- Fahrdynamik als Simulation - Die Theorie Beitrag #1
Puffo
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Hallo.
Ich bin 23 Jahre alt, studiere in Hannover Maschinenbau mit Schwerpunkt Fahrzeugtechnik und fahre seit Mitte Februar einen TopSport 20VT. Ich lese schon seit längerer Zeit in Eurem Forum mit und muss sagen, dass es mir wirklich gut gefällt – interessante Themen und nette Leute. Wollte nun auch mal versuchen was Produktives beizutragen. Habe mich daher mit den verschiedenen Motoren für den TopSport näher beschäftigt. Viele werden folgendes sicherlich schon lange wissen, aber es gibt bestimmt auch eine Mitglieder, denen dieser Bereich nicht so vertraut ist. Der Beitrag ist etwas lang geworden. Kritik und Anregungen sind erwünscht...
Es gab ja nun schon mehrfach Diskussionen über Vor- und Nachteile von TDI, 20VT und V6. Reine PS-Zahlen sagen nicht vollständig etwas über Beschleunigungs- oder Elastizitätsvermögen eines Motors aus. Viel wichtiger ist bekanntermaßen das Drehmoment. Jedoch einfach stur das maximale Drehmoment von Motoren zu vergleichen, ist nicht wirklich hilfreich. Ein TDI müsste demnach jeden V6 in Grund und Boden fahren. Bezieht man in den Vergleich die verschiedenen Getriebeübersetzungen und Wirkungsgrade der Antriebskonzepte mit ein, so erhält man schon ein aussagekräftigeres Ergebnis. Getriebe für Dieselmotoren sind aufgrund des kleineren Motorendrehzahlbereichs im Vergleich zu Benzinern länger übersetzt, was sich negativ auf das Drehmoment auswirkt. Allradantrieb hat gegenüber Frontantrieb einen schlechteren Wirkungsgrad und höhere Trägheitsmomente, jedoch einen bessere Traktion, was besonders für „Knallstarts“ von Vorteil ist. Jedoch beschäftigt man sich bei dem Vergleich nur mit einem Punkt der Drehmomentkurve, also dem erzeugten Drehmoment bei einer bestimmte Drehzahl. Viel sinnvoller ist es, den gesamten Drehmomentverlauf über der gefahrenen Geschwindigkeit aufzutragen. Hierbei kommt sehr viel mehr die Charakteristik einer Motor- und Getriebekombination zum Vorschein. Die im Graphen auftretenden Integrale, also die von der Kurve und der Geschwindigkeits-Achse eingeschlossene Fläche, stellt eine gute Möglichkeit da, objektiv verschiedene Antriebe zu vergleichen. Berücksichtigt man neben der Drehmomentkurve das Gewicht, die Trägheitsmomente des Getriebes und der Räder, Lufttemperatur und -druck und sämtliche auf das Auto einwirkenden relevanten Kräfte (Steigungs-, Beschleunigungs-, Luft- und Rollwiderstand), kann man Aussagen bezüglich Beschleunigung, Elastizität und Höchstgeschwindigkeit machen. Genau das habe ich einmal getan...
Die benötigten Drehmomentdaten stammen aus mehr oder weniger genauen Diagrammen für Drehzahlen zwischen 1000-4500U/min beim TDI und 1000-6500U/min bei den beiden Benzinern. Das ganze ist also toleranzbehaftet. Weiterhin ist das alles reine Theorie unter Idealbedingungen, die Praxis kann natürlich etwas abweichen. Meine berechneten Zeiten werden vermutlich zu optimistisch sein (sie liegen bis zu einer Sekunde unter den Prospektangaben oder Testergebnissen). Das kann u.a. daran liegen, dass ich keine Trägheitsmomente von Motor und Antriebswellen berücksichtigt habe. Weiterhin dauert es auch ein wenig bis der Motor auf Volllast hochgelaufen ist oder der Turbolader den benötigten Ladedruck liefert (Turboloch). Die Ladelufttemperatur wurde nicht berücksichtigt. Einige wichtige Werte wie beispielsweise der Verlauf des Rollwiderstandes der Reifen über der Geschwindigkeit sind Mittelungen aus Werten für V- und Y-Reifen aus Conti-Messungen. Im großen und ganzen liege ich mit meiner Simulation allerdings nicht völlig daneben, auch wenn sie für den qualitativen Vergleich zwei Autos besser geeignet ist als für die Ermittlung von Zeiten.
