Tekst: Bernd Zerelles - Zdjęcia: Robert Fischer - Czas czytania: 8 min – 05/04/2023
„Opór powietrza jest dominującym czynnikiem wpływającym na ruch pojazdu elektrycznego. W standardowym cyklu jazdy WLTP jego udział w zużyciu paliwa przez Audi e-tron Sportback wynosi nieco ponad 40 procent. Na przyspieszenie masy pojazdu przypada natomiast niecałe 20 procent. W pojeździe o bardzo dobrym współczynniku Cx, jakim jest Audi e-tron Sportback, opór aerodynamiczny zaczyna dominować już od prędkości około 80 km/h. Przy prędkości 100 km/h stanowi ponad 60 procent całkowitego oporu ruchu. Jeśli na autostradzie jedziemy ze stałą prędkością 140 km/h zamiast 100 km/h, opór powietrza wzrasta mniej więcej dwukrotnie, co powoduje zwiększenie zużycia paliwa o nieco ponad 60 procent. Gdyby podczas długodystansowej podróży kierowca zmniejszył prędkość ze stałych 140 km/h do 120 km/h, zyskałby nawet 60 kilometrów zasięgu tylko dzięki zmniejszonemu oporowi powietrza. W akumulatorach pojazdów elektrycznych mieści się mniej energii niż w zbiornikach paliwa pojazdów spalinowych, dlatego powinniśmy zwracać na to szczególną uwagę. Dla nas, inżynierów, jest to istotny impuls do opracowania jak najlepszej aerodynamiki dla wszystkich pojazdów Audi e-tron”.
W przypadku pojazdów aerodynamika oznacza, że powietrze, uderzając w przeszkodę, ulega spowolnieniu oraz zawirowaniu. Sztuka w tym, aby jak najlepiej poprowadzić jego strumień wokół pojazdu lub przez niego (czerwony = szybko, niebieski = wolno).
Dr Moni Islam jest Kanadyjczykiem. W Audi pracuje od 2001 roku, zajmując różne stanowiska. Od 2012 roku odpowiada za rozwój aerodynamiki i aeroakustyki.
W przypadku pojazdów aerodynamika oznacza, że powietrze, uderzając w przeszkodę, ulega spowolnieniu oraz zawirowaniu. Sztuka w tym, aby jak najlepiej poprowadzić jego strumień wokół pojazdu lub przez niego (czerwony = szybko, niebieski = wolno).
Dr Moni Islam jest Kanadyjczykiem. W Audi pracuje od 2001 roku, zajmując różne stanowiska. Od 2012 roku odpowiada za rozwój aerodynamiki i aeroakustyki.
„Pojazdy elektryczne przynoszą wyraźne korzyści koncepcyjne w zakresie aerodynamiki, takie jak całkowicie zamknięte, gładkie z obu stron podwozie. Jest to możliwe dzięki użyciu tylko akumulatorów i wyeliminowaniu układu wydechowego. Przez długi czas wraz z naszymi kolegami z działu rozwoju walczyliśmy o to, aby wszystkie istotne części podwozia, takie jak osie, pozostały ukryte pod jego panelami. W samochodach elektrycznych nie występuje już tunel, zbiornik paliwa czy układ wydechowy – a zatem wszystko to, co powoduje turbulencje w pojeździe z silnikiem spalinowym. Zapewnia to ogromne korzyści pod względem aerodynamicznym. Silnik elektryczny jest ponadto znacznie bardziej wydajny niż spalinowy. Oddaje o wiele mniej ciepła do otoczenia i rzadziej wymaga chłodzenia. Dzięki temu możemy opracować koncepcje chłodzenia powietrzem korzystne z punktu widzenia aerodynamiki, na przykład regulowane wloty powietrza w modelach Audi e-tron. Jest to bardzo istotny zabieg aerodynamiczny w przedniej części samochodu. Na każdym z dwóch wlotów powietrza znajduje się system żaluzji, których ruch jest sterowany elektronicznie w zależności od zapotrzebowania pojazdu na powietrze chłodzące. My, aerodynamicy, mówimy, że żaluzje powinny być zawsze zamknięte, aby powietrze nie napływało do wnętrza i nie powodowało oporu, lecz opływało bryłę pojazdu. Układ sterowania otrzymuje jednak również inne polecenia, na przykład w celu schłodzenia wnętrza. Otwiera więc żaluzje. Dzięki inteligentnemu sterowaniu powietrzem chłodzącym w znacznej części przypadków udaje się jednak zamykać je podczas cyklu jazdy, obniżając w ten sposób współczynnik Cx”.
