Kraftwagen-Aerodynamik – warum ist sie so wichtig?.

Einführung in die Fahrzeug-Aerodynamik

Die Fahrzeug-Aerodynamik befasst sich mit der Analyse der Luftströmung um Fahrzeuge. Die folgenden Begriffe haben hier besondere Bedeutung:

• aerodynamischer Luftwiderstand – ist eine Kraft, welche der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs entgegenwirkt, ähnlich dem Rollwiderstand, und erfordert zusätzliche Energie, um überwunden zu werden; mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit steigt der aerodynamische Widerstand nichtlinear an; deshalb ist die Aerodynamik für Fahrzeuge wichtig, welche sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen;
• Auftriebskraft – bei Bodenfahrzeugen, wie Autos, wird die Auftriebskraft in der Regel minimiert; oder, wie im Sportwagen Fall, wird sie in Abtrieb verwandelt, um die Fahrzeugstabilität bei hohen Geschwindigkeiten zu sichern;
• Luftwiderstandsbeiwert (cw) – ist ein Vergleichsparameter und dient zur Auswertung der Luftwiderstandskraft; je niedriger der cw-Wert, desto geringer der Luftwiderstand, geringer der Kraftstoffverbrauch und bessere Stabilität des Fahrzeugs bei höheren Geschwindigkeiten; typische cw-Werte für Autos liegen zwischen 0.20 und 0.40.

Die richtige Aerodynamik des Wagens ermöglicht den Ingenieuren bessere Kraftstoffeffizienz zu erreichen, den optimalen Energieverbrauch und kleinere Umweltauswirkung des Wagens. Eine stromlinienförmige Karosserie und präzise konstruierte Komponenten wie Spoiler und Diffusoren verbessern die Fahrstabilität des Fahrzeugs und sorgen für mehr Sicherheit bei höheren Geschwindigkeiten.

Tiefere Analyse der Aerodynamik Auswirkung auf Fahrzeuge

Die Aerodynamik hat einen fundamentalen Einfluss auf das Funktionieren des Fahrzeugs auf der Straße – sie beeinflusst sein Energiemanagement, Leistungsfähigkeit, Fahrstabilität und die Sicherheit.

Ingenieure und Designer verwenden verschiedene Techniken, um den Luftstrom um das Fahrzeug herum zu formen und so den Luftwiderstand und seine negativen Auswirkungen auf die Fahrzeugbewegung zu reduzieren. Eine gut durchdachte Fahrzeugaerodynamik ist der Schlüssel zu niedrigeren Betriebskosten, verbesserter Reifenhaftung und erhöhtem Reisekomfort. Lassen wir uns ansehen, wie sich die Fahrzeugaerodynamik auf den Kraftstoffverbrauch, die Leistungsfähigkeit und die Fahrstabilität auswirkt und welche Komponenten und Lösungen diese Parameterwerte während der Fahrt beeinflussen.

Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauch

Einer der wichtigsten Aspekte der Fahrzeugaerodynamik ist ihr Einfluss auf den Kraftstoff-verbrauch. Je geringer der Luftwiderstand, desto weniger Energie benötigt der Motor, um das Fahrzeug in Bewegung zu halten. So kann beispielsweise eine Reduktion des Luftwider-standbeiwerts (cw) um 0.01 den Kraftstoffverbrauch um bis zu 0.1 Liter pro 100 km senken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 130 km/h. In der Praxis bedeutet dies kleinere Betriebskosten, was besonders für Flotten oder Städtischen Autos wichtig ist, bei denen sich kleine Kraftstoffeinsparungen auf Jahresbasis zu erheblichen Beträgen summieren.

Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Stabilität des Fahrzeugs

Die Aerodynamik eines Fahrzeugs hat auch Einfluss auf seine Leistungsfähigkeit und Stabilität. Bei hohen Geschwindigkeiten spielt der Abtrieb, der die Haftung der Räder auf der Fahrbahn erhöht, eine wichtige Rolle. Um bessere Fahreigenschaften zu erzielen, verwenden Designer Elemente wie Spoiler und Diffusoren, die den Druck auf Räder erhöhen und die Luftströmung unter dem Fahrzeug verbessern. Dies stabilisiert nicht nur das Fahrzeug, sondern verbessert auch die Bodenhaftung, was sich auf die Bremssicherheit auswirkt, die Steuerbarkeit und die Traktion bei Beschleunigung.

Spoiler und Diffusoren sind Elemente, die nicht nur in Sportwagen, sondern auch in Stadtautos und SUVs zu finden sind. Mehr über ihre Rolle bei der Verbesserung der Aerodynamik erfahren Sie im Artikel „Autospoiler – was sie sind, wozu sie dienen und wie sie konstruiert werden“.

Die Bedeutung von CAE- Simulationen

CAE-Simulationen sind ein wichtiger Bestandteil des modernen Fahrzeug Designs und Entwurfs, insbesondere im Bereich der Fahrzeugaerodynamik, wo virtuelle Windkanäle zum Einsatz kommen. Sie ermöglichen es Ingenieuren, Modelle bereits in der Konzeptphase zu testen und zu verbessern, wodurch die Notwendigkeit minimiert wird, teure Prototypen in echten, teuren Windkanälen und auf der Straße zu testen.