Im unteren linken Diagramm ist der Verlauf des maximal möglichen Drehmoments bei Volllast über der Geschwindigkeit dargestellt. Das rechte Diagramm berücksichtigt zusätzlich die Masse des Fahrzeugs und zeigt unter Berücksichtigung der Fahrwiderstände und der Trägheitsmomente des Getriebes und der Räder die mögliche Beschleunigung. Ein solcher Drehmoment- bzw. Beschleunigungsverlauf würde sich ergeben, wenn man das Auto aus dem Stand bis zur Höchstgeschwindigkeit beschleunigt und die Gänge dabei maximal sinnvoll ausdreht. Darunter ist zu verstehen, dass beispielsweise der 4.Gang nur so weit gefahren wird, bis das Drehmoment im 5. Gang größer wäre und daher geschaltet wird. Wer genaue Schaltdrehzahlen wissen will, möge mir Bescheid sagen. Aussagen zur Elastizität lassen sich hierbei allerdings nicht gewinnen. Es ist aber sehr schön zu sehen, dass bei der Beschleunigung das ungefähr letzte Drittel des Drehmomentverlaufs entscheidend ist, also hohe Drehmomente bei hohen Drehzahlen. Der große "Drehmoment-Bums" des TDIs, im 1.Gang auch schön zu sehen, spielt also nur eine untergeordnete Rolle.
Im nächsten Diagramm ist als Beispiel die Elastizität im 5. Gang zu sehen.
Durch Integration kann man nun beliebige Fahrleistungen einfach ausrechnen. Einige habe ich unten zusammengefasst. 0-100 Werte fallen jedoch nicht darunter. Hierbei beeinflussen zu viele Faktoren das Ergebnis. Z.B. müsste der 20VT laut Diagramm dem V6 überlegen sein, allerdings schaffen die Vorderräder es in der Praxis nicht, die vorhandene Kraft auf den Boden zu bringen. Der Allradantrieb des V6 ist was den Schlupf betrifft im Vorteil. Aussagen über 0-100 Werte sind also nur schwer zu machen und nicht unbedingt direkt aus dem Diagramm ersichtlich – besonders beim Vergleich zwischen Allrad- und Fronttrieblern. Hab es daher gelassen. Die Höchstgeschwindigkeit hängt stark von der Luftdichte ab. Sollte diese um 0.1 kg/m³ zunehmen, was einer Temperaturverringerung von etwa 20°C entspricht, bedeutet das eine Verringerung der Endgeschwindigkeit um etwa 5 km/h. Im allgemeinen kann man aber sagen, dass unsere Löwen unter der Vorraussetzung, dass die angegebenen Motorleistungen stimmen, auch ihre eingetragenen Höchstgeschwindigkeiten erreichen, viel mehr allerdings auch nicht. Große Abweichungen liegen am Tacho oder an nicht „normgerechter Luft“.
Lufttemperatur: 20°C (trocken)
Luftdruck: 1013hPa
cw-Wert:0.32
Querspantfläche: 2.25m²
Reifen: Conti 225/45 R17 91W
Steigung: 0.0%
Besonders bei der 100-200km/h Rechnung kann die große Differenzgeschwindigkeit von 100km/h zu überhöhten Fehlern führen. Daher wäre es interessant, wenn Ihr mir Eure gemessenen Werte mitteilen würdet. Beim meinem 20VT stimmen die 37s in etwa.
Wichtig!: Bei den Beschleunigungssimulationen ist das Gewicht des Fahrzeugs ein entscheidender Faktor und hat direkt proportionalen Einfluss auf das Beschleunigungsvermögen. Da die Gewichtsangaben des Prospektes oder des Fahrzeugscheins wohl nicht sehr glaubwürdig sind, habe ich die Suchfunktion bemüht und einige Fahrzeuggewichte die per Waage ermittelt wurden rausgesucht. Sollten diese stark von Euren gemessenen Gewichten abweichen, teilt mir das bitte mit, dann korrigiere ich meine Werte.
20VT: 1410kg
TDI: 1460kg
TDI 4WD: 1560kg
V6 4WD: 1580kg
Rad: 20kg
Ich hoffe ich bringe hiermit keinen Streit in Gang, welches Auto das bessere sei. Jedes hat für sich seine eigenen Stärken und Schwächen. Gerade bei den praxisnahen Elastizitätsmessungen (60-100 und 80-120) liegen alle sehr nah beieinander.
So, genug über die Theorie gesülzt. Wer mehr Diagramme möchte muss das nur sagen. Und falls jemand brauchbare Drehmomentverläufe anderer Motoren hat, wäre es cool, wenn er sie mir schicken würde. Wäre vielleicht mal interessant zu wissen, was ein Vergleich zwischen Löwen und Autos anderer Marken ergeben würde...
