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