Автомобили с ДВС и гибриды: история, настоящее, будущее

[Touring]

Пресс-материалы, с фото испытаний прототипов в тоннеле Пининфарины.

Итоговая версия, представленная на выставках, с иными работами Пининфарины по этой тематике.

 

[Touring]

Как я уже упоминал, Фиат в начале 80-х готовил к выводу на рынок высоко унифицированную линейку моделей Tipo 2/3.

Неудивительно, что полученный опыт решили применить для улучшения обтекаемости кузовов его серийных машин, в том числе автомобилей подразделения Лянча. Для версии Tipo 3 (Фиат Темпра) подразумевался кузов нотчбек, по компоновке агрегатов, салона и багажного пространства он позволял получить осевую линию кузова с развалом i около 5%, наиболее близкую к "идеальной" форме, ранее найденной Морелли.

Визуализация заднего завихрения.

Испытания полноразмерной модели в аэро-тоннеле.

83-й год, исследовательский прототип от Морелли, изготовленный по заказу Фиата в модельной фирме Stola.

 

[Touring]

Поскольку влияние на Cx колёс и колёсных арок при оптимизации формы стало определяющим, в рамках проекта CNR были проведены соответствующие эксперименты, для чего модель Морелли была оборудована колёсами с глухими колпаками, с гладкой поверхностью совпадающей с внешней стороной колеса, колёсные арки были сделаны полностью гладкими, перед всеми колёсами были выполнены наплывы-экраны, отводящие от них поток, также закрывались полностью щитками задние арки. Также, как указывалось выше, были проведены исследования влияния места расположения заднего среза, наличия системы охлаждения и вентиляции, регулирующих поток заслонок в ней, и влияния внешних деталей навроде зеркал заднего вида.

Вклад основных компонентов в Cx:

0.090 полностью глухие и гладкие колёсные колпаки, полностью гладкие колёсные арки, закрытые задние арки, наплывы-экраны перед всеми колёсами,
0.050 базовая форма с идеальным развалом профиля i и идеальной длиной l, при оптимальной относительной высоте d = ширина b / высота над поверхностью h,
-----------
0.140

Первое приближение к реальности:

0.015 умеренное укорачивание по длине задней части относительно идеала,
0.005 умеренное увеличение развала профиля и высоты над поверхностью относительно идеала,
-----------
0.160

Второе приближение к реальности:

0.020 укорачивающий срез в задней части, не полностью гладкие колёсные колпаки, открытые задние арки,
0.011 система вентиляции подкапотного пространства и пассажирского салона,
0.010 зеркала заднего вида, и иные детали.
-----------
0.200

 

[Touring]

В 85-м году CNR совместно с Фиатом запустил следующий проект, CNR Energetica II, создания в Пининфарине серийной машины, включающей в себя вышеописанные разработки Морелли.

За отправную точку была взята экспериментальная форма нотчбека Tipo 3 образца 83-го, приведённая на фото выше, а в виде технической базы был выбран готовившийся тогда к производству хэтчбек Фиат Типо, с его начальным бензиновым мотором объёма 1.4. Длина составила 4.56 метра, ширина 1.7 метра, высота 1.4 метра, колёсная база 2.6 метра. Масса, 980 кг.

Машина была оборудована независимой подвеской с системой изменения клиренса, за счёт использования пневмобаллонов вместо пружин. Можно отметить отсутствие фальшрадиаторной решётки, единственный небольшой воздухозаборник внизу переднего бампера, интегрированные в капот передние фары, дефлектор перед стеклоочистителями, интегрированные в боковины дверные ручки, наплывы перед и после колёс, прикрытые задние колёсные арки, почти глухие колёсные колпаки, а также сглаживающие поверхность днища панели и полноценный задний диффузор.

На дороге, она показала максимальную скорость в 205 км/ч с мотором в 78 сил пиковой отдачи. Расход бензина при постоянной скорости 90 км/ч составил 4.5 литра. Салон был полностью взят у серийного Типо.