Gruß,
Puffo
Ich bin 23 Jahre alt, studiere in Hannover Maschinenbau mit Schwerpunkt Fahrzeugtechnik und fahre seit Mitte Februar einen TopSport 20VT. Ich lese schon seit längerer Zeit in Eurem Forum mit und muss sagen, dass es mir wirklich gut gefällt – interessante Themen und nette Leute. Wollte nun auch mal versuchen was Produktives beizutragen. Habe mich daher mit den verschiedenen Motoren für den TopSport näher beschäftigt. Viele werden folgendes sicherlich schon lange wissen, aber es gibt bestimmt auch eine Mitglieder, denen dieser Bereich nicht so vertraut ist. Der Beitrag ist etwas lang geworden. Kritik und Anregungen sind erwünscht...
Es gab ja nun schon mehrfach Diskussionen über Vor- und Nachteile von TDI, 20VT und V6. Reine PS-Zahlen sagen nicht vollständig etwas über Beschleunigungs- oder Elastizitätsvermögen eines Motors aus. Viel wichtiger ist bekanntermaßen das Drehmoment. Jedoch einfach stur das maximale Drehmoment von Motoren zu vergleichen, ist nicht wirklich hilfreich. Ein TDI müsste demnach jeden V6 in Grund und Boden fahren. Bezieht man in den Vergleich die verschiedenen Getriebeübersetzungen und Wirkungsgrade der Antriebskonzepte mit ein, so erhält man schon ein aussagekräftigeres Ergebnis. Getriebe für Dieselmotoren sind aufgrund des kleineren Motorendrehzahlbereichs im Vergleich zu Benzinern länger übersetzt, was sich negativ auf das Drehmoment auswirkt. Allradantrieb hat gegenüber Frontantrieb einen schlechteren Wirkungsgrad und höhere Trägheitsmomente, jedoch einen bessere Traktion, was besonders für „Knallstarts“ von Vorteil ist. Jedoch beschäftigt man sich bei dem Vergleich nur mit einem Punkt der Drehmomentkurve, also dem erzeugten Drehmoment bei einer bestimmte Drehzahl. Viel sinnvoller ist es, den gesamten Drehmomentverlauf über der gefahrenen Geschwindigkeit aufzutragen. Hierbei kommt sehr viel mehr die Charakteristik einer Motor- und Getriebekombination zum Vorschein. Die im Graphen auftretenden Integrale, also die von der Kurve und der Geschwindigkeits-Achse eingeschlossene Fläche, stellt eine gute Möglichkeit da, objektiv verschiedene Antriebe zu vergleichen. Berücksichtigt man neben der Drehmomentkurve das Gewicht, die Trägheitsmomente des Getriebes und der Räder, Lufttemperatur und -druck und sämtliche auf das Auto einwirkenden relevanten Kräfte (Steigungs-, Beschleunigungs-, Luft- und Rollwiderstand), kann man Aussagen bezüglich Beschleunigung, Elastizität und Höchstgeschwindigkeit machen. Genau das habe ich einmal getan...
Die benötigten Drehmomentdaten stammen aus mehr oder weniger genauen Diagrammen für Drehzahlen zwischen 1000-4500U/min beim TDI und 1000-6500U/min bei den beiden Benzinern. Das ganze ist also toleranzbehaftet. Weiterhin ist das alles reine Theorie unter Idealbedingungen, die Praxis kann natürlich etwas abweichen. Meine berechneten Zeiten werden vermutlich zu optimistisch sein (sie liegen bis zu einer Sekunde unter den Prospektangaben oder Testergebnissen). Das kann u.a. daran liegen, dass ich keine Trägheitsmomente von Motor und Antriebswellen berücksichtigt habe. Weiterhin dauert es auch ein wenig bis der Motor auf Volllast hochgelaufen ist oder der Turbolader den benötigten Ladedruck liefert (Turboloch). Die Ladelufttemperatur wurde nicht berücksichtigt. Einige wichtige Werte wie beispielsweise der Verlauf des Rollwiderstandes der Reifen über der Geschwindigkeit sind Mittelungen aus Werten für V- und Y-Reifen aus Conti-Messungen. Im großen und ganzen liege ich mit meiner Simulation allerdings nicht völlig daneben, auch wenn sie für den qualitativen Vergleich zwei Autos besser geeignet ist als für die Ermittlung von Zeiten.
