht sie aber den ungewollten Rollwiderstand.
    • FR,i = ƒR,i * FN,i
    • FR = Σ ƒR,i * FN,i = ƒR * Σ FN,i = ƒR * (mF * g * cosα - FA)
    • ƒR kann in großen Bereichen variieren. Luftreifen bei kleiner Geschwindigkeit auf festen Bodenbelägen zwischen 0,01 und 0,02. Auf Erdwegen oder Ackerwegen liegen die Werte bei 0,05 bis 0,35
    • Der Rollwiderstand nimmt mit zunehmendem Reifendruck ab.
    • Der Rollwiderstand kann bis 130 km/h in erster Näherung als konstant angesehen werden.
    • Bei Konstantfahrt im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (≤ 100km/h) beträgt der Rollwiderstand mehr als die Hälfte des gesamten Fahrwiderstands.
  9. Steigungswiderstand
    • FSt = mF * g * sinα
    • mit α = arctan q = arctan dz/dx
    • Der Steigungswiderstand muss beim Befahren einer Steigung überwunden werden und resultiert aus der am Fahrzeug wirkenden Hangabtriebskraft
    • Kein Widerstand im eigentlichen Sinn, lediglich Umwandlung in potentielle Energie
  10. Beschleunigungswiderstand
    • Trägheitskräfte die bei der Beschleunigung überwunden werden müssen.
    • Diese setzen sich aus einem transitorischen Anteil (resultiert aus instationärer Bewegung der Fahrzeugmasse) und einem rotattorischen Anteil (resultiert aus der Beschleunigung und Verzögerung drehender Teile des Triebstrangs).
    • Fa = mF * a + Σ Ji * ωi = e * mF * a
    • Der Faktor e wird als Mausefaktor bezeichnet und ist vom Treibsand des Fahrzeugs abhängig und bei Wechselgetrieben für jeden Gang unterschiedlich
    • Bei Pkw liegt der Faktor zwischen 1,04 für den direkten Gang und 1,4 für den ersten Gang.
    • Kein Widerstand im eigentlichen Sinne, lediglich eine Umwandlung in kinetische Energie
  11. Luftwiderstand
    • Das umgebende Fluid muss verdrängt werden und aufgrund der fluidinternen Reibung entstehen Verluste wodurch nach actio = reactio ein Widerstand auf den Körper wirkt.
    • FL = cW * Ax * ρL/2 * (νF - νWind)2
    • Die wichtigsten Einflussparameter sind die Stirnfläche Ax und der hauptsächlich von der Außenkontur abhängige cW-Wert.
    • Stirnflächen Pkw zwischen 2m2 (Kleinwagen) und 3m2 (SUV, Kleinbus)
    • cW-Werte bei heutigen Serienfahrzeugen von 0,22 Limousinen bis 0,4 (Klein- und Sportwagen)
  12. Möglichkeiten zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs
  13. Verbesserung des effektiven Motorwirkungsgrads (Verbrennung, Lagerung)
    • Verbesserung des Wirkungsgrads der Kraftübertragung
    • Reduzierung der Fahrwiderstände (Verringerung Fahrzeuggewicht, Verringerung Rollwiderstand, Verbesserung der Luftwiderstandsfläche)
  14. NEFZ
    • Neuer europäische Fahrzyklus
    • vier mal Stadtfahrt 195 Sekunden maximal Geschwindigkeit 50 km/h
    • ein mal Überlandzyklus (EUDC) 400 Sekunden maximal Geschwindigkeit 120 km/h
    • Auch als NEDC (New european Driving Cycle) und MVEG (Motor Vehicle Emissions Group) bekannt
  15. Beurteilung des Kraftstaffverbrauchs
    • zur Beurteilung von Motoren dient der spezifische Kraftstoffverbrauch be
    • Anhand des spezifischen Kraftstoffverbrauchs gelingt eine Klassifizierung der Motoren nach ihrer Effizienz
    • be = Kraftstoffmasse/geleistete Arbeit [g/kWh]

    • zur Beurteilung von Fahrzeug und Motor wird der Streckenverbrauch bs verwendet
    • Der Streckenverbrauch wird zur Bewertung des Verbrauchs- und Emissionsverhaltens des Gesamtfahrzeugs herangezogne
    • bs = Kraftstoffvolumen/gefahrene Strecke [l/km]
  16. Gesamtwiderstand
    • Der Anteil der Aerodynamik im NEFZ liegt bei einem konventionellen Fahrzeug zwischen 20,1% und 40,8%
    • Bei einem Fahrzeug mit Rekuperation der Bremsenergie liegt er zwischen 25,9% und 47%
    • Betrachtet man das Kundenverhalten steigt der Aerodynamikanteil aufgrund höherer Fahrgeschwindigkeiten weiter an
  17. Höchstgeschwindigkeit
    • Die Höchstgeschwindigkeit wird durch den aerodynamische Fahrwiderstand bestimmt.

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