Aerodynamikverkleidung

Moin zusammen

Ich beschäftige mich mittlerweile auch mit dem Thema Cw-Wert des Twizy im Hinblick auf mögliche Experimente. Habe diesbezüglich bereits mit Michael und Klaus korrespondiert und klinke mich mal hier mit ein. Was mir aufgefallen ist: Teilweise wird wohl unter dem Begriff Windkanal der "virtuelle" Windkanal, sprich CFD-Rechnungen zum Twizy verstanden, wo hier am Anfang des Threads auch ein paar Ergebnisse von Mattia Ravazzolo eingestellt sind. Ich habe Zugang zu einem echten Windkanal (Meßstrecken-Querschnitt 2.40m x 1.60m, Maximalgeschwindigkeit Vmax = 65 m/s), wo man ein Modell im Maßstab 1:3 untersuchen könnte. Zwar ist es bei solchen Experimenten nur bedingt möglich, den absoluten Cw-Wert zu bestimmen (Blockade-Effekte, falsche Boden-Simulation, Einfluss der Abstützung des Modells für die Kraftmessungen usw.), aber es ist eine gute Möglichkeit, schnell mal Änderungen am Modell vorzunehmen und dann die *relativen* Cw-Wert Änderungen zu betrachten. Damit hat man einen ganz gutes Maß für die Wirksamkeit der speziellen Maßnahmen (so werden Windkanäle heute hauptsächlich verwendet). Beim Maßstab 1:3 könnte im beschrieben Windkanal auch noch die Reynoldszahl bei 80Km/h hergestellt werden (mit 65 m/s), womit Renoldszahl-Effekte bei der Bestimmung des Cw-Wertes ausgeschlossen werden.

Ich plane (längerfristig) ein Windkanalmodell im Maßstab 1:3 des Twizy zu bauen, und dann (wenn am Dienstag nach dem Wochenende ein Feiertag und der Montag ein Brückentag ist) den Windkanal mal privat zu nutzen für Versuche am Twizy. Und zwar einfach um des Spaßes Willen -- nicht, weil ich geil drauf bin den Twizy bis ins letzte "strömungsgünstig" optisch zu verunstalten (ich liebe ihn gerade so, wie er ist).

Das von Dexter am 30.Nov 2013 gezeigte "Eccomodder-Template" auf den Twizy angewandt würde nicht viel bringen: Zwar verringert es den Druck-Anteil des Widerstands, erhöht aber gleichzeitig durch die stark vergrößerte Außenfläche den Reibungswiderstand erheblich. Da dürfte nicht viel Gewinn übrig bleiben. Zur Erinnerung: Der Gesamt (Luft-) Widerstand eines Fahrzeugs setzt sich immer aus Reibungs- und Druckwiderstand zusammen. Bei der "idealen" Tropfenform sind es ca. 90% Reibungswiderstand und 10% Druckwiderstand. Bei einer quer angeströmten Scheibe sind es fast 100% Druckwiderstand und kaum Reibungswiderstand. Der Rest liegt irgendwo dazwischen (siehe auch Bild von nipsy vom 25. März 2017).

Ich denke, das Heck des Twizy ist schon einigermaßen strömungsgünstig geformt. Da bringt ein "Schwanz" dran nicht mehr allzuviel. Auch, weil da ja einfach nicht viel Fläche vorhanden ist (im Gegensatz z.B. zu einem stumpfen Heck bei einem Sattelschlepper). Leider können die Bilder aus der CFD-Simulation (die Dexter am 24.März 2017 nachgeschoben hat) etwas in die Irre führen: Man sieht einen großen, dicken Wirbel hinter dem Heck und danach sogar noch einen zweiten, gegensinnig rotierenden Wirbel (z.B. auf Bild (5)) und mag zu der Annahme geraten, dass da viel Totwasser-Gebiet ist. Wenn man aber genau hinschaut liest man im Bild: "Transient", d.h. man sieht hier wohl eine Zustand, wo sich gerade der Anfahrwirbel herausbildet, der dann aber abgetragen wird und bei Erreichen der Fahrgeschwindigkeit (hier 24m/s) ergibt sich ein weitaus schmaleres Totwasser-Gebiet (wie in den Bildern mit Angabe "Stabilized" und im Video zu sehen).