Рекламный буклет машины.

Презентация её Пининфариной состоялась в 90-м году, и прошла довольно незаметно.

При испытаниях в аэро-тоннеле она показала Cx = 0.193.

На карте микро-сопротивления, снятой там, видно что основной вклад в Cx привносят колёса и днище.

Для дальнейшего снижения сопротивления в этой области нужно было реалистично воспроизвести в аэро-тоннеле условия движения по дороге. Стало необходимо обеспечить вращение колёс машины (установив их на роликах с приводом), вместе движением основы (ремня под днищем, движущегося на роликах с приводом).

В Пининфарине начали реализовывать всё это в 92-м году, и закончили в 95-м. В тех областях под днищем, где внедрение движущейся основы оказалось невозможным, поставили тангенциальный вентилятор, и систему откачки воздуха.

Тогда же внедрили новую, более производительную систему основных вентиляторов, что позволило поднять максимальную скорость набегающего потока со 144 до 250 км/ч. Одновременно, гораздо более малошумную, за счёт чего уровень шума от них снизился до 71 Дб на скорости 100 км/ч. Это позволило производить точную аэроакустическую оптимизацию, для чего в тоннеле установили две системы микрофонов, разнесённых в пространстве.

Также, установили специальную систему, привносящую в набегающий поток заданную турбулентность, чтобы лучше моделировать реальные дорожные условия. Кроме этого, в конце 90-х внедрили лазерную систему измерения завихрений, по трём координатам. Всё это позволило гораздо лучше чем ранее проводить оптимизацию.

 

[Ту-155]

Также, установили специальную систему, привносящую в набегающий поток заданную турбулентность, чтобы лучше моделировать реальные дорожные условия.

А каким образом при продувках моделей в автомобильных аэродинамичемких трубах учитывается число Re?

 

[Touring]

А каким образом при продувках моделей в автомобильных аэродинамичемких трубах учитывается число Re?

Стараются выполнять наименьшее возможное масштабирование, 1:2, чтобы, снизив длину модели вдвое по отношению к реальной машине, компенсировать это снижение увеличением вдвое скорости потока, если это позволяет тоннель. Для моделей в масштабе 1:5, где нужно увеличивать скорость в пять раз, что выходит за возможности тоннелей, делают поверхность масштабных моделей более грубой, чтобы искусственно увеличить турбулентность. В любом случае продувают масштаб 1:1, чтобы не гадать.

 

[Бармалей]

Учитывая, что аэродинамика работает сверх городских скоростей, особенно с европейскими лимитами скорости, то малолитражки можно делать как фиат панда 4*4, квадратными

 

[Touring]

Учитывая, что аэродинамика работает сверх городских скоростей, особенно с европейскими лимитами скорости, то малолитражки можно делать как фиат панда 4*4, квадратными

У современной Панды (CxA=0.33x2.20 м2=0.72 м2, масса = 1,000+80 кг, Crr шин=7) аэропотери, а также потери на трение в точности равны Панде образца 80-го года (CxA=0.42x1.70 м2=0.71 м2, масса = 720+80 кг, Crr шин=10).

Доля аэропотерь в общих для этих машин:

30 км/ч = 20%,
60 км/ч = 50%,
90 км/ч = 69%,
140 км/ч = 82%.

Современная Панда конечно просторнее, тише и безопаснее. Рост миделя из-за сопутствующего этому роста габаритов был скомпенсирован за счёт снижения аэро-сопротивления, а рост массы был скомпенсирован за счёт снижения сопротивления качению шин.

Несмотря на этот паритет, современная версия сильно экономичнее, за счёт прогресса в технологиях впрыска и трансмиссий.