„Wartość Cx często bywa nazywana współczynnikiem dobroci. Oczywiście z modelu na model staramy się poprawiać wartość Cx naszych pojazdów. Współczynnik oporu powietrza Audi e-tron z wirtualnymi lusterkami zewnętrznymi wynosi 0,27 i jest to jeden z najlepszych wyników na rynku w klasie SUV-ów. Wiele z oferowanych obecnie w tej kategorii pojazdów nie osiąga tej wartości. Dlatego też jesteśmy szczególnie dumni, że udało nam się uzyskać tak znakomity rezultat w pełnowartościowym SUV-ie. Opływowe kształty zapewniają Audi e-tron Sportback jeszcze lepszy współczynnik oporu powietrza wynoszący zaledwie 0,25.
Czy istnieje dolna granica wartości Cx? Osobiście uważam, że w przewidywalnej przyszłości nie będzie możliwe wprowadzenie na drogi seryjnie produkowanego pojazdu o współczynniku oporu powietrza poniżej 0,20, który nadawałby się do codziennego użytku i byłby atrakcyjny dla klientów.
W inżynierii samochodowej ostateczną granicę wyznaczają prawa fizyki. W dziedzinie optymalnego przepływu powietrza inspiracji dostarcza natura. Miliony lat ewolucji doskonale pokazują, jak powinno być ukształtowane ciało, aby stawiać niewielki opór powietrzu lub wodzie. W literaturze podaje się, że wartość współczynnika Cx pingwinów kształtuje się na poziomie 0,07 i można ją dodatkowo zredukować poprzez specjalne efekty powierzchniowe i dynamiczne korekty kształtu. Do naszych celów w zakresie rozwoju pojazdów możemy jednak wykorzystywać te zjawiska naturalne w bardzo ograniczonym stopniu. Samochód pełni inną funkcję niż pingwin. I nawet jeśli my, aerodynamicy, marzymy o pojeździe, który wygląda jak rekin, w naszym codziennym życiu „optymalizatorów formy” dominuje zasada „kształt podąża za funkcją”. Przy czym tę ostatnią określają potrzeby naszych klientów: jeśli klient potrzebuje znacznej przestrzeni ładunkowej, nie możemy zbytnio obniżyć dachu pojazdu lub zwęzić tyłu, nawet jeśli byłoby to korzystne z punktu widzenia aerodynamiki”.
Informacji na temat możliwości zmniejszenia współczynnika Cx dostarcza ukształtowanie struktur w tylnej części pojazdu.
Strumienie górny i dolny należy połączyć za pojazdem w możliwie zwarty i uporządkowany sposób.
Informacji na temat możliwości zmniejszenia współczynnika Cx dostarcza ukształtowanie struktur w tylnej części pojazdu.
Strumienie górny i dolny należy połączyć za pojazdem w możliwie zwarty i uporządkowany sposób.
„Powietrze uderza w pojazd od przodu pośrodku, a następnie opływa go z każdej strony. Wielką sztuką jest jak najpłynniejsze ukształtowanie przejścia na części boczne. Krótkie zwisy, które w pojazdach elektrycznych są tak atrakcyjne dla naszych projektantów, dla nas, aerodynamików, stanowią naprawdę duże wyzwanie. Pozostawiają nam zbyt małą powierzchnię, aby w czysty sposób odprowadzić na bok strumień powietrza, który z dużą prędkością uderza od przodu. Dlatego pracujemy z kurtynami powietrznymi po bokach maski. Wloty powietrza zatrzymują je z przodu, zasysają je i utrzymują przepływ powietrza blisko pojazdu, kierując go do nadkola. Gdyby kurtyny te nie istniały, pojazd byłby szerszy o strumień powietrza, co pogorszyłoby wartość Cx”.