Das langgezogene, runtergedrückte "Fahrwasser" des Twizy scheint mir einigermaßen realistisch zu sein. Ohne Mattia jetzt zu nahe treten zu wollen möchte ich anmerken, dass Ergebnisse von CFD-Rechnungen immer mit Vorsicht zu genießen sind. Man kann da an fast beliebig viele Parametern drehen und es kommt immer etwas anderes heraus. Leider kennen wir kennen die genauen Randbedingungen der gezeigten Simulation nicht (Verfahren? Turbulenzmodell? Grenzschicht-Modellierung? Eignung des Rechen-Gitters? physikalische Randbedingungen? usw.) Trozdem sind die heutigen numerischen Verfahren zumindest schon so gut, dass sie qualitativ das richtige Anzeigen. D.h., die Bilder zeigen schon qualitativ die Verhältnisse am Fahrzeug, wie z.B. den beschrieben Nachlauf und vor allen Dingen den Wirbel im Innenraum -- wie ja schon jemand vor mir hier bemerkt hatte (und der mir jetzt nach der Wetter-Abkühlung immer schön den Rücken kühlt, während der Fahrt mit T-Shirt)

Und da sehe ich den Hauptgrund für den Widerstand: Offen Fenster (oder ganz offene Front beim Twizy ohne Türen)! ...sowie die freistehenden Räder (bzw. die Aufhängung) vorne und die relativ stumpfe Schnauze. Und zwar genau in der Reihenfolge. Danach käme dann das Heck. Aber es gibt eine Möglichkeit, es bald genauer zu Wissen: Neben den möglichen Windkanaltests (vielleicht nächstes Jahr) bin ich gerade dabei, nach einer Möglichkeit für Ausroll-Testfahrten mit dem Twizy zu suchen. Habe heute schon vier verschieden Locations auf Eignung getestet. Leider wohne ich in einer hügeligen Gegend und habe noch keine so richtig gute Strecke, die über 2 -- 3 Km ohne Steigung verläuft, gefunden. Ein paar Meter Höhenunterschied waren immer dabei. Hätte ich eine ausreichend lange, eben Strecke, könnte ich per Ausrollversuch ziemlich gut den Widerstandsbeiweirt bestimmen (mehr dazu z.B. hier: www.fahrzeug-elektrik.de/Mathe/Ausrollversuch.pdf ) und dann schön die hier diskutierten Maßnahmen überprüfen.

Ich hab heute mal eine alte Bluetooth-GPS Maus auf Dach geklebt und mit nem 7-Zoll Phablet und Locus Map ein paar erste Ausrollversuche unter Track.Aufzeichnung gemacht. Die alte GPS-Maus kann immerhin 1 Hz Datenrate und was die Auswertung betrifft komme ich damit schon ganz gut hin. Die Höhendaten nehme ich von der in Locus Map geladenen Karte (SMRT) die immer noch besser sind, als die GPS-Höhen. Aber letztlich braucht man ja gar keine Höhendaten, wenn man eine eben Strecke (mit ordentlichem Belag) gefunden hat. Ich arbeite dran.

Wenn ich Erfolg habe, und nach eine geeignete Strecke finde mache ich dann Ausrollversuche mit verschiedenen Modifikationen: normaler Twizy (Dude, offen), Dude mit nem Brett (bzw. Holz- Styrodur-Platte) davor, um die Empfindlichkeit des Verfahrens zu testen. Wenn man da keinen Unterschied sieht, hat es keinen Zweck weiter zu machen. Dann mal die beiden Seiten komplett verkleiden (Klaus, dann melde ich mich bei dir), und danach dann die restlichen Maßnahmen: Verkleidung der Vorderrad-Aufhängungen, spitzere Nase, tropfenförmig auslaufendes Heck. Bin sehr gespannt auf die Ergebnisse...