 

[Бармалей]

А тем временем, Lı 7/9, Lync&Co и др гибриды активно завоёвывают рынок

 

[Touring]

А тем временем, Lı 7/9, Lync&Co и др гибриды активно завоёвывают рынок

Рынок какой страны? Что Китая, понятно, но в Европе я не видел заметной доли у китайского. Разговоров больше было.

 

[Touring]

Итальянцы из Quattroruote замерили Cx бензиновой Джулии образца 16-го, он оказался равным 0.281, против задекларированных заводом 0.25.

Из изменений к 164-й модели образца 88-го года, с её Cx = 0.30:

- более существенный угол наклона заднего стекла (снижение до -0.01),

- существенно снизили длину переднего свеса, и, чтобы сохранить плавность захода потока на боковины, сделали пару впускных отверстий в переднем бампере, и пару выпускных в защитах передних арок, сейчас это стандартное решение,

- внедрили небольшие и гибкие пластиковые щитки перед передними колёсами, экранирующие их от набегающего потока, сейчас это стандартное решение, вместо интегрированного в передний бампер спойлера-сплиттера, снижающего клиренс, который ставился ранее, и выполнял ту же функцию, вместе с экранированием не зашитого тогда днища,

- зашили снизу моторный отсек (снижение до -0.01), оставив нуждаюшиеся в охлаждении картер коробки и выхлоп открытыми, а также днище в центральной части машины, по бокам от выхлопа, вместе с экранированием топливного бака, тоже стандартные решения сейчас.

В рестайлинге 22-го года добавили пластиковые щитки под задними нижними рычагами, снижающими вихреобразование в области задней подвески. Это даёт довольно мизерное снижение.

Завод заявил для базового дизеля в специальной конфигурации для достижения минимального расхода топлива Cx ещё меньше, в 0.23, версии с 205-ми колёсами, на сильно закрытых и аэро-оптимизированных 16-дюйм колёсных дисках, она на фото ниже.

Тоже сомнительно, скорее всего 0.27 реальных, в лучшем случае, так как такие диски дадут до (-0.01) снижения.

Итальянцы играют в ту же игру, что начали немцы в середине 10-х годов, фантастических декларируемых цифр Cx, снятых в одном тоннеле, в такой конфигурации машины и при таких граничных условиях, которые не реализуются в реальной жизни.

 

[Бармалей]

Рынок какой страны? Что Китая, понятно, но в Европе я не видел заметной доли у китайского. Разговоров больше было.

У меня несколько знакомых немцев пересели на Lync&Co утверждают, что это вольво гибридные) по мне зикр зикром только гибридные.

 

[Touring]

У меня несколько знакомых немцев пересели на Lync&Co утверждают, что это вольво гибридные) по мне зикр зикром только гибридные.

Может они и правы насчёт технического сходства с Вольво.

Но пока это фирма одной модели в Европе, и их продали в 23-м году в ней всего-то 22к в сумме, причём к его концу съехали к 400-600 в месяц, что в годовом выражении мизерные 5к. И это в первый год дебюта.

Конкретно в Германии продали 2,285 этих машин за 23-й, к концу года скатились с 200-400 в месяц до 20-30.

Пока, по всем признакам, это чисто китайская нишевая марка.

 

[Touring]

Касательно аэро-разработок Опеля 80-х, увенчавшихся Калиброй с заявленным Cx = 0.26.

Первый любопытный факт, для Омеги 86-го года они заявили очень приличные на то время 0.28. Разница с Калиброй даёт понимание значений улучшения, которые может обеспечить менее функциональная в части объёма салона форма верхней части кузова приземистого купе, на фоне более высокого и практичного седана, и которые может дать специальная оптимизация спойлера-сплиттера переднего бампера, маскирующего передние колёса, и модулирующего поток под днищем, как у Калибры.

 

[Touring]

Основным стимулом для аэро-проработки кузовов в GM и Опеле была всё та же серия нефтяных кризисов 70-х.