Im unteren linken Diagramm ist der Verlauf des maximal möglichen Drehmoments bei Volllast über der Geschwindigkeit dargestellt. Das rechte Diagramm berücksichtigt zusätzlich die Masse des Fahrzeugs und zeigt unter Berücksichtigung der Fahrwiderstände und der Trägheitsmomente des Getriebes und der Räder die mögliche Beschleunigung. Ein solcher Drehmoment- bzw. Beschleunigungsverlauf würde sich ergeben, wenn man das Auto aus dem Stand bis zur Höchstgeschwindigkeit beschleunigt und die Gänge dabei maximal sinnvoll ausdreht. Darunter ist zu verstehen, dass beispielsweise der 4.Gang nur so weit gefahren wird, bis das Drehmoment im 5. Gang größer wäre und daher geschaltet wird. Wer genaue Schaltdrehzahlen wissen will, möge mir Bescheid sagen. Aussagen zur Elastizität lassen sich hierbei allerdings nicht gewinnen. Es ist aber sehr schön zu sehen, dass bei der Beschleunigung das ungefähr letzte Drittel des Drehmomentverlaufs entscheidend ist, also hohe Drehmomente bei hohen Drehzahlen. Der große "Drehmoment-Bums" des TDIs, im 1.Gang auch schön zu sehen, spielt also nur eine untergeordnete Rolle.
Im nächsten Diagramm ist als Beispiel die Elastizität im 5. Gang zu sehen.
Durch Integration kann man nun beliebige Fahrleistungen einfach ausrechnen. Einige habe ich unten zusammengefasst. 0-100 Werte fallen jedoch nicht darunter. Hierbei beeinflussen zu viele Faktoren das Ergebnis. Z.B. müsste der 20VT laut Diagramm dem V6 überlegen sein, allerdings schaffen die Vorderräder es in der Praxis nicht, die vorhandene Kraft auf den Boden zu bringen. Der Allradantrieb des V6 ist was den Schlupf betrifft im Vorteil. Aussagen über 0-100 Werte sind also nur schwer zu machen und nicht unbedingt direkt aus dem Diagramm ersichtlich – besonders beim Vergleich zwischen Allrad- und Fronttrieblern. Hab es daher gelassen. Die Höchstgeschwindigkeit hängt stark von der Luftdichte ab. Sollte diese um 0.1 kg/m³ zunehmen, was einer Temperaturverringerung von etwa 20°C entspricht, bedeutet das eine Verringerung der Endgeschwindigkeit um etwa 5 km/h. Im allgemeinen kann man aber sagen, dass unsere Löwen unter der Vorraussetzung, dass die angegebenen Motorleistungen stimmen, auch ihre eingetragenen Höchstgeschwindigkeiten erreichen, viel mehr allerdings auch nicht. Große Abweichungen liegen am Tacho oder an nicht „normgerechter Luft“.
Lufttemperatur: 20°C (trocken)
Luftdruck: 1013hPa
cw-Wert:0.32
Querspantfläche: 2.25m²
Reifen: Conti 225/45 R17 91W
Steigung: 0.0%
Besonders bei der 100-200km/h Rechnung kann die große Differenzgeschwindigkeit von 100km/h zu überhöhten Fehlern führen. Daher wäre es interessant, wenn Ihr mir Eure gemessenen Werte mitteilen würdet. Beim meinem 20VT stimmen die 37s in etwa.
Wichtig!: Bei den Beschleunigungssimulationen ist das Gewicht des Fahrzeugs ein entscheidender Faktor und hat direkt proportionalen Einfluss auf das Beschleunigungsvermögen. Da die Gewichtsangaben des Prospektes oder des Fahrzeugscheins wohl nicht sehr glaubwürdig sind, habe ich die Suchfunktion bemüht und einige Fahrzeuggewichte die per Waage ermittelt wurden rausgesucht. Sollten diese stark von Euren gemessenen Gewichten abweichen, teilt mir das bitte mit, dann korrigiere ich meine Werte.
20VT: 1410kg
TDI: 1460kg
TDI 4WD: 1560kg
V6 4WD: 1580kg
Rad: 20kg
Ich hoffe ich bringe hiermit keinen Streit in Gang, welches Auto das bessere sei. Jedes hat für sich seine eigenen Stärken und Schwächen. Gerade bei den praxisnahen Elastizitätsmessungen (60-100 und 80-120) liegen alle sehr nah beieinander.
So, genug über die Theorie gesülzt. Wer mehr Diagramme möchte muss das nur sagen. Und falls jemand brauchbare Drehmomentverläufe anderer Motoren hat, wäre es cool, wenn er sie mir schicken würde. Wäre vielleicht mal interessant zu wissen, was ein Vergleich zwischen Löwen und Autos anderer Marken ergeben würde...
Gruß,
Puffo
