Drehmoment und Elastizität
Hallo Techniker,
in der letzten ADAC-Motorwelt steht ein Bericht über den VW Passat gegen Ford Mondeo. Dort stolperte ich über einige Angaben bezüglich Drehmoment, PS und Elastizität. Vielleicht kann ein Sachkundiger mal ein paar erklärende Worte schreiben.
Das steht drin: ... Interessant ist, dass der EcoBoost-Motor (Ford) bei den Elastizitätsmessungen besser abschneidet als der Passat, dessen Diesel mit 340 NM ein deutlich höheres maximales Drehmoment hat als der Mondeo (240 NM).
Folgende Motoren haben sie verglichen:
Passat:
4-Zyl.Turbodiesel, 1968 cm³, 150 PS, 340 NM bei 1750 U/min, 8,9 s auf 100 km/h
Überholvorgang 60-100 km/h: 5,6 s
Mondeo:
4-Zyl.Turbobenziner, 1499 cm³, 160 PS, 240 NM bei 1600 U/min, 9,3 s auf 100 km/h
Überholvorgang 60-100 km/h: 5,6 s
P.S.: Dummerweise sind bei der Elastizitätsmessung in der Tabelle beide Werte gleich (5,6 s)
P.P.S.: Da es den neuen Mondeo noch nicht als Diesel gibt, haben sie einfach den Benziner für den Vergleich genommen ...
Meine Frage: Nun hat der Passat ja signifikant mehr Drehmoment. Warum beschleunigt er trotzdem nicht schneller als der Mondeo von 60 auf 100 km/h? Die 10 PS mehr des Mondeo machen's doch nicht, oder?
Beste Antwort im Thema
Der Diesel hat ein länger übersetztes Getriebe und das vernichtet den Drehmomentvorteil gegenüber dem Benziner. Heutige Turbobenziner haben in den höheren Gängen teilweise mehr Radzugkraft (=Beschleunigung) als vergleichbare Diesel.
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Reibwert
Bremse Rad
Zitat:
@Duke711 schrieb am 8. September 2019 um 03:11:52 Uhr:
Wo ist das Problem?
... dass Du mit Kanonen auf Spatzen schiesst.
Zitat:
@christian_2 schrieb am 07. Sep. 2019 um 09:9:50 Uhr:
Allerdings hätte der ADAC dann Äpfel mit Birnen verglichen, weil nicht im gleichen Gang gefahren worden wäre.
Und wieso sollte es wichtig sein, dass die gleiche Nummer am Gang dran steht?
Viel interessanter ist doch die Wahl des Gangs nach der Zielgeschwindigkeit, sprich bei 60 - 100 km/ h der kürzeste Gang, in dem 100 km/ h erreicht wird.
Es gibt noch andere Varianten und alle halte ich für sinnvoller als der Vergleich nach Nummerierung der Übersetzungen, einfach weil sie praxistauglicher sind.
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Zitat:
@Razzemati schrieb am 8. September 2019 um 15:09:50 Uhr:
Zitat:
@WQ33 schrieb am 8. September 2019 um 11:10:48 Uhr:
Mir würde ein Hauptgrund oder ein Fazit genügen.
Die Antwort auf die Ursprungsfrage muss "zumutbar" sein. 🙂Da es in dem vom TE erwähnten Artikel massiv widersprüchliche Aussagen gibt (Messwerte passen nicht zum Text des Artikels), kann es auf die Frage des TE keine sinnvolle Antwort geben.
christian_2 hat gestern 14:39:45 Uhr das Gegenteil bewiesen!
Nochmals meine Hochachtung für christian_2!
Zitat:
@FWebe schrieb am 8. September 2019 um 19:56:42 Uhr:
Zitat:
@christian_2 schrieb am 07. Sep. 2019 um 09:9:50 Uhr:
Allerdings hätte der ADAC dann Äpfel mit Birnen verglichen, weil nicht im gleichen Gang gefahren worden wäre.
Und wieso sollte es wichtig sein, dass die gleiche Nummer am Gang dran steht?
Nun ja, das ist ja nicht meine Idee gewesen, dass Elastizitätsmessungen im 4. oder 5. Gang gemacht werden. Ich weiß auch nicht, wer sich das eigentlich ausgedacht hat (ADAC? Autobild?). Ich habe während meines Studiums auch mal was anderes gelernt, was Elastizität bedeutet (Abstand der Drehzahl von M_max zu n_Nenn).
