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


3

Waarvan zijn de prestaties afhankelijk?

• Voertuigweerstanden• Motor (koppel + verbruik)

• Transmissiex Grip van de bandenx Traction control


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


5

MotorkarakteristiekenDraaimoment (koppel) Vermogen Brandstofverbruik


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

]


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


Dra

aim

om

en

t T

[

Nm

]


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


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


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


Ve

rmo

ge

n

P

[ kW

]


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


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


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


13


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


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


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

[-]


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


18

Luchtweerstandscoëfficiënt fl [-] Gemeten in de windtunnel

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

afrondingen carrosserie• Doorstroming

motorcompartiment• Vorm onderkant 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


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.


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


22

Transmissie

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

eventueel haakse overbrenging

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


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


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


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


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


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


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


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

Documents

De prestaties van een auto