Fahrzeugaerodynamik.

Das Programm ist für eine einfache Simulation der Fahrzeugbewegung vorgesehen. Das Programm löst die nachstehenden Aufgaben:

  1. Einfache Definition der Fahrzeugparameter.
  2. Auswahl aus der Liste der typischen Fahrzeuge.
  3. Berechnung der Kräfte.
  4. Berechnung der Beanspruchung, Energien, des Verbrauches und der Reichweite.
  5. Graphische Darstellung der Ergebnisse.

Steuerung, Struktur und Syntax der Berechnungen.

Die Informationen über die Syntax und die Bedienung der Berechnung finden Sie im Dokument "Steuerung, Struktur und Syntax der Berechnungen".

Projektinformationen.

Die Informationen über den Zweck, die Anwendung und die Bedienung des Absatzes "Projektinformation " finden Sie im Dokument "Projektinformationen".

Theorie.

In der Berechnung werden die nachstehenden Formeln verwendet:

Luftdruck in der Abhängigkeit von der Höhe:

p [kPa] = p0 / (1 - (0.0065 * h) / (t+0.0065 * h + 273.15)) (-5.257)

p0 ... Luftdruck am Meeresspiegel (101.32) [kPa]
h ..... Meereshöhe [m]
t ...... Temperatur [°C]

Luftdichte:

Q [kg/m^3] = (p * 1000 * 1 * 0.02895) / (8.314 * (273 + t))

Aerodynamischer Widerstand:

Fa [N] = 0.5 * Q * cx * S * v^2

cx ... Widerstandskoeffizient [~]
S ... Frontfläche [m^2]
v ... Fahrzeuggeschwindigkeit [m/s]

Reifenrollwiderstand (Rad-):

Fr [N] = m * 9.81 * fr / (dw / 2)

fr ..... Traktionskoeffizient [~]
m ..... Fahrzeuggewicht [kg]
dw ... Reifendurchmesser (Rad-) [m]

Steig- / Senkkraft (Bewegung an geneigter Ebene)

Fu[ N] = sin(alfa) * m * 9.81

alfa ... Steig- / Senkwinkel [rad]
m ..... Fahrzeuggewicht [kg]

Radleistung:

Pw [kW] = (Fa + Fr + Fu) * v / 1000

v ... Geschwindigkeit [m/s]

Berechnungsverfahren.

  1. Wählen Sie die Einheiten der Berechnung und Umweltparameter [1.0].

  2. Wählen Sie ein der Musterbeispiele [2.1]., bzw. definieren Sie eigene Fahrzeugparameter [2.2-2.20].

  3. Geben Sie die Geschwindigkeit ein [2.22].

Einstellung der Einheiten und Umweltparameter. [1]

In diesem Absatz wählen Sie die Einheiten, Temperatur und Meereshöhe.

1.1 Einheiten der Berechnung.

In der Auswahlliste wählen Sie das gewünschte Einheitssystem der Berechnung. Bei der Umschaltung der Einheiten werden alle Werte sofort geändert.

1.5 Luftdichte.

Nachdem Sie die Taste abhaken, können Sie unabhängig von [1.2-1.3] eigenen Wert eingeben.

Berechnung der Fahrzeugbewegung und Fahrzeugparameter. [2]

In diesem Absatz wählen Sie die Fahrzeugparameter, seine Geschwindigkeit und ermitteln die Leistungsparameter des Antriebs.

2.1 Fahrzeugparameter.

Aus der Auswahlliste wählen Sie ein Musterfahrzeug aus. Falls Sie die Fahrzeugparameter korrigieren, wählen Sie den Antriebstyp (Verbrennungsmotor / elektrischer Motor). Anhand dieser Wahl werden dann die Parameter der nächsten Berechnung und Ergebnisse eingestellt. Zur Definition der eigenen Werte haken Sie die Taste in der Zeile [2.2] ab.

2.5 Koeffizient der Herabsetzung der Frontfläche.

Die tatsächliche Frontfläche ist von der groben Frontfläche unterschiedlich s=w*h. Zur Vereinfachung der Berechnung wurde dieser Koeffizient eingeführt, der ermöglicht, die tatsächliche Frontfläche für verschiedene Fahrzeugtypen aus ihrer tabellarischen Breite und Höhe abzuschätzen.

2.14 Energie in 1 kg Kraftstoffe / Energie in 1 kg Batterien.

Es bewegt sich in Abhängigkeit von der Verarbeitung und dem Hersteller im Bereich von:

Kraftstoff: 12.1-12.9 kWh/kg
Diesel: 11.6-11.9 kWh/kg

Batterie:
LiIon: 0.14 - 0.2 kWh/kg
LiFePO4: 0.12 - 0.16 kWh/kg
Blei: 0.035-0.045 kWh/kg

2.16 Maximale Motorleistung.

Für die Musterfahrzeuge aus der Tabelle wurden die Werte aus den Herstellerunterlagen gewonnen. Der vorgegebene Wert beeinflusst die Berechnung der maximalen Geschwindigkeit – [2.23].

2.17 Motoreffizienz.

Abhängig vom Motortyp (Benzinmotor, Dieselmotor, Elektromotor), von der Umwelt, vom Belastungsmodus können die Werte sehr unterschiedlich sein. Für die Musterfahrzeuge aus der Tabelle wurden diese Werte aufgrund des vom Hersteller angegebenen Verbrauches, der Leistungsdiagramme, Reichweiten usw. geschätzt.

2.18 Getriebeeffizienz, Lagereffizienz ...

Sie ist von der Konstruktionslösung des Antriebs abhängig. Für die Musterfahrzeuge aus der Tabelle wurden die Werte aus der zugänglichen Literatur und Herstellerkataloge geschätzt.

2.23 Fahrzeuggeschwindigkeit.

Geben Sie die Fahrzeuggeschwindigkeit ein. Mit der Taste[v: v = v max] wird die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.

2.25 Traktionskoeffizient.

Es bestimmt den Radrollwiderstand. Typische Beispiele sind in der Auswahlliste angegeben. Den eigenen Wert geben Sie nach dem Abhaken der Taste [2.26] ein.

2.28 Steigung / Senkung.

Geben Sie den Steigwinkel (Senk- ... negativer Wert) des Weges ein, auf dem sich das Fahrzeug bewegt. Die Tasten rechts haben die nachstehenden Aufgaben:

[a: a = 0] ... sie stellen den Winkel auf den Wert 0 ein

[a: Fu = -Fr] ... sie stellen einen solchen Winkel ein, dass die Senkkraft gerade die Rollwiderstandskraft ausgleicht

[a: Fu = -Fr-Fa] ... sie stellen einen solchen Winkel ein, dass die eingegebene Geschwindigkeit [2.23] ohne Motornutzung erreicht wird (Pwe = 0)

2.44 Graph.

Er ermöglicht, die Parameter in der Abhängigkeit von der Geschwindigkeit anzuzeigen. Den Graphbereich wählen Sie aus der Auswahlliste oberhalb des Graphen aus, die gewünschten angezeigten Parameter dann aus der Liste links und rechts. Der Geschwindigkeitswert aus der Berechnung ist mit roter Linie gekennzeichnet.

Einstellung der Berechnungen, Sprachenänderung.

Die Informationen über die Einstellung der Berechnungsparameter und der Spracheneinstellung finden Sie im Dokument "Einstellung der Berechnungen, Sprachenänderung".

Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung.

Die allgemeinen Informationen darüber, wie man die Berechnungshefte ändern und erweitern kann, sind im Dokument  "Benutzerspezifische Anpassungen der Berechnung" aufgeführt.