Dass die Elastizitätsmessung im 4. Gang gemacht wird, habe ich einfach nur übernommen.
Zitat:
Viel interessanter ist doch die Wahl des Gangs nach der Zielgeschwindigkeit, sprich bei 60 - 100 km/ h der kürzeste Gang, in dem 100 km/ h erreicht wird.
Es gibt noch andere Varianten und alle halte ich für sinnvoller als der Vergleich nach Nummerierung der Übersetzungen, einfach weil sie praxistauglicher sind.
Ich finde, es gibt für den Vergleich im 4. Gang Gründe und für Deinen Vorschlag mit dem niedrigsten Gang. Der niedrigste Gang beschleunigt das Fahrzeug am schnellsten, allerdings ist die Frage auch berechtigt, ob 'Oma Herta' auf der Landstraße zum Überholen wirklich in den 2. oder 3. Gang zurückschaltet. Ich glaube das eher nicht, weil man ja i. d. R. auf der Landstraße im höchsten Gang fährt (6. Gang) und dann i. d. R. einen oder zwei Gänge zurückschaltet.
Außerdem braucht man viel Erfahrung, um zu wissen, wieviel Gänge man zurückschalten kann, damit man nicht am Ende des Überholvorganges in die Abregelung kommt.
Im Anhang habe ich die Gänge mal geändert. Dabei habe ich die Daten bzgl. rot. Trägheiten Motor+Getriebe+Achse sowie den geschwindigkeitsabhängigen Rollwiderstand von Duke711 schon eingearbeitet. @Duke: Danke schon mal vorab! Eine PM folgt noch :-)
Wenn beide Fahrzeuge im 3. Gang beschleunigen, gewinnt immer noch der Passat (Bild 1).
Passat: 4.2 s
Mondeo: 5.1 s
Das Problem für den Mondeo ist, dass er nicht im 2. Gang beschleunigen kann, weil er gerade so die 100 km/h nicht erreicht, weil er in den Abregelbereich kommt. Wenn der Abregelbereich etwas später käme, wäre er wahrscheinlich schneller (Bild 2).
Ob das nun wirklich so ist, hängt aber natürlich von meiner Momentenkennlinie ab, die ich extrapolieren musste. Und da ist natürlich auch ein bisschen Raterei von mir dabei, deshalb kann das Ergebnis so richtig sein, muss aber nicht. Wenn jemand eine Drehmomentkurve von Mondeo und Passat bis zur Abregelung hat, dann her damit, dann trage ich diese ein und wir wissen es genauer.
Ob der Mondeo die 100 km/h im 2. Gang erreicht, hängt aber auch noch von anderen Parametern, wie Abrollumfang und Schlupf ab. Schlupf habe ich ja nicht berücksichtigt, was dann aber wiederum dafür spricht, dass er die 100 km/h im 2. Gang eher nicht erreicht (Motordrehzahl erhöht sich durch den Schlupf).
Und wie wichtig ist es, dass man genau von 60 auf 100km/h beschleunigt und nicht von 55 auf 97km/h. Das ist doch alles Mumpitz. Erst recht, seit die meisten Autos Getriebe mit 6 bis 10 Gängen haben. Es ist schon schlimm genug, dass die Fachzeitschriften mit ihren 0-100km/h und 0-200km/h Tests dafür gesorgt haben, dass die Getriebe von den Herstellern so ausgelegt werden, dass die Schaltdrehzahlen genau kurz hinter diesen beiden Geschwindigkeitswerten liegen, statt so, wie es für die Beschleunigung insgesamt besser wäre.
Zitat:
@WQ33 schrieb am 9. September 2019 um 09:24:36 Uhr:
Zitat:
@Razzemati schrieb am 8. September 2019 um 15:09:50 Uhr:
Da es in dem vom TE erwähnten Artikel massiv widersprüchliche Aussagen gibt (Messwerte passen nicht zum Text des Artikels), kann es auf die Frage des TE keine sinnvolle Antwort geben.
christian_2 hat gestern 14:39:45 Uhr das Gegenteil bewiesen!
Nochmals meine Hochachtung für christian_2!
Nein, hat er nicht. Er hat sich eine große Mühe gemacht, weil er gern Recht behalten wollte. Viel einfacher wäre es über die Leistung gegangen. Und viel kürzer.
Am Ende sind die Werte für den Durchzug der beiden Fahrzeuge aber unschlüssig und daher gibt es gar kein Ergebnis, sondern nur mehrere mögliche Ergebnisse.