Важно отметить, что и у Омеги и у Калибры приведённые выше значения достигались только для базовой 2-литровой версии, на 115 сил пиковых, на коробке-механике, и без кондиционера. В частности, у Калибры потребность в охлаждении этой конфигурации мотора, коробки и оснащения пассажирского салона позволила заглушить верхнюю секцию радиаторной решётки, что снижало потери давления на прохождение воздухом радиаторов и подкапотного пространства, и за счёт этого Cx. Также, это значение достигалось только со штампованными колёсными дисками, оснащенными аэро-оптимизированными и существенно закрытыми колпаками.

Потери на охлаждение Cc для этой версии Калибры были измерены путём глушения всех отверстий в передней части, и оказались равными 0.014.

Отсюда, без их учёта, сумма сопротивления формы Cs, сопротивления за счёт наличия горизонтальной компоненты подъёмной силы Ci и сопротивления трения Cf для неё составляет 0.246.

Причём, как только ставилась коробка-автомат, или двигатель, требующий большего охлаждения, из-за наличия у них дополнительного радиатора охлаждения масла, и поэтому большего потока, заходящего под капот, а также специального нижнего экрана подкапотного пространства, с дополнительными отверстиями для охлаждения мотора и коробки, то, за счёт повышения потерь на охлаждение Cc, итоговый коэффициент Cx рос до 0.28 у Калибры, и 0.29 у Омеги.

Не базовые, более открытые колёсные диски, нужные для целей охлаждения передних тормозных дисков, за счёт генерируемых ими паразитных вихрей добавляли до 0.01 по Cs.

В итоге, показатель Cx для 2-литровой 136-сильной и выше Калибры составлял 0.29, а для Омеги около 0.30.

 

[Kit.]

Первый любопытный факт, их Омега 86-го года показывала не такие и далёкие от этого значения 0.28. Разница в 0.02 с Калиброй даёт понимание величин улучшения, которые может позволить обеспечить менее функциональная в части объёма салона форма верхней части кузова приземистого купе, на фоне более высокого и практичного седана,

Но если говорить о потерях на сопротивление воздуха в целом, то ведь у них и мидель разный? Омега выше процентов на 10.

 

[Touring]

Но если говорить о потерях на сопротивление воздуха в целом, то ведь у них и мидель разный? Омега выше процентов на 10.

Кузов Омеги выше на 12 см, и на 8 см шире, чем у Калибры, что в конечном итоге даёт рост миделя примерно на 7%.

Calibra 1989
----------------------
0.26 x 1.93 м2 = 0.50 м2 (1,688 x 1,180 мм кузов) 2.0 L4 115PS FWD + 5-sp. manual
0.28 x 1.93 м2 = 0.54 м2 (1,688 x 1,180 мм кузов) 2.0 L4 115PS FWD + 4-sp. auto
0.29 x 1.93 м2 = 0.56 м2 (1,688 x 1,180 мм кузов) 2.0 L4 FWD/AWD 136 PS / 2.0 L4 FWD/AWD 150PS / 2.5 V6 FWD 175PS / 2.0 L4 Turbo AWD 204PS

Omega 1987
----------------------
0.28 x 2.06 м2 = 0.58 м2 (1,772 x 1,300 мм кузов) 1.8 L4 RWD 90PS / 2.0 L4 RWD 115PS + 5-sp. manual
0.30 x 2.06 м2 = 0.62 м2 (1,772 x 1,300 мм кузов) 3.0 L6 RWD 156PS / 3.0 L6 RWD 177PS

Omega Wagon 1987
----------------------
0.32 x 2.08 м2 = 0.67 м2 (1,772 x 1,300 мм кузов) 1.8 L4 RWD 90PS / 2.0 L4 RWD 115PS + 5-sp. manual
0.34 x 2.08 м2 = 0.71 м2 (1,772 x 1,300 мм кузов) 3.0 L6 RWD 156PS / 3.0 L6 RWD 177PS

 

[Touring]

Пример хитрого маркетинга.

