De prestaties van een auto

De prestaties van een auto

Voertuigweerstanden, Motorkarakteristieken, Transmissie

J.Nieuwland Prestaties van een auto

2

Wat zijn die prestaties?

• Topsnelheid• Acceleratie• Elasticiteit• Brandstofverbruik• Wegrijden op helling• Caravan trekkenx Wegliggingx Remvertraging

J.Nieuwland Prestaties van een auto

3

Waarvan zijn de prestaties afhankelijk?

• Voertuigweerstanden• Motor (koppel + verbruik)

• Transmissiex Grip van de bandenx Traction control

J.Nieuwland Prestaties van een auto

4

Toetsvraag prestaties

Klik op de knoppen van de eigenschappen die in deze presentatie aan de orde komen.

Wegrijden op een helling

Brandstofverbruik

Acceleratie

Elasticiteit

Caravan trekken

Topsnelheid

Wegligging

Remvertraging

J.Nieuwland Prestaties van een auto

5

MotorkarakteristiekenDraaimoment (koppel) Vermogen Brandstofverbruik

J.Nieuwland Prestaties van een auto

6

Draaimoment T• Meten op

motorproefstand• Vol gas • Hele toerenbereik • Onder genormaliseerde

omstandigheden

T = draaimoment [ Nm ] (Newtonmeter)

fo [Hz] T [Nm] P [W] B [kg/(kWh)1000 872000 1083000 1194000 1195000 1106000 95

Draaimoment T

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motortoeren n [ /min ]

Dra

aim

omen

t T [

Nm

]

J.Nieuwland Prestaties van een auto

7

Maximum draaimoment Tmax

• Het maximum draaimoment Tmax is de hoogste waarde van de kromme

• Gegeven bij het toerental waarbij het optreedt n1

• Dat is ongeveer het midden van het toerengebied (3500/min)

fo [Hz] T [Nm] P [W] B [kg/(kWh)1000 872000 1083000 1194000 1195000 1106000 95

Draaimoment T

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motortoeren n [ /min ]

Dra

aim

om

en

t T

[

Nm

]

J.Nieuwland Prestaties van een auto

8

Vermogen P

fo [Hz] T [Nm] P [W] B [kg/(kWh)1000 87 9,12000 108 22,63000 119 37,44000 119 49,85000 110 57,66000 95 59,7

Vermogen P

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motortoeren n [ /min ]

Ve

rmo

ge

n

P

[ kW

]

• Wordt berekend uit het draaimoment met:

P = 2 . . fo .T [ W ]

• fo = rotatiefrequentie [ Hz ] = motortoerental n [ 1/s ]

• T = Draaimoment [ Nm ]

• P = Vermogen [ Watt ]

Het vermogen is de hoeveelheid arbeid per seconde

J.Nieuwland Prestaties van een auto

9

Maximum vermogen Pmax

• Het maximum vermogen Pmax is het hoogste punt van de kromme

• Gegeven bij het toerental waarbij het optreedt n2

• Dat is in het hoogste deel van het toerengebied

Maximale prestaties: Hoge toeren draaien!

fo [Hz] T [Nm] P [W] B [kg/(kWh)1000 87 9,12000 108 22,63000 119 37,44000 119 49,85000 110 57,66000 95 59,7

Vermogen P

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motortoeren n [ /min ]

Ve

rmo

ge

n

P

[ kW

]

J.Nieuwland Prestaties van een auto

10

Brandstofverbruik B

fo [Hz] T [Nm] P [W] B [kg/(kWh)1000 87 9,1 2672000 108 22,6 2583000 119 37,4 2554000 119 49,8 2565000 110 57,6 2606000 95 59,7 270

Specifiek brandstofverbruik Be [g/kWh]

254

256

258

260

262

264

266

268

270

272

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000Motortoerental n [ /min]

Sp

eci

fie

k b

ran

ds

tofv

erb

ruik

B

e [

g/k

Wh

]

• Gemeten op een motorproefstand

• Voor een reeks belastingen en toerentallen

• Voorgesteld als Ei-diagram

Links is alleen volgas! Behoort bij T en P diagrammen

J.Nieuwland Prestaties van een auto

11

Ei-diagram 1• Horizontale as:

rotatiefrequentie [ Hz ]• Verticale as:

Gemiddelde effectieve druk pe [ bar ] (is evenredig met Tmax)

• Velden: specifiek verbruik Be [ g/kWh ]

Be min < 245 g/kWh

Laagste specifieke verbruik: Bijna veel gas, middentoeren

J.Nieuwland Prestaties van een auto

12

Ei-diagram 2• Extra Lijnen: constant

vermogen [ kW ]• Het laagste specifieke

verbruik:

o Vol gas: Toerental maximum draaimoment

o Deellast: Toerental nog (veel) lager

Zuinig rijden deellast: Lage toeren en relatief veel gas

J.Nieuwland Prestaties van een auto

13

J.Nieuwland Prestaties van een auto

14

Voertuigweerstanden• Rolweerstand Fr [ N ]• Luchtweerstand Fl [ N ]• Hellingweerstand Fh [ N ]• Aanhangerweerstand Fah

x Acceleratieweerstandx Transmissieverliezen Deze twee rekenen we er niet bij.

Ze komen later aan de orde.

Rijweerstanden

0

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100 150 200

snelheid v [km/h]

wee

rsta

nd

F

[N]

Rolweerstand Fr Luchtweerstand Fl

Totale weerstand Fr+Fl Hellingweerstand Fh 5%

Totale weerstand Fr+l+h

J.Nieuwland Prestaties van een auto

15

Rolweerstand Fr [ N ]Ontstaat door:• Bandvervorming• Lagerweerstand• Wegvervorming

Berekenen met:• Fr = m x g x fr [ N ]fr = rolweerstandscoëfficiënt

0,01 < fr < 0,035 (op asfalt)

G x x - Fr x r = 0 >> Fr = G x fo = G x x/r dus: fo = x/r

J.Nieuwland Prestaties van een auto

16

De rolweerstandscoëfficiënt fo

Afhankelijk van:• Bandconstructie• Bandafmetingen• Bandspanning• Loopvlakmateriaal• Snelheid• Wegoppervlak• Soort wegdek

De rolweerstandscoëfficiënt wordt constant gesteld op 0,02

Rolweerstandscoëfficiënt

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0 50 100 150 200snelheid v [km/h]

rolw

ee

rsta

nd

sc

oë

ffic

iën

t fr

[-]

J.Nieuwland Prestaties van een auto

17

Luchtweerstand Fl [ N ] Ontstaat door luchtstroming tegen en langs de auto

Berekenen met:

Fl = /2 x A x cw x (vv ± vl)²

= dichtheid lucht (±1,28)[kg/m³]

A = frontaal oppervlak auto [m²]

cw = luchtweerstandcoëfficiënt [-]

vv = voertuigsnelheid [m/s]

vl = luchtsnelheid (in rijrichting)

Rijweerstanden

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 50 100 150 200

snelheid v [km/h]

we

ers

tan

d F

[N

]

Rolweerstand Fr Luchtweerstand Fl Totale weerstand Ft

De luchtweerstand neemt kwadratisch toe met de snelheid

J.Nieuwland Prestaties van een auto

18

Luchtweerstandscoëfficiënt fl [-] Gemeten in de windtunnel

Afhankelijk van:• Hoofdvorm auto• Lengte auto• Ribbels, naden en

afrondingen carrosserie• Doorstroming

motorcompartiment• Vorm onderkant auto

J.Nieuwland Prestaties van een auto

19

Hellingweerstand Fh [N] Ontbondene van het gewicht langs de helling

Berekenen met:

Fh = m x g x sin of:

Fh = m x g x p/100 [ N ]

m = voertuigmassa [ kg ]

p = hellingpercentage [ - ]

= hellingshoek [ o ]

Gebruikelijk is hellingweerstand = gewicht x hellingpercentage

J.Nieuwland Prestaties van een auto

20

Aanhangerweerstand Fah [N] De som van rol-, lucht- en hellingweerstand van de aanhanger

De luchtweerstand achter de auto is moeilijk te bepalen

Caravan:

0,5 < cw < 0,65 en

4 < A < 4,5 [m²]

Optellen bij de auto.