Zitat:
@Razzemati schrieb am 9. September 2019 um 09:45:54 Uhr:
Und wie wichtig ist es, dass man genau von 60 auf 100km/h beschleunigt und nicht von 55 auf 97km/h. Das ist doch alles Mumpitz. Erst recht, seit die meisten Autos Getriebe mit 6 bis 10 Gängen haben. Es ist schon schlimm genug, dass die Fachzeitschriften mit ihren 0-100km/h und 0-200km/h Tests dafür gesorgt haben, dass die Getriebe von den Herstellern so ausgelegt werden, dass die Schaltdrehzahlen genau kurz hinter diesen beiden Geschwindigkeitswerten liegen, statt so, wie es für die Beschleunigung insgesamt besser wäre.
Ich weis nicht ob die Getriebe wirklich so abgestuft sind. Bei meinem Civic waren die Gänge auffällig auf die typischen Geschwindigkeiten (30, 50, 70, 100, 130) abgestuft. Es hat immer einen Gang gegeben, wo der Motor bei einer dieser Geschwindigkeiten genau 2000U/min (und damit genau am Einsatzbereich des Turbos) gelaufen ist.
Grüße,
Zeph
Bei meinen Zugkraftdiagrammen ist mir das aufgefallen. Bei sportlichen Autos liegt der Gangwechsel 2. auf 3. Gang bei Nenndrehzahl fast immer so bei 100km/h bis 115 km/h.
In der Großserie werden die 100 manchmal auch gerade noch im 2. Gang erreicht. 😉
Beispiel Golf 6 1.4 TSI 118 kW, 0 - 100 km/h in 8 Sekunen, als Schalter und mit DSG.
Der Schalter erreicht die 100 im 2. Gang am Anschlag.
Das DSG wechselt hingegen schon bei etwa 77 vom 2. in den 3. Gang.
Dass der Handschalter länger ausgelegt wurde, lag aber auch am NEFZ, denn dort waren die Gänge fest vorgegeben. Z.B. musste man konstant 50 km/h im 3. Gang fahren. Usw. Während Automatikgetriebe im NEFZ schalten durften, wie sie wollten.
Die Auslegung / Abstimmung war somit ein Zielkonflikt und Optimierungsproblem.
Man hat bestimmte fixe Prioritäten und was sonst noch (kostengünstig) möglich war, hat man mitgenommen.
VG myinfo
Habe noch mal den Reibwertkoeffizient angepasst
Update
Nochmal ein paar Anmerkungen zum Schlupf
Duke hat ja in seiner Datei Reibwert.xlsx auch Schlupfkurven hinterlegt. Vielen Dank noch einmal dafür Duke! Auch habe ich sonst alle Daten aus seinen Dateien übernommen (Rollwiderstandsbeiwerte, Wirkungsgrade, etc.).
Ich habe den Schlupf in meine Exceldatei mit eingebaut, weil ich dachte, dass dieser eventuell einen größeren Einfluss auf die Ergebnisse hat. Mein Gedanke war: Um den größten Haftwert (und damit Fahrzeugbeschleunigung) zu erreichen, braucht man auf trockenem Asphalt einen Schlupf von etwa 16 %! Dies entspräche natürlich auch eine 16 % höhere Motordrehzahl und entsprechend große Schlupfverlustleistungen. Und nachdem die zwei Fahrzeuge beim Beschleunigungsvorgang (0 bis 100 km/h) zu Beginn auch an der Haftgrenze rumfahren, meinte ich, dass der Einfluss relativ groß wäre.
Das Einbauen des SChlupfs war dahingehen etwas kompliziert, weil die Kombination aus rotatorischen Massenträgheiten und Schlupf in Excel zu Schwingungen im Antriebstrang führen.
Das liegt vielleicht an meiner Vorgehensweise: Ich rechne die Drehzahlen im Antriebstrang vom Reifen zum Motor und das Drehmoment vom Motor zum Reifen.
Bei der Drehzahl schaue ich im ersten Schritt, wie schnell das Fahrzeug im aktuellen Integrationsschritt fährt. Dies ergibt eine theoretische Reifendrehzahl (ohne Schlupf). Mit Hilfe des aktuellen Schlupfes wird dann die tatsächliche Reifendrehzahl berechnet. Die Motordrehzahl ergibt sich dann im eingekuppelten Zustand aus den Übersetzungen.
