2 Fahrwiderstände. Radwiderstand Luftwiderstand Steigungswiderstand Beschleunigungswiderstand. Kraftfahrzeugtechnik 2 Fahrwiderstände Herzog

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1 2 Fahrwiderstände Radwiderstand Luftwiderstand Steigungswiderstand Beschleunigungswiderstand

2 2.1 Radwiderstand Anteil durch Rollwiderstand Anteil durch Luft- bzw. Lüfterwiderstand Anteil durch Lagerreibung Anteil durch Schräglauf Anteil durch Schwallwiderstand

3 Radersatzmodell

4 Widerstand durch plastische Bodenverformung

5 Rollwiderstand Rollwiderstand F R = f R F R = Rollwiderstand f R m F g = Rollwiderstandsbeiwert m F = Fahrzeugmasse

6 Rollwiderstandsbeiwerte für unterschiedliche Fahrbahnen Fahrbahn neuer, fester Asphalt; Beton; Kleinpflaster; Kopfsteinpflaster gewalzter, fester Schotter; ausgefahrener, welliger Asphalt geteerter, ausgefahrener, welliger Schotter Rollwiderstandsbeiwert f R 0,005 0,015 0,02-0,03 0,03 0,04 sehr gute Erdwege 0,04 0,05 Erdwege 0,05 0,15 Sand 0,15 0,35

7 Widerstand durch Schräglauf

8 Übungsaufgabe Die Spur eines Fahrzeugs ist falsch eingestellt. Im Fahrbetrieb ergibt sich eine Gesamt-Vorspur von 4 (2 auf jeder Seite). Die Radlast pro Vorderrad beträgt 250 kg und der Rollwiderstandsbeiwert hat einen Wert von 0,015. Um welchen Betrag erhöht sich der Rollwiderstand durch den Schräglauf? Verwenden Sie das beigefügte Diagramm zur Lösung der Aufgabe. Leiten Sie eine linearisierte Gleichung für den Zusammenhang zwischen Rollwiderstandserhöhung und Schräglaufwinkel her.

9 Seitenkraft in Abhängigkeit von Schräglaufwinkel und Radlast

10 Schwallwiderstand

11 Wasserverdrängung

12 2.2 Luftwiderstand Druckwiderstand Reibungswiderstand induzierter Widerstand innerer Widerstand

13 Reibungsbehaftete und reibungsfreie Zylinderumströmung

14 Ablösung einer Strömung

15 Induzierter Luftwiderstand

16 Randwirbel infolge induzierten Widerstandes

17 Fahrzeugdurchströmung

18 Berechnung des Luftwiderstandes ρ Luftwiderstand F L L = c w A v 2 c w = Luftwiderstandsbeiwert A = projizierte Fahrzeugquerschnittsfläche ρ L = Dichte der Luft 2 F

19 Luftwiderstandsbeiwerte im Vergleich Objekt C w -Wert Kugel 0,45 Halbkugel 0,34 Tragflügel eines Flugzeugs 0,08 VW-Käfer 0,48 VW-Golf 0,33 Audi A2 0,25 Formel 1 Fahrzeug ca. 1,2

20 Zylinder-Umströmung in Abhängigkeit von der Reynoldszahl Quelle: ika

21 Messung aerodynamischer Kräfte Quelle: ika

22 Windkanal der Universität Stuttgart

23 Modellwindkanal der Firma Swift

24 Aerodynamische Simulationen (CFD) Quelle: ATZ

25 Übungsaufgabe Berechnen Sie für ein Fahrzeug mit den folgenden Daten den Rollwiderstand und den Luftwiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit. Stellen Sie den Luftwiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit grafisch dar. Bei welcher Geschwindigkeit sind Luft- und Rollwiderstand gleich groß? Fahrzeugmasse Rollwiderstandsbeiwert m F = 1200 kg f R = 0,015 Luftwiderstandsbeiwert c w = 0,33 Projizierte Fahrzeugfläche A = 2,15 m 2 Dichte der Luft ρ L = 1,2 kg/m 3

26 2.3 Steigungswiderstand m F g sinα m F g cosα α m F g

27 2.4 Beschleunigungswiderstand M T,v F T M T,h F rot,v F rot,h

28 Massenträgheitskräfte resultierend aus rotierenden Massen aus rotierenden Massen resultierende Trägheitskraft MT J Frot = = r r dyn red dyn ϕ&& r dyn = dynamischer Rollradius v F ϕ& & = Fahrzeuggeschwindigkeit = Winkelbeschleunigung

29 Reduziertes Massenträgheitsmoment 2 Jred = JR + isek JAntr + isek ig (J + JK mot J g ) J R = Massenträgheitsmoment aller Räder i sek = Sekundärübersetzung J Antr = Massenträgheitsmoment des Achsantriebs i g = Gangübersetzung J mot = Massenträgheitsmoment des Motors J K J g = Massenträgheitsmoment der Kupplung = Massenträgheitsmoment des Getriebes für den entsprechenden Gang

30 Reduzierte Fahrzeugmasse und Massenfaktor reduzierte Fahrzeugmasse J m red F,red = mf + 2 r dyn gangabhängiger Massenfaktor mf,red Jred,i ei = = 1+ m 2 m r F F dyn

31 Massenfaktoren 1.Gang 2.Gang 3.Gang 4.Gang 5.Gang Kleinwagen (Beispiel) Omnibus (Beispiel) 1,32 1,15 1,10 1,07 1,06 1,61 1,18 1,08 1,06 1,03

32 Übungsaufgabe Berechnen Sie für ein Fahrzeug mit den nachfolgenden Daten für jeden Gang die reduzierte Fahrzeugmasse und den Massenfaktor. Die Massenträgheitsmomente von Getriebe, Antriebswellen und Kupplung können vernachlässigt werden. Fahrzeugmasse Massenträgheitsmoment pro Rad Massenträgheitsmoment Kurbeltrieb Dynamischer Rollradius Achsübersetzung m F = 1200 kg J r = 1,2 J mot = 0,1 2 kg m 2 kg m r dyn = 0,315 m i sek = 3,60 Übersetzungen 1. bis 6. Gang 2,90; 2,33; 1,83; 1,50; 1,27; 1,14

33 Allgemeine Fahrwiderstandsgleichung F W = (ei m + f (m R F F + m + m zu zu ) a F ) g cos( α) + + ( mf + mzu c ρ 2 ) g sin( α) L 2 w A (vf v w ) mzu = Zuladungsmasse a F = Fahrzeugbeschleunigung v w = Windgeschwindigkeit