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Erschienen in:

2013 | OriginalPaper | Buchkapitel

3. Verbrauch und Fahrleistungen

verfasst von : Teddy Woll, Dr.-Ing.

Erschienen in: Hucho - Aerodynamik des Automobils

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Der Luftwiderstand ist der Fahrwiderstand mit der stärksten Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit: bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten fast vernachlässigbar, übertrifft er ab etwa 60 km/h den Rollwiderstand und wird bei Autobahngeschwindigkeit zum alles dominierenden Faktor. Damit hat er nicht nur einen hohen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch, sondern auch auf die Fahrleistungen eines Fahrzeugs, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, vgl. dazu Abschn. 3.2 und 3.3. Gestiegene Motorleistungen ermöglichen inzwischen ausreichend hohe Fahrleistungen, so dass die weitere Senkung des Luftwiderstandes fast ausschließlich der Reduktion des Treibstoffverbrauchs dient. So ist der stückzahlgewichtete Durchschnittsverbrauch (= Flottenverbrauch) deutscher Pkw immer weiter zurückgegangen, obwohl die durchschnittlichen Motorleistungen und Massen der Fahrzeuge stetig gestiegen sind, vgl. Abb. 3.1.

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Der Anstieg Ende der 80er Jahre ist im Wesentlichen auf die Einführung des Katalysators und das Ende der „Ölkrisenzeit“ (vgl. den parallel verlaufenden starken Leistungsanstieg), die Senke im Jahr 2009 auf die „Abwrackprämie“ zurückzuführen.

Wesentliche Teile der Plattform (Rohbau, Achsen, …) müssen für das schwerste Fahrzeug ausgelegt sein – die leichten und schwach motorisierten Fahrzeuge sind mit diesen „Vorleistungen“ belastet.

Der Buchstabe beschreibt den Geschwindigkeitsindex, der die maximal erlaubte Fahrgeschwindigkeit angibt. Er ist in der Reifenbezeichnung als letztes Zeichen enthalten und ist auf der Flanke des Reifens abzulesen. Zur Bestimmung des Geschwindigkeitsindexes wird die im Fahrzeugschein eingetragene bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit (v _{max, zul}) zugrunde gelegt. Zu dieser kommt ein Sicherheitsaufschlag nach folgender Formel: v _{max, zul} ⋅ 0,01 + 6,5 km/h.

Unter Schiebewinkeln wird der Widerstandsbeiwert in Fahrzeuglängsrichtung als Tangentialkraftbeiwert c _T bezeichnet, vgl. Abschn. 4.2.4. Es gilt c _T(0°) = c _W.

Ein Lastkollektiv ist eine Zusammenstellung von Wertepaaren aus Motormoment und Motordrehzahl für einen gegebenen Zyklus.

Gesetzlich definiert waren nur die drei Einzelverbräuche; aus diesen wurde inoffiziell der Verbrauch im Drittelmix ermittelt.

Es werden nur die für den Betrieb des Motors und des Fahrzeug essenziellen Verbraucher wie Motorsteuerung, Kombiinstrument sowie sämtliche Steuergeräte inkl. Sensoren berücksichtigt.

In Ländern mit geringerem Verkehrsaufkommen (z. B. durch Autobahnmaut) dürfte der Autobahn-Geschwindigkeits-Durchschnitt trotz Tempolimit noch höher liegen.

Bei diesen Fahrzeugen kann die Hybrid-Batterie auch über ein eingebautes Ladegerät durch Anschluss an das Stromnetz aufgeladen werden – damit werden diese Fahrzeuge für kleine Fahrstrecken zu Elektrofahrzeugen.

Der Verbrennungsmotor ist eine Wärmekraftmaschine und damit ist sein Wirkungsgrad gemäß Carnot \(\eta =1 - T_{\text{V}}/T_{\text{A}}\) (T _V/A = Verbrennungs-, Auslasstemperatur) auf maximal etwa 60 % limitiert. Große Schiffsdiesel erreichen η = 0,50.

Die Lenkhelfpumpe der Servolenkung ist immer direkt an den Motor angekoppelt, der Klimakompressors kann manchmal auch über eine Magnetkupplung getrennt werden.

Die sog. EPAS-Lenkung (Electric Power Assisted Steering) hat bei leichten Fahrzeugen schon die hydraulische Servolenkung abgelöst, da sie leichter ist und – zumindest im NEFZ und bei wenig kurvigen Strecken – weniger Treibstoff verbraucht; bei schweren Fahrzeugen könne n die Leistungen mit einem 12-V-Bordnetz nicht aufgebracht werden; mit dem Einzug von 48-V-Bordnetzen oder Hybridantrieben wird aber auch hier langfristig die elektrische Servolenkung kommen.

In Zukunft können z. B. Starter-Generatoren mit erheblich höheren Leistungen und Wirkungsgraden den verbrauchserhöhenden Effekt der elektrischen Systeme verringern.

Bei Schaltgetrieben waren früher vier Gänge die Regel, heute sind es fünf oder sechs Gänge; bei Automatikgetrieben waren früher drei Gänge normal, heute sind es fünf bis sieben Gänge.

Automatisiertes Schaltgetriebe: sowohl die Kupplungsbetätigung als auch der Gangwechsel wird von Elektromotoren übernommen – komfortables Schalten, aber mit Zugkraftunterbrechung.

