Τεχνολογία: Η αεροδυναμική είναι το κλειδί για την εμβέλεια EV

EVs Race for Aerodynamic Efficiency

Μερικές φορές πιστεύουμε ότι οι προκλήσεις μπροστά σε μια νέα γενιά ηλεκτρικών οχημάτων είναι όλες νέες. Όπως λέει και το τραγούδι, έχουμε ακολουθήσει αυτόν τον δρόμο στο παρελθόν επειδή η αεροδυναμική είναι θεμελιώδης για την επίτευξη αποτελεσματικότητας σε ένα αυτοκίνητο. Για τα ηλεκτρικά οχήματα, αυτό σημαίνει αυτονομία, αλλά ήταν επίσης ένα κλειδί για ρεκόρ ταχύτητας και απόδοση.

Ήμασταν εδώ πριν

Η περίπτωση των βελτιωμένων αυτοκινήτων δεν είναι καινούργια – εδώ και δεκαετίες, η ανθρωπότητα αναζητά υψηλότερες κορυφαίες ταχύτητες, ειδικά στους αγώνες. Επειδή η αεροδυναμική είναι μακράν η πιο κυρίαρχη δύναμη που πρέπει να ξεπεραστεί στις υψηλές ταχύτητες (σημειώστε ότι ακόμη και σε ταχύτητες αυτοκινητόδρομου, πάνω από τη μισή ενέργεια ενός αυτοκινήτου πηγαίνει στην ώθηση αέρα μακριά), η μείωση του συντελεστή αεροδυναμικής οπισθέλκουσας ήταν το κλειδί για την επιτυχία.

mercedes_w125
Ένας 80χρονος ταχύς

Με 1.000+ ίππους (hp) Bugatti Veyron και Chiron, είναι εύκολο να σκεφτείς ότι οι ταχύτητες πάνω από 250 mph είναι ένα πολύ πρόσφατο επίτευγμα. Το 1938, η Mercedes-Benz έφτασε τα 268,9 mph με τους 616 ίππους W125 – σε δημόσιο δρόμο!

Πώς κέρδισε η Mercedes W125 τη Veyron πριν από δεκαετίες; Το μαντέψατε – αεροδυναμική. Η αεροδυναμική ισχύς που απαιτείται για την ώθηση μέσα από τις κλίμακες αέρα με τον κύβο της ταχύτητας, ενώ οι μηχανικές απώλειες (όπως σύστημα μετάδοσης κίνησης και αντίσταση κύλισης) κλιμακώνονται μόνο γραμμικά με την ταχύτητα. Έτσι, σε αυτές τις ταχύτητες, η αεροδυναμική αντιπροσωπεύει εύκολα περισσότερο από το 90% όλων των ενεργειακών αναγκών. Με άλλα λόγια, με καλύτερη αεροδυναμική χρειάζεσαι λιγότερη ιπποδύναμη για να φτάσεις στην ίδια ταχύτητα.

Η Bugatti Chiron έχει συντελεστή οπισθέλκουσας περίπου 0,36. Αυτό δεν είναι πολύ εντυπωσιακό, αλλά και πάλι, τα σπορ αυτοκίνητα συνήθως στοχεύουν σε καλή κάθετη δύναμη καθώς και στυλ. Ένα μονοθέσιο της F1, για παράδειγμα, έχει τρομερό συντελεστή οπισθέλκουσας γύρω στο 1,00, αλλά έχει αρκετή δύναμη για να ξεπεράσει την ποινή της οπισθέλκουσας και χρησιμοποιεί κάθετη δύναμη για να μεταφέρει αυτή την ισχύ στο έδαφος.

Αλλά όταν η τελική ταχύτητα είναι ο στόχος σας, είναι διαφορετική ιστορία. Το W125 είχε «μόλις» 616 ίππους (ακόμα αρκετά σημαντικό για τα πρότυπα του 1938) και ήταν ακόμα σε θέση να φτάσει πάνω από 250 mph. Πως? Το έκανε μέσω εξαιρετικά βελτιωμένου αμαξώματος που διέθετε συντελεστή οπισθέλκουσας μόλις 0,235 – περισσότερο από το ένα τρίτο πιο αποτελεσματικό αεροδυναμικά από το Chiron!

Πρακτικές Εφαρμογές Aero

Ο σκοπός των αυτοκινήτων είναι να μεταφέρουν ανθρώπους, κατά προτίμηση με πρακτικό, ασφαλή και προσιτό τρόπο, επομένως οι περιορισμοί είναι αρκετά διαφορετικοί σε σύγκριση με ένα σπορ αυτοκίνητο ή ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο. Ακόμη και σε κανονικές ταχύτητες αυτοκινητόδρομου, η αεροδυναμική είναι μακράν η πιο σημαντική πηγή απώλειας ενέργειας.

Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη που οι OEM προσπαθούν να μειώσουν αυτές τις απώλειες πολύ πριν από την ανακάλυψη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Η αεροδυναμική απόδοση έχει άμεσο αντίκτυπο στην κατανάλωση καυσίμου, κάτι που είναι πάντα στην ατζέντα των κατασκευαστών αυτοκινήτων. Για παράδειγμα, η Ford πειραματίστηκε με διαφορετικά σχήματα για τη σειρά πρωτότυπων αυτοκινήτων «Probe». Το Probe V είχε συντελεστή οπισθέλκουσας μόλις 0,137!

Ένας νόμος εξισορρόπησης

Αν αυτό είναι τόσο πρακτικό για την οικονομία καυσίμου, γιατί όλα τα οχήματα δεν μοιάζουν με το Probe; Εκτός από την πρακτικότητα, θα έλεγα ότι η εμφάνιση είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα. Θα μπορούσατε να με πείσετε να μου αρέσει ένα τέτοιο σχήμα, αφού λατρεύω την αεροδυναμική, αλλά ένα αυτοκίνητο για τις μάζες πρέπει απλώς να έχει τη δική του εμφάνιση.

Πρόσφατα έγιναν κάποιες προσπάθειες να συνδυαστεί η αεροδυναμική με την παραδοσιακή καλή εμφάνιση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το Lightyear One (με Cρε τιμή «κάτω από 0,20») και η Mercedes EQXX (με Cρε τιμή 0,17). Σημειωτέον ότι κανένα από τα δύο δεν είναι σε σειριακή παραγωγή.

Αν και φαίνεται ωραίο, νομίζω ότι αυτό το σχέδιο είναι “συμβιβασμένο”. Η μακριά, χαμηλή ουρά, για παράδειγμα, είναι πολύ συγκεκριμένη (στην αεροδυναμική). Αυτό το καθιστά πολύ συγκεκριμένο για να απευθύνεται στις μάζες, τουλάχιστον στην τρέχουσα αγορά.

Γι’ αυτό είμαι τόσο εντυπωσιασμένος με αυτοκίνητα όπως το Tesla Model S Plaid και το Lucid Air, τα οποία και τα δύο διεκδικούν Cρε τιμή περίπου 0,20. Αυτό μπορεί να είναι υψηλότερο από το Vision EQXX, αλλά μόνο ελαφρώς. Και κατά τη γνώμη μου, το Tesla και το Lucid εξακολουθούν να μοιάζουν με κανονικά αυτοκίνητα – δεν έχουν κάνει συμβιβασμούς στο σχεδιασμό και επομένως έχουν πολύ μεγαλύτερη απήχηση για τον τυπικό αγοραστή αυτοκινήτου.

Tesla Model S καρό
Αεροανάλυση καρό Tesla Model S

Μετά φτάνει το EV

Με την άφιξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, η εστίαση έχει μετατοπιστεί στο θέμα της αυτονομίας. Κάθε kWh/m κατανάλωσης ενέργειας που μπορεί να ξυριστεί κάνει το αυτοκίνητο φθηνότερο (χρειάζεται λιγότερα στοιχεία μπαταρίας για να διανύσει την ίδια απόσταση), ελαφρύτερο (λιγότερο βάρος μπαταρίας) και πιο αποτελεσματικό (λιγότερο βάρος σημαίνει χαμηλότερη αντίσταση κύλισης). Δεδομένου ότι το άγχος της αυτονομίας συγκρατεί πολλούς πιθανούς αγοραστές, η αεροδυναμική μπορεί να παίξει βασικό ρόλο. Όσο πιο βελτιωμένο είναι το αυτοκίνητο, τόσο μεγαλύτερη είναι η αυτονομία για την ίδια μπαταρία.

Δεν είναι τυχαίο ότι η Tesla εστιάζει έντονα στην αεροδυναμική απόδοση – όχι για τα αυτοκίνητά της, αλλά ακόμη περισσότερο για το φορτηγό Tesla Semi. Δεν είναι μόνοι. νεοφερμένοι όπως ο Lucid και ο Rivian εργάζονται επίσης σκληρά για να κάνουν τις επιφάνειες όσο το δυνατόν πιο καθαρές και βελτιωμένες.