J.Nieuwland Prestaties van een auto

21

Weerstandsvermogen P [W]Vermogen is kracht maal snelheid [ Nm/s = W ]

Pr = m x g x fr x vv [ W ]

Pl = /2 x A x cw x (vv±vl)² x vv

(Als er geen wind is: vv³)

Ph = m x g x p/100 x vv of:

Pt = Ft x vv = Pr + Pl + Ph (W)

Weerstandsvermogen

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200

snelheid v [km/h]

ve

rmo

ge

n P

[k

W]

Pr

Pl

Ph 5%

Pt

J.Nieuwland Prestaties van een auto

22

Transmissie

Bestaat uit:• Wegrijkoppeling• Schakelkoppeling(en)• (Tandwiel-)overbrengingen• Cardanas + asreductie

eventueel haakse overbrenging

• Differentieel(s)• Aandrijfassen wielen• Eindreductie (eventueel)

J.Nieuwland Prestaties van een auto

23

Transmissie Zorgt bij alle bedrijfsomstandigheden voor

voldoende aandrijfkracht aan de wielen

Bedrijfsomstandigheden:• Snelheidsgebied• (Extra) rijweerstanden• Start en stopwerk

Rekening houdend met:• Motorkarakteristieken• Voertuigeigenschappen• Grip van de banden

J.Nieuwland Prestaties van een auto

24

AsreductieStemt de motor- en voertuigkarakteristiek op elkaar af

• Eerst de maximum snelheid bepalen

• Bepalen bij welk toerental die gehaald moet worden

• Dan de asreductie kiezen in combinatie met de hoogste versnelling en de wielmaat

• Eventueel eindreductie

Keuze asreductie

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

0 50 100 150 200 250snelheid v [km/h]

verm

og

en

P

[kW

]

P max wiel Pr+Pl Pwiel idPwiel laag Pwiel hoog

J.Nieuwland Prestaties van een auto

25

VersnellingsbakBij iedere snelheid en geschikt toerengebied

Zaagtanddiagram

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000motortoeren n [ /min]

Snel

heid

v [

m/s

]

123456

• Lage toeren voor zuinig rijden, geluid, slijtage en uitlaatgassen

• Hoge toeren voor prestaties

• Lage versnelling geeft lage snelheid en vergroting van de trekkracht (P=F x v)

• Vrije stand (bij lang stilstaan)

• Achteruit

J.Nieuwland Prestaties van een auto

26

Aandrijfkracht vergrotenin de lagere versnellingen

Te berekenen met:

Fd = T x iv x ia / rd x tr

Fd = aandrijfkracht [N]

T = draaimoment [Nm]

iv = overbrenging versnelling

ia = overbrenging asreductie

rd = dynamische wielstraal [m]

tr = transmissierendement (±0,85)

Trekkracht

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30 40 50 60 70

voertuigsnelheid vv [m/ s]

Fd1

Fd2

Fd3

Fd4

Fd5

Fd6

Fr+l+h

J.Nieuwland Prestaties van een auto

27

Groot vermogen beschikbaarbij alle snelheden

Wielvermogen

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

0 10 20 30 40 50 60 70

snelheid vv [m/s]

Pw1

Pw2

Pw3

Pw4

Pw5

Pw6

Pr+l+h

Te berekenen met:

Pw = Pm xtr = Fd x v

en v = fo x 2x rd / (iv x ia)

Pw = wielvermogen

Pm = motorvermogen

Fd = aandrijfkracht

v = snelheid; rd = wielstraal

tr = transmissierendement

fo = rotatiefrequentie motor

J.Nieuwland Prestaties van een auto

28

“Acceleratieweerstand Fa”is eigenlijk trekkrachtoverschot Fo !

• Normaal geeft de chauffeur zo veel gas dat de snelheid gelijk blijft (Fd = Ft en a = 0)

• Trekkrachtoverschot Fo is het verschil tussen de weerstand en de aandrijf-kracht (meestal bij volgas)

Acceleratie berekenen met:

a = Fo / m’ (m/s²)

Trekkracht

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 10 20 30 40 50 60 70

voertuigsnelheid vv [m/ s]

Fd1

Fd2

Fd3

Fd4

Fd5

Fd6

Fr+l+h

J.Nieuwland Prestaties van een auto

29

Grip op het wegdek

Afhankelijk van:• Normaalkracht band-weg• Wrijvingscoëfficiënt• Verschillen links en rechts

Komt aan de orde bij: • Dynamische asbelastingen• Differentieels en 4wd

Einde