Hier mal die Berechnung für die Leistung die nötig ist um eine bestimmte VMax zu erreichen
Wichtig, die Leistung im Fahrzeugschein ist die Motorleistung!
Also hier der Wert für'n Uno:
Vehicle
Type
Fiat Uno ES (zum Vergleich BMW M3 Modell 95)
Drag Coefficient - Cd
0.33 - 0.34 (0.360)
Frontal Area
(m2)
1.83 (2.056)
Cd x A
(m2)
0.60 - 0.62 (0.74)
So schlecht scheint der Uno ja nicht da zu stehen.
Der Rollwiderstand berechnet sich folgendermaßen:
FRoll = Cr × m × g
wobei
Cr ein Rollwiderstandskoeffizient ist, der in unserem Fall ca. 0.015 beträgt,
m die Masse des Fahrzeugs inklusive Insassen darstellt (also ca. 900 Kilo für einen leichten Turbo (bissel Rost und keine Rückbank, wenig Sprit im Tank),
und g die Erdbeschleunigung mit 9.81 m/sec² ist.
Der Rollwiderstand beträgt also für den Uno:
0.015 × 900 kg × 9.81 m/sec² = 132 N (gerundet)
Diese Größe ist, wie man sehen kann, nicht von der gefahrenen Geschwindigkeit abhängig, sondern lediglich vom Fahrzeuggewicht. Somit wird dieser Wert mit steigender Geschwindigkeit mehr und mehr unbedeutend. Trotzdem muß der Motor immer gegen einen Widerstand von 132 N = 13.2 kg ankämpfen, damit der Uno sich bewegt.
Der Luftwiderstand berechnet sich wie folgt:
FLuft = A/2 × Cw × D × v2
wobei
A die Stirnfläche des Fahrzeuges in m² ist,
Cw den Luftwiderstandsbeiwert darstellt,
D die Dichte der Luft ist, also 1.29 kg/m³, und
v die gefahrene Geschwindigkeit in m/sec.
Hier kommt nun also die Geschwindigkeit mit ins Spiel. Da, wenn man die Gleichung nur auf ein Auto anwendet, viele Werte zu Konstanten werden, werden diese jetzt Zwecks Übersichtlichkeit zusammengefaßt: Der Uno weist eine Stirnfläche von 1.83 m2 auf. Dazu kommt der sehr niedrigen Cw-Wert von 0.34 kompensiert, so daß nur 1.83 m² × 0.34 = 0,62 m² an eigentlicher Luftwiderstandsfläche übrigbleiben. Hier kann man sehen, welchen Einfluß der Cw-Wert auf den Luftwiderstand hat. Je kleiner er ist, desto kleiner erscheint der Luft das Auto, um das sie sich herumbewegen muß - der Wagen ist windschnittiger.
Die halbe Luftwiderstandsfläche muß nun noch mit der spezifischen Dichte unserer Atmosphäre multipliziert werden. Das ergibt dann (0.62 m² × 1.29 kg/m3) / 2 = 0.3999 kg/m.
Die Kraft, die der Luftwiderstand dem Uno entgegensetzt, kann nun durch das eben vorgenommene Zusammenfassen aller für das Auto konstanten Werte errechnet werden: FLuft = 0.399 kg/m × v². Dadurch, daß die gefahrene Geschwindigkeit quadratisch in die Gleichung mit einfließt, sind bei hohen Geschwindigkeiten extreme Kräfte zu erwarten:
0 km/h: 0 N = 0 kg
50 km/h: 77 N = 8 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 21 kg
100 km/h: 308 N = 30 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 43 kg
150 km/h: 693 N = 69 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 82 kg
200 km/h: 1232 N = 122 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 135 kg
250 km/h: 1924 N = 190 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 203 kg
300 km/h: 2770 N = 277 kg + Rollwiderstand (132 N, 13 kg) = 290 kg
So schön diese Tabelle auch sein mag, richtig weiterbringen tut sie einen nicht. Was fehlt ist nämlich die Leistung in Watt, die benötigt wird, um diese Geschwindigkeiten zu erreichen. Sie errechnet sich folgendermaßen:
P = (FRoll + FLuft) × v
= (Cr × m × g + A/2 × Cw × D × v²) × v
= Cr × m × g × v + A/2 × Cw × D × v³
Nach dem Ausmultiplizieren der Klammer sieht man, daß die benötigte Leistung auf einmal mit der dritten Potenz steigt. Das heißt, daß man für die doppelte Geschwindigkeit achtmal soviel Leistung benötigt und für die dreifache gar 27-mal soviel! In Tabellenform sieht das dann so aus:
Geschwindigkeit Gesamtwiderstand Benötigte Leistung
50 km/h 210 N 3 kW = 4 PS
100 km/h 430 N 12 kW = 16 PS
150 km/h 820 N 34 kW = 46 PS
200 km/h 1350 N 73 kW = 99 PS
250 km/h 2030 N 141 kW = 191 PS
300 km/h 2900 N 242 kW = 330 PS
So ganz fertig sind wir aber immer noch nicht, denn die errechneten PS-Zahlen müssen nicht am Motor, sondern an den Rädern anliegen! Das bedeutet, daß die Motorleistung noch höher liegen muß, um den Verlust durch Getriebe und Antriebsstrang auszugleichen. Dieser Verlust beträgt bei frontgetriebenen Fahrzeugen ca. 15% (Heckantrieb 17%), so daß man am Ende folgende Werte für die Motorleistung erhält:
Geschwindigkeit Leistung an
den Rädern Motorleistung
50 km/h 4 PS 5 PS
100 km/h 16 PS 18 PS
150 km/h 46 PS 53 PS
200 km/h 99 PS 114 PS
250 km/h 191 PS 220 PS
300 km/h 330 PS 380 PS
bschließend noch einmal die allgemeine Formel, mit der die benötigte Motorleistung bei vorgegebener Geschwindigkeit errechnet werden kann:
PMotor = ((A/2 × Cw × D × v³) + (Cr × m × g × v)) × 1.15
mit
A: Stirnfläche in m²
Cw: Luftwiderstandsbeiwert (0.34 ohne Einheit)
D: Dichte der Luft (1.29 kg/m³)
Cr: Rollwiderstandsbeiwert (ca. 0.015, ohne Einheit)
m: Masse des Fahrzeugs in kg (ca. 900kg)
g: Erdbeschleunigung (9.81 m/sec²)
v: gefahrene Geschwindigkeit in m/sec (= km/h / 3.6)
1.15: Korrekturfaktor, um den Energieverlust im Antriebsstrang auszugleichen (1.17 für Heckantrieb)
PMotor: Motorleistung in W (736 W = 1 PS)
Wenn man alle für den Uno konstanten Werte einsetzt und zusammenfaßt, bekommt man also:
PMotor = (0.399 kg/m × v³ + 132 N × v) × 1.15
Grundlagen/Quellen:
http://www.gtechprosupport.com/support/Aero2.htm
http://www.e31.net/luftwiderstand.html
http://jumk.de/calc/geschwindigkeit.shtml
http://www.kfz.de/tuning/ps-kw-hp-rechner/