Kraftfahrzeugantriebe 2 Energiebedarf eines Kraftfahrzeugs. Dr.-Ing. Klaus Herzog

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Gerburg Astrid Kohler
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1 Kraftfahrzeugantriebe Energiebedarf eines Kraftfahrzeugs Dr.-Ing. Klaus Herzog

2 .1 Energiebedarf eines Kraftfahrzeugs (siehe auch Vorlesung Kfz-Technik) Leistungsbedarf in der Ebene Leistungsbedarf am Berg Leistungsbedarf beim Beschleunigen Reduzierte ahrzeugmasse Allgemeine ahrleistungsgleichung ahrzyklen Übungsaufgaben

3 Rollwiderstand und Rollwiderstandsleistung Rollwiderstand R = f R R = Rollwiderstand f R m g = Rollwiderstandsbeiwert m = ahrzeugmasse Rollwiderstandsleistung v P R f R m = ahrzeuggeschwindigkeit = g v

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

5 Luftwiderstand und Luftwiderstandsleistung ρ Luftwiderstand L L = c w A v c w = Luftwiderstandsbeiwert A ρ L = projizierte ahrzeugquerschnittsfläche = Dichte der Luft Luftwiderstandsleistung P L = c w A ρ L v 3

6 Luftwiderstandsbeiwerte im Vergleich Objekt C w -Wert Kugel 0,45 Halbkugel 0,34 Tragflügel eines lugzeugs 0,08 VW-Käfer 0,48 VW-Golf 0,33 Audi A 0,5 ormel 1 ahrzeug ca. 1,

7 ahrwiderstand und ahrwiderstandsleistung in der Ebene ahrwiderstand in der Ebene L w R W v A c g m f ρ + = ahrwiderstandsleistung in der Ebene 3 L w R W v A c v g m f P ρ + =

8 Steigungswiderstand m g sinα m gcosα α m g

9 ahrwiderstand und ahrwiderstandsleistung bei Bergfahrt ahrwiderstand bei Bergfahrt L w R W v A c ) sin( g m ) cos( g m f ρ + α + α = ahrwiderstandsleistung bei Bergfahrt 3 L w R W v A c v )) sin( g m ) cos( g m (f P ρ + α + α =

10 Beschleunigungswiderstände M T,v T M T,h rot,v T = m a rot,h M T,v = J ϕ& v M T = J ϕ&,h h

11 Massenträgheitskräfte resultierend aus rotierenden Massen aus rotierenden Massen resultierende Trägheitskraft MT J rot = = r r dyn red dyn ϕ&& r dyn = dynamischer Rollradius v ϕ& & = ahrzeuggeschwindigkeit = Winkelbeschleunigung

12 Reduziertes Massenträgheitsmoment 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

13 Reduzierte ahrzeugmasse und Massenfaktor reduzierte ahrzeugmasse J m red,red = m + r dyn gangabhängiger Massenfaktor m,red Jred,i ei = = 1+ m m r dyn

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

15 Übungsaufgabe Berechnen Sie für ein ahrzeug mit den nachfolgenden Daten für jeden Gang die reduzierte ahrzeugmasse und den Massenfaktor. Die Massenträgheitsmomente von Getriebe, Antriebswellen und Kupplung können vernachlässigt werden. ahrzeugmasse Massenträgheitsmoment pro Rad Massenträgheitsmoment Kurbeltrieb Dynamischer Rollradius Achsübersetzung m = 100 kg J r = 1, J mot = 0,1 kg m kg m r dyn = 0,315 m i sek = 3,60 Übersetzungen 1. bis 6. Gang,90;,33; 1,83; 1,50; 1,7; 1,14

16 Allgemeine ahrwiderstandsgleichung W = (ei m + f (m R + m + m zu zu ) a ) g cos( α) + + ( m + mzu c ρ ) g sin( α) L w A (v v w ) mzu = Zuladungsmasse a = ahrzeugbeschleunigung v w = Windgeschwindigkeit

17 Leistungsbedarf eines Mittelklassefahrzeugs Leistungsbedarf in der Ebene Leistungsbedarf voll beladen am Berg Leistung in kw ~v Geschwindigkeit in km/h

18 Übungsaufgabe Berechnen Sie für ein ahrzeug 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? ahrzeugmasse Rollwiderstandsbeiwert m = 1500 kg f R = 0,015 Luftwiderstandsbeiwert c w = 0,38 Projizierte ahrzeugfläche A =,5 m Dichte der Luft ρ L = 1, kg/m 3

19 New European Drive Cycle 140 NEDC-ahrzyklus Geschwindigkeit in km/h Zeit in s

20 Bis 1996 verwendeter ahrzyklus ECE-R15 ahrzyklus Zyklusdauer: 195s Zykulslänge: 1,103km Zyklenzahl / Test: 4 Geschwindigkeit in km/h Zeit in s

21 Amerikanischer ahrzyklus TP 75 TP 75 - ahrzyklus Zeit in s

22 Übungsaufgabe Berechnen Sie für ein ahrzeug mit den folgenden Daten den ahrwiderstand und den Leistungsbedarf im ECE-Zyklus. Stellen Sie die Ergebnisse grafisch dar. Wie hoch ist der Energiebedarf für diesen Zyklus? Massenträgheiten im Antriebsstrang können vernachlässigt werden. ahrzeugmasse m = 1500 kg Rollwiderstandsbeiwert f R = 0,015 Luftwiderstandsbeiwert c w = 0,38 Projizierte ahrzeugfläche A =,5 m Dichte der Luft ρ L = 1, kg/m 3

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