Doppelkupplungsgetriebe (engl. Dual Clutch Transmission): Im Gegensatz zu Automatikgetrieben mit hydraulischem Drehmomentwandler erfolgt die Übertragung des Moments über eine von zwei Kupplungen, welche die beiden Teilgetriebe mit dem Antrieb verbinden. Der Gangwechsel erfolgt, indem gleichzeitig eine Kupplung schließt, während die andere öffnet.

Die Wandlerverluste der Automatikgetriebe werden heute – bei einigen Fahrzeugen schon ab dem zweiten Gang – durch sogenannte Wandlerüberbrückungskupplungen vermieden.

Continuous Variable Transmission: Übertragungsmedium ist eine Gliederkette, die zwischen Kegelrädern eine stufenlos verstellbare Übersetzung ermöglicht, aber auch höhere Verluste erzeugt.

Das ist im Kennfeld in Abb. 3.20 der „Grat“ des „Wirkungsgradgebirges“, der für jede Drehzahl durch den Mitteldruck mit dem niedrigsten spezifischen Verbrauch gebildet wird.

Aufgrund der aus Kostengründen nötigen Plattform- und Gleichteilestrategien kann nicht jedes Teil speziell für jeden Fahrzeugtyp ausgelegt werden. Folglich sind viele Teile (Rohbau, Achsen, etc.) überdimensioniert, da sie auch für das schwerste bzw. schnellste Modell einer Baureihe (i. d. R. mit der stärksten Motorisierung) ausgelegt sein müssen. Zum Erreichen deutlicher Gewichtsreduzierungen bleibt dann z. B. nur noch der teure Wechsel des Rohbau-Materialkonzeptes (z. B. Alu) übrig.

Zum Beispiel Motor, Nebenaggregate, Reifen, Luftwiderstand – vgl. dazu ausführlich ▶ Abschn. 3.7.

Jeder Reifen besitzt einen sogenannten max. Betriebsdruck, der auf der Reifenflanke aufgedruckt ist (meist in kPa, z. B. 350 kPa entspricht 3,5 bar) und der nicht ausgeschöpft wird. Grund dafür sind in erster Linie Nachteile im Komfort (z. B. Abrollkomfort, insbes. auf Querfugen), denen aber Vorteile in der Haftung (z. B. beim Bremsen), im Verschleiß und vor allem beim Verbrauch gegenüber stehen. Wem geringer Verbrauch wichtig ist, der kann ohne Weiteres seinen Reifendruck deutlich anheben.

Die Industriestaaten hatten sich darauf festgelegt, ihre Treibhausgasemissionen im Zeitraum von 2008 bis 2012 um durchschnittlich 5,2 % unter das Niveau von 1990 zu senken. Betrachtet wurden sechs Treibhausgase: neben Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Lachgas (N₂O) auch teil- und vollfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKWs, FCKWs) und Schwefelhexafluorid (SF₆). Die einzelnen Länder hatten unterschiedliche Ziele: Japan verpflichtete sich auf −6 %, die USA auf −7 % und die EU hatte ein Reduktionsziel von 8 %, das wiederum auf die EU-Mitgliedstaaten aufgeteilt wurde: Deutschland hatte sich z. B. zu einer Verringerung um 21 % verpflichtet.

Intergovernmental Panel on Climate Change – Überstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen, der im November 1988 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) ins Leben gerufen wurde, um für politische Entscheidungsträger den Stand der wissenschaftlichen Forschung zusammenzufassen. Der erste Sachstandsbericht wurde 1990 vorgestellt. Im Jahr 2007 wurde die Organisation, zusammen mit dem ehemaligen US-Vizepräsidenten Al Gore, mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet.

ACEA steht für Association des Constructeurs Européens d’Automobiles bzw. den Verband der Europäischen Automobilhersteller. Er wurde 1991 gegründet, die Zentrale befindet sich in Brüssel. http://www.acea.be/ 1995 eröffnete der ACEA ein Büro in Tokio, 2004 eines in Peking.

Die Automobilhersteller tragen gemeinsam die „Last“ der Verbrauchsreduktion: zum einen dadurch, dass die Hersteller kleinerer, sparsamerer Autos einen „härteren“ Zielwert (z. B. 125 g/km CO₂) erreichen müssen als die Hersteller großer Fahrzeuge; zum anderen dadurch, dass die Hersteller großer Fahrzeuge (mit einerseits größeren Potenzialen und andererseits Kunden, die evtl. mehr Geld für teure Verbrauchstechnologien auszugeben bereit sind) im Gegenzug auch mit z. B. –30 % einen größeren einen Beitrag zur Flottenverbrauchsreduktion leisten.

Benannt nach dem US-Senator Mike Monroney, der 1958 mit dem Automobile Information Disclosure Act erstmals Informationen über Fahrzeuge durchsetzte, http://www.epa.gov/carlabel/basicinformation.htm.

Titel: Verbrauch und Fahrleistungen
verfasst von: Teddy Woll, Dr.-Ing.
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Buch: Hucho - Aerodynamik des Automobils
Print ISBN: 978-3-8348-1919-2

Electronic ISBN: 978-3-8348-2316-8

Copyright-Jahr: 2013
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8348-2316-8_3

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