2.1 Fahrmechanik - Fahrwiderstände und Fahrleistungen

Question 1

Fahrmechanik Definition

Answer 1

Lehre von Bewegungen und Kräften am Fahrzeug

Question 2

Fahrwiderstände

Answer 2

Kräfte entgegen der Hauptbewegungsrichtung

Question 3

Straßenfahrleistung

Answer 3

Wird an den Antriebsrädern benötigt, um Fahrzeug mit Geschwindigkeit v gegen Fahrwiderstände zu bewegen.

Question 4

Triebstrangwiderstand

Answer 4

• Umfasst alle Verluste zwischen Motorschwungrad und Antriebsrädern (Getriebe, Kardanwelle, Differenzial)
• etwa 15 % der Motorleistung (= Leistung am Schwungrad)

Question 5

Kräfte am Fahrzeug zur Ermittlung der erforderlichen Fahrleistung. (Pfeile geben die Wirkrichtung der jeweiligen Kräfte an, nicht aber den Betrag)

Answer 5

Question 6

Radwiderstand

Answer 6

eines unbewehrten Rades (keine Spikes, Schneeketten usw.) besteht aus:

Roll-, Schräglauf- und Schwallwiderstand

Question 7

Rollwiderstand

Answer 7

Bewegungswiderstand eines Rades, das

• auf einer Ebene
• frei rollt (also keine Antriebs- und Bremsmomente, auch nicht aus Lagerreibung)

besteht aus:

Walk- (80%) und Luftwiderstand

Question 8

Walkwiderstand

Answer 8

• Entsteht durch Verformung des Reifens beim Durchlaufen der Aufstandsfläche (Latsch).
• Druckverteilung durch Gummidämpfung unsymmetrisch, Hebelarm e.
• Von Fahrzeug auf Rad
  
  • (-F_RFlex,i = Kraft zum Schieben des Rades)
  • Von Straße auf Rad (F_RFlex,i = Walkwiderstand)

Question 9

Luftwiderstand

Reifen

Answer 9

Strömungswiderstand des bewegten Rades (Translation und Rotation)

etwa 10% von F_RR,i

Question 10

Größenordnung von Rollwiderstandsbeiwert f_RR,i

Answer 10

Schienenfahrzeug < Fahrrad < LWK < Pkw < Motorrad

hängt ab von

• Reifen (Bauart, Reifenfülldruck, Profil)
• Fahrbahn (Struktur, Oberfläche)

je rauher Fahrbahnbelag desto mehr Widerstand

(Stahl < Safetywalk < Feinasphalt < Rauher Beton)

Question 11

Rollwiderstand - Kraftstoffverbrauch

Answer 11

Question 12

Schräglaufwiderstand

Answer 12

Vorspurwiderstand entsteht bei Geradeausfahrt

Schräglaufwinkel erzeugt Seitenführungskraft S senkrecht zur Radebene. Anteil von S entgegen Fahrtrichtung = Schräglaufwiderstand

Question 13

Fahrbahnbedingte Fahrwiderstände: Unebenheiten

Answer 13

Question 14

Fahrbahnbedingte Fahrwiderstände: Fahrbahndeformation.

Answer 14

Question 15

Schwallwiderstand

Answer 15

F_RFl,i: Entsteht bei der Wasserverdrängung des Reifens

F_RFl,i ≠ f(Bauart, Luftdruck, Radlast)

Question 16

Wasserverdrängung an Radquerschnitt

Answer 16

Question 17

Luftwiderstand - Definition

Answer 17

Anteil der Windkraft F_Wind, der entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkt.

F_RAir = F_Windx (auch bei Schräganströmung)

Question 18

Luftwiderstand - Rechnen

Answer 18

c_x: Luftwiderstandsbeiwert

A_f: Stirnfläche

v_A,rel: Relative Luftgeschwindigkeit

Question 19

Luftwiderstand - relative Luftgeschwindigkeit v_A,rel

Answer 19

Question 20

Luftwiderstand - Luftwiderstandsbeiwert c_X

Answer 20

• bezieht sich auf Anteil der Windkraft, der entgegen der x-Richtung wirkt (auch bei Schräganströmung)
• Sonderfall Winkel t = 0:
  
  • Frontale Anströmung, stehende Luft
  • c_X( = 0) = c_d (in Deutschlang wird üblicherweise c_w verwendet)
• Luftwiderstand eines Fahrzeugs in der Regel:
  v_A,rel = | Fahrgeschwindigkeit |
• Technisch denkbare Grenze: c_d = 0,2

Question 21

c_d ist klein, wenn

Answer 21

• Bugform abgerundet
• Anliegen der Strömung bis zu möglichst kleinem Abrissquerschnitt (Abreißkante)
• Glatter Unterboden
• Günstige Luftführung durch Motorraum

Question 22

Entscheidend für F_RAir (Winkel t=0):

Answer 22

c_d · A_f

_{Luftwiderstandsbeiwert * Stirnfläche}

Question 23

Anteile c_w

Answer 23

Question 24

Luftwiderstand durch induzierte Strömung

Answer 24

Question 25

Luftwiderstandsreduzierung

Answer 25

Elektronisch geregelte Lamellen (niedriger Luftwiderstand oder bessere Kühlleistung) ODER Radhausmaßnahme

• Geringere Strömungsverluste
  
  • im Nachlauf
  • durch gGleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung
    
    • am Unterboden
    • an der Seitenwand

Question 26

Luftwiderstand - Kraftstoffverbrauch

Answer 26

Question 27

Steigungswiderstand

Answer 27

Steigung

• Alpen: 30%
• PKW: 45%
• Unimog: 100 - 150%
• Kettenfahrzeuge: 60%

Question 28

Beschleunigungswiderstand

Answer 28

Question 29

Gewicht - Kraftstoffverbrauch

Answer 29

Question 30

Fahrzustandsdiagramm

Answer 30

• Ermittle damit:
  
  • Höchstgeschwindigkeit
  • Größte Steigfähigkeit
  • Getriebeübersetzungen der einzelnen Gänge
  • Schaltpunkte
• Bestimmung der Fahrwiderstände F_R,tot
• Bestimmung der Antriebskraft F_D
  
  • Benötige Drehmomentkurve des Motors in Abhängigkeit von Motordrehzahl
• Fahrzustandsdiagramm