„To brzmi banalnie, ale dzięki listwie odprowadzającej wodę na słupku A możemy w prosty sposób zaprojektować i zoptymalizować przepływ od przodu. W przeciwnym razie wystąpiłyby tu duże straty aerodynamiczne. Strumień powietrza dociera następnie do lusterka zewnętrznego. Z aerodynamicznego punktu widzenia jest to prawdziwe wyzwanie. W przypadku konwencjonalnego lusterka zewnętrznego strumień ulega silnemu odkształceniu i wpływa na dalszy przepływ poza pojazdem. Dlatego jestem niezmiernie szczęśliwy, że w naszych samochodach Audi e-tron oferujemy wirtualne lusterka zewnętrzne jako opcję. Ich użycie wpływa na różnicę w zasięgu wynoszącą około 2,5 kilometra w cyklu WLTP w porównaniu do pojazdu z konwencjonalnymi lusterkami zewnętrznymi. Na drogach krajowych lub autostradach ta przewaga jeszcze się zwiększa”.
Opcjonalne wirtualne lusterka zewnętrzne w Audi e-tron mają bardzo opływowy kształt. Ich użycie wpływa na różnicę w zasięgu wynoszącą około 2,5 kilometra w cyklu WLTP.
Specjaliści w dziedzinie aerodynamiki wykorzystują różne metody wizualizacji do analizy siły zawirowań w przepływie powietrza.
Opcjonalne wirtualne lusterka zewnętrzne w Audi e-tron mają bardzo opływowy kształt. Ich użycie wpływa na różnicę w zasięgu wynoszącą około 2,5 kilometra w cyklu WLTP.
Specjaliści w dziedzinie aerodynamiki wykorzystują różne metody wizualizacji do analizy siły zawirowań w przepływie powietrza.
„Projektanci Audi uwielbiają zgrabne, zaokrąglone linie. Dla aerodynamiki jest to wyzwanie, ponieważ strumień powietrza nie znajduje miejsca, aby się oderwać. Zaokrąglony kształt prowadzi do częstej niestabilności: czasem strumień odrywa się tu, czasem tam, co pogarsza aerodynamikę. Oczywiście nie możemy zaprojektować Audi z kwadratowym ogonem. Dlatego sprytnie integrujemy krawędzie z tylnymi światłami, aby uzyskać czysty przepływ, przebiegający wzdłuż wewnętrznego zarysu reflektorów. W ten sposób ukształtowanie nadwozia zachowuje harmonię, a my unikamy nieprzyjemnych załamań. To doskonały przykład optymalizowania innowacji wspólnie z projektantami w tunelu aerodynamicznym na modelu”.
„Zawsze powtarzam projektantom: zróbcie przód okrągły, a tył kwadratowy. Niestety, zawsze projektują na odwrót... Bo dla nas, aerodynamików, najważniejszy jest tył. Za samochodem znajduje się obszar niskiego ciśnienia. Zasysa ono samochód do tyłu, generując opór. Naszym zadaniem jest sprawić, aby obszar podciśnienia za pojazdem był jak najmniejszy i zwarty. Dlatego staramy się, aby wszystkie elementy w tylnej części były małe i wąskie: niewielki rozstaw kół, jak najwęższy bagażnik. A w przypadku spojlerów tylnych lub dachowych tak regulujemy strumień powietrza, aby po opłynięciu pojazdu z góry i z dołu spotykał się symetrycznie na tej samej wysokości. Dlatego też nawet spojler z relatywnie małą krawędzią może mieć bardzo pozytywny wpływ na wartość Cx, ponieważ koryguje kierunek przepływu z tyłu i sprowadza strumień powietrza za pojazdem jak najbardziej równolegle i jak najbliżej. Na podwoziu tę samą funkcję pełnią elementy, które montujemy w okolicach dyfuzora. W Audi e-tron wykorzystujemy nawet mały spojler we wnęce koła zapasowego, dzięki czemu powietrze jest kierowane dokładnie w miejsce, w którym spotyka się ze strumieniem z dachu”.