Nachdem man jetzt die Motordrehzahl kennt, kann man über die Gaspedalstellung das aktuelle Drehmoment bestimmen (mit Volllast- und Motorschlepplinie). Und mit Hilfe des Motormomentes rechne ich dann wieder über Getriebeübersetzungen, den Verlusten und den rotatorische Massenträgheitsmomenten eine Kraft am Rad aus, die das Fahrzeug letztendlich beschleunigt. Die Kraft am Rad wird dann nur noch in Abhängigkeit des maximalen Haftreibwertes begrenzt und so erhält die Fahrzeugbeschleunigung und daraus resultierend die neue Fahrzeuggeschwindigkeit.
Und jetzt das Problem:
Um die Reifendrehzahl zu berechnen, braucht man den Schlupf. Der aktuelle Schlupf ergibt sich aber aus dem Haftreibwert, und der sich wiederum aus der Kraft am Rad. Die Kraft am Rad kennt man aber nur, wenn man das Motormoment kennt. Man braucht also ein Ergebnis, das man noch gar nicht berechnet hat.
In Simulink geht sowas ganz einfach, hier berechnet der Solver das richtige Ergebnis iterativ. In Excel geht das natürlich nicht, man kann ja nur Zahlenkolonnen erzeugen (glaube ich). Deshalb greife ich in meiner Exceldatei in solch einem Fall auf das Ergebnis aus der vorherigen Zeile zurück (vorheriger Integrationsschritt). Das führt dazu, dass man eine Rechnengröße verwendet, die eigentlich nicht zu 100 % 'passt' bzw. richtig ist. Wenn man die Integrationsschrittweite sehr klein wählt (bei mir 0.01 s, ich berechne also alle 0.01 s Ergebnisse), dann ist das ziemlich egal, weil sich normalerweise innerhalb dieser Zeit die Ergebnisse nicht groß ändern. Aber nachdem ich keine Kupplung 'modelliert' habe, gibt es demzufolge bei jedem Ein- und Auskuppeln eben doch sehr große Änderungen (kurze Drehmomentspritzen durch die rotatorischen Massenträgheiten), was dann zu den Schwingungen führt.
Hat irgendjemand vielleicht eine Idee, wie ich dieses Problem umgehen kann?
Weil ich keine große Lust hatte, viel Zeit in die Lösung dieses Problems zu stecken, habe ich bestimmte Ergebnisse kurzerhand geglättet (Mittelwert über eine bestimmte Zeit). Gemacht habe ich das beim Moment nach der Kupplung (die kann ja in Wirklichkeit nicht unendlich schnell geöffnet oder geschlossen werden, deshalb ändert sich das Moment auch nicht schlagartig) und der Kraft am Reifen (der Reifen ist elastisch und wirkt ein bisschen wie eine Feder mit Dämpfer). Bei den Ergebnissen sieht das dann ganz gut aus und die Schwingungen halten sich in Grenzen.
Zu den Ergebnissen
Zuerst noch einmal der Vergleich: Angaben Themensteller und neue Ergebnisse mit Dukes Daten und der Schlupfberücksichtigung:
Code:
Passat
Angabe Simulation
0 - 100 km/h 8.9 s 8.85 s
60 - 100 km/h 5.6 s 5.64 s
v_max [km/h]*) 216 216.4 s
Mondeo
Angabe Simulation
0 - 100 km/h 9.3 s 9.44 s
60 - 100 km/h 5.6 s 6.88 s
v_max [km/h]*) 217 219.2 s
Prinzipiell das gleiche Ergebnis wie vorher: Die Angaben zur Elastizität beim Mondeo passen nicht. Ansonsten haben sich die Excelergebnisse den Herstellerangaben noch weiter angenähert, was größtenteils an der Berücksichtigung des Schlupfs liegen dürfte.
Jetzt ein paar Ergebnisse zum Schlupf:
Ich meinte ja, dass der Schlupf einen relevanten Einfluss auf die Schaltdrehzahlen (werden die 100 km/h im 2. Gang erreicht oder nicht?) hat und das will ich noch kurz quantifizieren.
Zuerst zur Elastizität:
Es zeigt sich, dass sich der Schlupf über der Geschwindigkeit bei der Elastizitätsmessung kaum ändert und mit etwa 2 % im vierten Gang auch relativ gering ist. Entsprechend des Schlupfes erhöht sich die Motordrehzahl ebenfalls um diese 2 %, was bei 2000 1/min etwa 40 1/min ausmacht. Das Ergebnis ist also nicht besonders spektakurär, kann aber relevant sein.