Τι ακολουθεί

Τι θα μπορούσαμε να πετύχουμε στο μέλλον με έναν «σχεδιασμό χωρίς συμβιβασμούς»; Αυτό πιθανότατα θα εξαρτηθεί από αυτό που ορίζετε ως “χωρίς συμβιβαστική σχεδίαση”. Κάποια σχέδια χρειάζονται χρόνο για να τα συνηθίσουν.

gac_eno
Ένα κομψό σχέδιο από την GAC

ΓΑΚ ΕΝΟ. 146

Αν μείνουμε σε ανοιχτούς τροχούς, τότε το GAC ENO. Το 146 concept, που παρουσιάστηκε το 2019, παρουσιάζει ένα ωραίο παράδειγμα του τι είναι δυνατό. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας μόλις 0,146 είναι εξαιρετικά χαμηλός, ακόμη και σε σύγκριση με το EQXX, και το αυτοκίνητο εξακολουθεί να φαίνεται αρκετά κανονικό όσον αφορά τις αναλογίες/μήκος της ουράς.

Pimp my Tesla Model S καρό

Μια άλλη επιλογή είναι να βελτιώσετε περαιτέρω τα υπάρχοντα σχέδια και ίσως να προσθέσετε λίγο συμβιβασμό. Vincent Keromnes, ηγέτης της δυναμικής συγκριτικής αξιολόγησης στον συνεργάτη μας A2MAC1πήρε ένα Tesla Model S Plaid (σάρωσαν τρισδιάστατα ολόκληρο το αυτοκίνητο μέχρι την τελευταία λεπτομέρεια) και στη συνέχεια κάλυψαν τους πίσω τροχούς (όπως στο Lightyear One—ή στο αρχικό EV1 της GM).

Στη συνέχεια, ο Vincent έτρεξε και τα δύο αυτοκίνητα στην πλατφόρμα μας και τα αποτελέσματα δεν θα μπορούσαν να είναι πιο ξεκάθαρα – η αφύπνιση και η απώλεια ενέργειας που συνήθως προκαλούνται από τους πίσω τροχούς που «κόβουν» τον αέρα έχει μειωθεί δραματικά. Ο αντίκτυπος στο Cρε? Πτώση 3,5% στον συντελεστή οπισθέλκουσας, που είναι πολύ σημαντικό όσον αφορά την αεροδυναμική απόδοση!

Απτέρα

Στην πραγματικότητα, μπορείτε να προχωρήσετε ακόμη περισσότερο και να αμφισβητήσετε τη διάταξη των σύγχρονων αυτοκινήτων – ξεκινήστε από την αρχή από το καθαρό φύλλο εστιάζοντας στην υψηλότερη δυνατή απόδοση. Αυτό ακριβώς είναι Απτέρα έκαναν – βασικά πήραν ένα σχήμα σταγόνας και πρόσθεσαν τροχούς σε αυτό – αν και τρεις, όχι τέσσερις.

Σημείωση για το Cρε αξίες

Το Γρε Οι τιμές στο άρθρο είναι οι επίσημες τιμές όπως αναφέρονται από τους κατασκευαστές. Πολύ συχνά, βλέπουμε διαφορές όταν πηγαίνουμε αυτά τα αυτοκίνητα στην αεροδυναμική σήραγγα. Διαφορετικά ελαστικά, ζάντες, ρυθμίσεις ύψους οδήγησης κ.λπ., μπορούν να κάνουν πιο δύσκολη τη σύγκριση αυτοκινήτων. Ωστόσο, οι σχετικές διαφορές σε αυτό το άρθρο λένε μια πολύ ενδιαφέρουσα ιστορία ουσιαστικής προόδου.

συμπέρασμα

Η αεροδυναμική απόδοση των οχημάτων έχει αυξηθεί δραματικά, ειδικά με την έμφαση στην αυτονομία για τα ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, είναι σαν να μην έχουμε φτάσει ακόμα στα όρια. Μπορεί να δούμε ακόμη πιο βελτιωμένα σχέδια στο μέλλον!

Κάποια μπορεί να μοιάζουν με κανονικά αυτοκίνητα με έξυπνα κρυμμένα αεροκόλπα. Άλλοι μπορεί να φαίνονται εντελώς φουτουριστικοί και να απευθύνονται σε ένα πιο συγκεκριμένο κοινό. Ένα όμως είναι σίγουρο: η αεροδυναμική θα παίξει βασικό ρόλο στη σχεδίαση των μελλοντικών (ηλεκτρικών) αυτοκινήτων μας!

Μια βαθύτερη κατάδυση στην αεροδυναμική

Ελέγξτε το airshaper.com δικτυακός τόπος.

Πώς να εκτελέσετε τη δική σας προσομοίωση

Τεχνολογία: Εξήγηση Αεροδυναμικής της Porsche Taycan

Τεχνολογία: Coastdown Testing

Συνέντευξη: Ο Henrik Fisker μιλά για το πιο βιώσιμο όχημα στον κόσμο