FZA Kraftstoffverbrauch und Fahrwiderstände

• Luftwiderstand
• Rollwiderstand
• Beschleunigungswiderstand
• Steigungswiderstand
• Triebstrangverluste
• Schlupfverluste

• Verdrängung der Luft
• irreversibler Energieverlust
• F_L = c_W*A_x*(ρ_L/2)*v_F-v_Wind)²
• ρ_L = Luftdichte
• A_x = Stirnfläche des Fahrzeugs

• Der Rollwiderstand entsteht durch die Verformung von Rad und Fahrbahn. 
• Die Hauptkomponente des Rollwiderstands ist die innere Reibung des Reifenwerkstoffes bei Verformung (ca. 90 - 95%) sowie Reib- und Gleitvorgänge in der Berührungsfläche mit der Fahrbahn (ca. 5 - 10%)
• Die Dämpfungsarbeit des Reifens ist erwünscht zur Dämpfung von Schwingungen. Gleichzeitig verursacht sie aber den ungewollten Rollwiderstand
• F_{R,i (Rollwiderstand eines Rades)}= f_{R,i (Rollreibungsbeiwert)}*F_{N,i (Radlast)}
• F_{R (Rollwiderstand Fahrzeug)} = f_R*(m_F*g*cosα-F_A)
• Der Rollreibungsbeiwert kann bis 130km/h als konstant angenommen werden
• Bei Konstantfahrten im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (≤100km/h) beträgt der Rollwiderstand mehr als die Hälfte des gesamten Fahrwiderstandes
• Der Rollwiderstand ist irreversibel

• Trägheitskräft infolge von Beschleunigung und Verzögerung, die vm Antrieb überwunden werden müssen
• translatorischer Anteil (resultiert aus instationärer Bewegung der Fahrzeugmasse
• rotatomischer Anteil (resultiert aus Beschleunigung und Verzögerung drehender Teile des Triebstrangs
• F_a = m_F*a+ΣJ_i*ω_i = e*m_F*a
• e = Massefaktor des Triebstrangs (für jeden Gang unterschiedlich)
• Der Beschleunigungswiderstand ist auch kein Widerstand im eigentlichen Sinne, es erfolgt lediglich eine Umwandlung in kinetische Energie

• Der Widerstand den das Fahrzeug beim Befahren einer Steigung überwinden muss
• Der Widerstand resultiert aus der Hangabtriebskraft
• F_St = m_F*g*sinα
• mit α = arctanq = arctan (dz/dx) (q = Steigung in Prozent) 
• Der Steigungswiderstand ist kein Widerstand im eigentlichen Sinne (Energiedissipation), sondern es erfolgt lediglich eine Umwandlung in potentielle Energie
• Daher spielt er keine Rolle im Fahrzyklus und im Ausrollverusch

P_TV = P_N * (1-η_T/η_T)

• Kupplung (Schlupf)
• Getriebe (Ölplantschend, Reibung in den Lagern, Verluste der lastfrei laufenden Zahnräder)
• Gelenkwellen
• Achsgetriebe
• Steuerung, die auf Stellglieder oder Schaltelemente wirkt

P_S = P_N * λ_A

• P_K = P_E/η_E
• P_K = (1/η_E*η_T)*(1/1-λ_A)*(F_R+F_St+F_a+F_L)*ν_F

• Erhöhung des effektiven Motorwirkungsgrades
• Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftübertragung (Getriebe, Differentiale, Lager etc.)
• Reduzierung des Fahrzeuggewichts
• Reduzierung des Rollwiderstands
• Reduzierung des Luftwiderstands

• P_FW = F_Z*v_F
• mit  F_Z = M_M*ü_T*η_T*1/r_dyn
• und F_Z = F_R+F_St+F_a+F_L
• M_M = Motormoment
• ü_T = Triebstranggesamtübersetzung

• c_w-Wert (Formgüte)
• Stirnfläche A_x (Fahrzeuggröße)
• Fahrzeugmasse m_F 
• Rollwiderstandsbeiwert f_R
• Zu Grunde liegender Fahrzyklus (z.B. NEFZ)

• NEFZ (Neuer europäischer Fahrzyklus)
• 4 mal Stadtfahrt (195 sek, Höchstgeschwindigkeit 50km/h)
• 1 mal Überlandfahrt (400 sek, Höchstgeschwindigkeit 120km/h)

• Triebstrangwirkungsgrad
• Motorwirkungsgrad
• Schlupf

Da der Luftwiderstand quadratisch von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, wird dieser bei höheren Geschwindigkeiten zum vorherrschenden Fahrwiderstand und ist somit auch für die erreichbare Höchstgeschwindigkeit verantwortlich

• Auftriebskraft und Nickmoment
• Seitenkraft und Giermoment