Beschleunigung von 0 auf 100 km/h
Größere Unterschiede hatte ich bei der Beschleunigung von 0 auf 100 km/h erwartet. Ich habe deshalb einen Vergleich (gleiches Fahrzeug: Passat) zwischen einer Beschleunigung einmal auf 'Asphalt trocken' und einmal auf 'Beton trocken' gemacht (mit den Schlupfkurven aus Dukes Datei).
Es zeigt sich, dass es nur große Unterschiede im ersten Gang gibt (Bild), weil man nur hier an der Haftgrenze rumfährt. Man ist letztendlich auf trockenem Asphalt nur 0.13 s schneller.
Interessant finde ich die Schlupfverlustleistung. Diese steigt auf trockenem Asphalt kurzzeitig auf über 10 kW, was bedeutet, dass etwa 10 % der Motorleistung nicht in die Fahrzeugbeschleunigung, sondern beim Schlupf verloren geht bzw. in Wärme gewandelt wird (Bild). Interessant wären die Werte bei einem Dragster-Fahrzeug...
Relevante Abweichungen bei den Beschleunigungszeiten ergeben sich erst auf nassem Asphalt. Hier steigt die Beschleunigungszeit um 0.86 s. Auf nassem Asphalt wird auch noch im zweiten Gang die meiste Zeit an der Haftgrenze herumgefahren, wodurch dann die größeren Unterschiede bei den Beschleunigungszeiten resultieren.
Dann hat mich noch interessiert, was ein größerer Luftdruck ausmacht (3.0 bar gegenüber 2.35 bar), weil Duke auch hierfür Werte geliefert hat:
Bei der Beschleunigung von 0 auf 100 km/h ist man um 0.05 s schneller; das ist also eher ein theoretischer Wert.
Die Höchstgeschwindigkeit liegt um 0.7 km/h höher. Also, wer's eilig hat, den Luftdruck erhöhen. Wobei das Ausschalten der Klimaanlage mehr bringt, nämlich einen Unterschied von 1.0 km/h in der Endgeschwindigkeit. Wer hätte das gedacht ;-)
Und weil ich gerade dabei bin: Schaltet man ein Autoradio ein und dreht voll auf (200 W?): Macht bei 70 % Wirkungsgrad des Generators inkl. seines Antriebs 0.06 km/h bei der Höchstgeschwindigkeit aus.
Abgefahrene Reifen haben mich auch noch interessiert
Neue Reifen haben etwa 9 mm Profiltiefe. Abgefahrene Reifen also etwa 7.4 mm weniger. Man ist mit abgefahrenen Reifen von 0 auf 100 km/h etwa 0,28 s schneller (Bild).
Dann habe ich Ergebnisse mit etwas anderen Schaltdrehzahlen verglichen (einmal 4000 1/min und einmal 4100 1/min), weil ich mir vorstellen kann, dass es für den Fahrer schwierig ist, die richtige Schaltdrehzahl bei einer Volllastbeschleunigung immer exakt zu treffen:
Beim Passat tut sich fast gar nichts (nur 0.02 s), weil die Anschlussdrehzahl einmal bei etwa 2000 1/min bzw. 2100 1/min liegt. Und nachdem das max. Drehmoment bereits bei 1750 1/min anliegt, ändert sich bei der Beschleunigung im Anschlussgang auch nichts (Bild).
Ich hatte noch leider keine Zeit, aber bin gerade dabei eine Wirkungsgradtabelle sowie Massenträgheitsmomente für
- 8 Gang längs Stirnrad
- 7 Gang längs Stirnrad
- 6 Gang längs Stirnrad
- 6 Gang quer Stirnrad inkl. Stirnrad Achs, Planeten Differential
- 7 Gang quer Stirnrad inkl. Stirnrad Achs, Planeten Differential
- Achsantrieb mit Hypiodantrieb und Kegelraddifferential
- Torsen Mittendifferential
- Radlager in Abhängigkeit des Radmassenträgheitsmoment (einstellbar)
- Massenträgheitsmoment verschiedener Kupplungen
zu erstellen. Danach kann ich mir gerne die Kupplung anschauen. Ich habe ein fertiges Einscheiben trocken Kupplunsmodell mit Torsionsdämpfer.
Dann kann ich gerne mal die ganzen Dämpfungwerte der Bauteile wie Wellen, Kupplung, Reifen ermitteln.
Sobald es Neuigkeiten dazu gibt, werde ich diese hier veröffentlichen.