Einführung in CAE (Computer-Aided Engineering

CAE-Simulationen sind eines der wichtigsten Werkzeuge, welche die Ingenieure bei der Entwicklung aerodynamischer Lösungen für Fahrzeuge unterstützen. Durch die Verwendung fortschrittlicher Simulationen der Luftströmung um das Auto herum, können Ingenieure verschiedene Entwürfe testen und Änderungen vornehmen, bevor sie einen physischen Prototyp erstellen. Die CAE Anwendung lässt die Entwicklungszeit kürzen, die Kosten senken und erlaubt den Ingenieuren, die Wirksamkeit eines bestimmten Entwurfs unter realen Bedingungen vorherzusagen.

Anwendung von Simulationen im aerodynamischen Design

CAE-Simulationen ermöglichen eine detaillierte Analyse der Kräfte, die während der Fahrt auf ein Fahrzeug wirken, wodurch jedes Konstruktionsdetail optimiert werden kann – von der Form der Karosserie über die Anordnung der Karosseriekomponenten bis hin zur Form der Spiegel. Endego bietet fortschrittliche CAE-Dienstleistungen an, die dabei helfen, Fahrzeuge mit der bestmöglichen Aerodynamik zu entwerfen und gleichzeitig eine höhere Energie-effizienz und Stabilität zu gewährleisten.

Bei sehr hohen Geschwindigkeiten, über 180 km/h (wie kleines Flugzeug), kann es durch die Bewegung des Fahrzeugs und die damit verbundenen Turbulenzen leicht zu Vibrationen der Karosseriebleche kommen, den so genannten Flatterphänomen. Dieser Effekt ist laut und deutlich hörbar. Virtuelle mechanische und aerodynamische Untersuchungen erkennen derartige Effekte und helfen dabei, die Struktur der Außenhaut sowie die Befestigung und Versteifung der Bleche anzupassen.

Die Rolle der Aerodynamik in der Zukunft des Automobilbaus

Die Fahrzeugaerodynamik ist für die Zukunft der Automobilindustrie von großer Bedeutung, insbesondere im Zusammenhang mit elektrischen und autonomen Fahrzeugen. Ein geeignetes Design ermöglicht ein besseres Energiemanagement und eine verbesserte Stabilität, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer unkonventionellen Gewichtsverteilung, wie z. B. großen Batteriepaketen und kleinen Motoren.

Aerodynamik und Elektrofahrzeuge (EV)

Die Aerodynamik ist für Elektrofahrzeuge (EVs) besonders wichtig, da sie sich direkt auf die Reichweite des Fahrzeugs auswirkt. Bei Elektrofahrzeugen ist die Reduzierung des Luftwiderstands wichtig für die Energieeffizienz, was eine bessere Nutzung der in den Batterien gespeicherten Energie und längere Reichweite ermöglicht. Das Design von Elektrofahrzeugen setzt oft Formen nach Stromlinien voraus, geschlossene Kühlergrills und reduzierte Zahl der Elemente, welche den Luftwiderstand erhöhen könnten. Selbst eine geringe Reduktion des Luftwiderstands kann die Reichweite des Fahrzeugs um mehrere Kilometer erhöhen, was für die Nutzer von Elektroautos entscheidend sein kann.  

Auswirkungen auf die Entwicklung autonomer Fahrzeuge

Bei autonomen Fahrzeugen ist ein noch größeres Engagement für die Optimierung der Fahrzeugaerodynamik erforderlich, um die Stabilität zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken, sodass die Fahrzeuge länger ohne Aufladen fahren können. Darüber hinaus wirkt sich die richtige Aerodynamik auf die Präzision von Navigations- und Radarsystemen aus, die bei autonomen Fahrzeugen für eine effiziente Überwachung der Umgebung unerlässlich sind. Die Aerodynamik lässt die Auswirkungen von Seitenwinden auf das Fahrzeug reduzieren, was den Komfort und die Sicherheit der Passagiere erhöht.

Optimierung der Fahrzeugaerodynamik mit Endego

Die Aerodynamik spielt im modernen Automobilbau eine wichtige Rolle. Sie beeinflusst den Kraftstoffverbrauch, die Stabilität und Sicherheit des Fahrzeugs sowie den Fahrkomfort. In Zeiten, in denen Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit im Vordergrund stehen, ermöglicht eine ausgereifte Aerodynamik den Automobilherstellern, die Kundenerwartungen zu erfüllen und den Herausforderungen des Marktes zu begegnen. Endego bietet umfassende Dienstleistungen im Bereich Industriedesign an, einschließlich CAE-Simulationen, welche die Optimierung der Luftströmung um das Fahrzeug unterstützen.

Wir laden Sie ein, unser komplettes Angebot an Fahrzeugdesign, Nutzfahrzeug- und Busdesign, Schienenfahrzeugdesign, Landmaschinendesign, Motorraddesign sowie unterstützende Dienstleistungen wie Karosseriedesign und Fahrzeuginnenraumdesign kennenzulernen.