Макет Калибры, на котором достигли показателя Cx = 0.26 в тоннеле DNW с имитацией движущейся дороги, обратите внимание на его почти полностью закрытые колёсные колпаки с отверстиями а-ля ротор турбины.

Серийная версия, с базовым 2-клапанным мотором 2.0 на 115PS, на механике, с заглушкой отверстия потока охлаждения в области капота, со штампованными дисками и такими же колёсные колпаками, для неё также декларировали Cx = 0.26.

Но, эта конфигурация присутствует только на паре рекламных фото для британского рынка, под маркой Воксхолл.

Рекламное фото в тоннеле, колёсные диски здесь уже литые, как у 2-клапанной версии 2.0 на 115PS с автоматом, или 16-клапанной 2.0 на 150PS. Обе они шли без вышеупомянутой заглушки, по причине большей потребности в охлаждении, для них декларировали Cx = 0.28 и 0.29.

Рекламное фото для европейского рынка на дороге, тоже 2-клапанной версии 2.0 на 115PS с автоматом, с Cx = 0.28.

Рекламное фото для европейского рынка на дороге, 4-клапанной версии 2.0 на 204PS с полным приводом, тоже без заглушки, по причине большей потребности в охлаждении, у неё Cx = 0.29.

В итоге, Калибр с показателем Cx близким к 0.26 было продано хорошо если 1% от выпуска, абсолютное большинство с 0.28-0.29. Но в памяти и статьях осталась первая цифра.

 

[Touring]

Что примечательно, в голландском DNW с имитацией дороги сначала продували макет Калибры с экраном подкапотного пространства в нижней передней части кузова, с боковыми экранами в средней части днища, и задним экраном, бензобака и глушителя.

 

[Touring]

Что любопытно, для Калибры, с её:

- очень низкой кромкой капота,
- значительными углами капот-лобовое, и заднее стекло-крышка багажника,
- плавной формой верхней части кузова и значением развала i, близким к наиболее аэро-эффективному, найденному Морелли,
- минимальным по площади задним завихрением кузова приземистый хэтч с каммовским срезом,
- минимальной подъёмной силой, и её горизонтальной компонентой,
- специальным сплиттером переднего бампера, плавно отводящим поток от передних колёс,
- боковыми рокер-панелями, не дающими потоку пойти под углом к задним колёсам,
- двумя экранами днища, передним и задним, не дающими потоку днища породить вихри и оторваться,
- почти полностью закрытыми колёсными дисками, дающими минимальные вихри,
- герметичными передней кромкой капота и стыками переднего бампера и фар,

разработчики декларировали Сx = 0.26, а при нулевом потоке охлаждения подкапотного, Сx = 0.246.

БМВ, для своей iX:

- с заметно более высокой кромкой капота,
- с меньшими углами стоек и стёкол, особенно в задней части,
- с формой верхней части кузова со в два раза большим по площади задним завихрением,
- с как минимум не меньшей подъёмной силой, и её горизонтальной компонентой,
- с более открытыми колёсными дисками, по причине почти вдвое более высокой массы,

декларирует Сx = 0.25.

У меня вопрос, как они вышли для этого квадратного гипер-хэтча на показатель гораздо более обтекаемого по базовому профилю кузова авто, пусть и тоже в особом режиме, с нулевым потоком охлаждения подкапотного, реализованном за счёт наличия управляемых заслонок перед радиаторами?

Как по мне, это не объяснить полностью плоским днищем (до 0.01 улучшения на практике), и прорезями в переднем бампере (практически нет улучшения по отношению к машине с более длинным передним свесом и более сильным скруглением боковин в передней части, и проработанным отводом потока от передних колёс).

Предположу, что в БМВ хитрят, и у iX в лучшем случае Сx = 0.30 реальных, как и у e-tron.