Falls ich keine (lang genuge) ebene Strecke in meiner Nähe finde, gehts zur Not auch mit etwas Steigung, solange man immer nur den gleichen Streckenabschnitt fährt (die Deltas sollten ja trotzdem rauskommen). Außerdem könnte man bei bekannter Steigung einen Ansatz über Impuls-Gewinn (bzw. Verlust) durch den Abfall (den Anstieg) machen und in das Model (siehe PDF) einarbeiten. aber das wäre dann schon zur Grenze hin, wo der Spaß aufhören, und die Arbeit anfangen würde. Und mit Spaß meine ich so Aktionen wie z.B. die von Mattia, der seinen Twizy mit Mehl bestäubt hat um das 3D-Modell zu bekommen . Für mich ist es dann Spaß, mit Styrodur-Verkleidungen oder nem Brett vor der Schnauze meine Ausrolltests zu machen...

Ich poste die Tage mal meine erste Analyse der bisherigen Ausroll-Testfahrten (das Ausrollen findet natürlich in der Neutral-Stellung statt, ohne Reku ). Da kann man dann schon mal hoffentlich ein paar Aussagen zum Thema "Reprodizierbarkeit" und Einfluss der Steigungen auf die V(t)-Kurve machen.

So long
Uwe


Wer noch ein paar Bilder zu CFD-Simulationen sehen möchte kann mal hier ( eu-live.eu/wp-content/uploads/2018/01/EU-LIVE_D_4.3_L6e_Vehicle_Concept.pdf ) auf Seite 59ff kucken. Die leiten sogar den Widerstandsbeiwert aus ihren Berechnungen ab.Aber Vorsicht: Das war wohl ein Antrag auf EU-Fördergelder. da kommt es weniger auf Inhalt an, als auf schöne bunte Bilder... Ich hab bei GrabCAD ein schönes 3D-Modell des Twizy gefunden, aus dem man gut ein Rechen-Gitter generieren könnte (die Twizy-Oberfläche ist aus Polygon-Netzen erstellt, Rhino3D-Format). Wenn ich mal drei Monate mit nem Gipsbein oder so ans Fett gebesselt bin, werde ich da mal aktiv werden (z.B. mit OpenFOAM).

So als normalungebildeter Schluachtnscheißer entnehme ich dem Dokument, daß der Twizy ein spitzeres Naserl bräuchte. Stimmt das so?

Jo mei, a spitzerls Naserl hold, a weng Flügerln an de Räderln un a gscheits Schwänzle

Spaß beiseite: die spitze Nase würde nur einen kleinen Teil beitragen (meiner Meinung nach)

Hab das Dokument überflogen und mir sind die Überdruckareale an der Nase aufgefallen, daher meine Einschätzung.

Man müsste über die Wirksamkeit der verschiedenen Modifikationen mehr Informationen gewinnen, deren Änderung des Cw-Wertes bestimmen, und dann mit Michael (Dexters) Rechenblatt den Reichweitengewinn usw. abschätzen.

carbon_compound schrieb: Hab das Dokument überflogen und mir sind die Überdruckareale an der Nase aufgefallen, daher meine Einschätzung.

Gut beobachtet! Die sind mehr oder weniger bei jedem Fahrzeug gegeben. Die Frage ist, auf welche Fläche sie sich verteilen. Bei spitzer Nase wäre diese Fläche kleiner, aber es käme Reibungswiderstand hinzu. Irgendwo an der Nase eines jeden Fahrzeugs staut sich ja die Strömung auf den Wert 0 auf (im Fahrzeug Koordinatensystem)

CW-Wert Messung mit und ohne Seitenscheiben ( Elia), wären mal interessant.

Sodele

Ich hab jetzt mal die ersten Ausrollversuche mit dem Dude vom Sonntag morgen ausgewertet und als drei PDFs angehängt. Das Verfahren scheint ganz gut zu funktionieren, wenn ich auch zunächst mal einige Fehler gemacht habe. Ich hatte Samstagabend die Idee mit den Ausrollversuchen, hab aufm Tablet mit Routenplaner-Software ein vermeintlich geeignetes Straßenstück gefunden und bin dann Sonntag morgen einfach los, und ein paar mal hin und her gefahren. Das gerade Teilstück ist ne Verbindungsstraße zwischen zwei Ortschaften und unterteilt sich nochmal in zwei verschieden Abschnitte, mit ca. 14m Höhenunterschied (siehe blaue Kurve in den Plots). Eines der Teilstücke hat einen schönen, glatten Belag, das andere einen sehr rauen Asphalt. Die Analyse der GPS-Daten zeigt nun Folgendes:

/1/ Das verwendete mathematische Modell scheint ganz gut zu passen, wie man besonders im Testlauf #2 beim zweiten Ausrollen sehen kann: hier habe ich die zur Verfügung stehende Länge optimal ausgenutzt und bin fast zum Stehen gekommen bevor es wieder bergauf ging (bzw. eine Kurve kam). Man sieht anfangs (von Sekunde 135 bis 180) den nichtlinearen Teil des Verlaufs und im Bereich 180 bis 230 wird die Ausrollkurve immer linearer. D.h., der Rollwiderstand kommt immer mehr zum Tragen während der Luftwiderstand immer nebensächlicher wird (ich hab die grüne Kurve mal etwas verlängert, damit man sieht, dass sie auf Null kommt).

/2/ Wenn ich nicht richtig ausrollen konnte, sondern nur von ca. 80 Km/h auf 40 km/h kam (z.B. erstes Ausrollen im Testlauf #2) sind die resultierenden Cw-Werte stark unterschätzt (da die Kurvenapassung den linearen Anteil nicht zur Verfügung hat). Leider war das oft der Fall, weil das Timing nicht optimal war oder andere Verkehrsteilnehmer im Rückspiegel auftauchten.

/3/ Man sieht deutlich den Unterschied im Rollwiderstands-Beiwert zwischen glatten und rauhem Asphalt. Ich halte den Wert durchaus für realistisch, womit Dexter in seinem Rechenblatt (dort hat er 0.03 angesetzt) wohl etwas hoch liegt. Der Twizy hat ja schmale Reifen, und die waren auch gut aufgepumpt (außerdem wiegt er kaum was) 0.03 ist vielleicht eher was für normal Pkw Breitreifen

/4/ Der Cw-Wert um die 0.65 für den offenen Twizy scheint allerdings auch realistisch zu sein. Nun: da hat man was zum experimentieren! Die kleineren Werte sind vermutlich der kurzen Ausrollzeit geschuldet, die für eine anständige Kurvenanpassung nicht ausreicht, deshalb hab ich hier auch auf eine Mittelwertbildung verzichtet.

Ich musste dann abbrechen, weil nicht mehr genug Ladung im Tank war (ich Dödel hatte den Dude nicht über Nacht geladen und bin mit halbvollem Tank los...

Nächstes Mal fahr ich mit vollem Akku zu meiner Rollbahn und fahre nur den glatten Asphalt hin und her (in beide Richtungen, damit eventuell vorhandener Windeinfluss sich rauskürzt). Dabei versuche ich den geeigneten Streckenteil möglichst gut zu treffen (so, wie in Testlauf #2, zweites Ausrollen). Dann kann ich auch eine Statistik machen. Dieser Streckenteil ist wohl ganz gut geeignet, da er verhältnismäßig wenig Steigung aufweist (siehe grüne Kurven). Ich war abends noch quer in der Pampa unterwegs und hab an unterschiedlichen Stellen Ausrollversuche gemacht. So richtig Ausrollen konnte ich aber selten (ehe eine Steigung oder Kurve, oder andere Verkehrsteilnehmer kamem). Muss mal kucken, ob es sich überhaupt lohnt das auszuwerten.

Also vorläufige, allererste experimentelle Abschätzung für den offen Twizy: Cw-Wert liegt bei ca. 0.62 bis 0.65, Rollwiderstands-Beiwert ca. 0.01 auf glattem, und ca. 0.15 auf rauhem Asphalt.
Nachdem ich nochmal "vernünftige" Testfahrten auf der glatten Rollbahn gemacht habe mit anständiger Statistik, kommen dann Fahrten mit dem "Brett vorm Bug" (siehe vorletzter Post).

Die projezierte Fläche für die Beiwert-Bildung hab ich aus der Literaturstelle 2 (sieh PDF 1, unten): A=1.43m2. Dexter verwendet in seinem Rechenblatt A=1.53m2, was nicht sehr anders ist. Ich habe ja jetzt ein CAD-Modell und werde die Fläche auch nochmal selber bestimmen. Dann können wir vergleichen.

Bis die Tage
Uwe

Der Dude schrieb: Also vorläufige, allererste experimentelle Abschätzung für den offen Twizy: Cw-Wert liegt bei ca. 0.62 bis 0.65, Rollwiderstands-Beiwert ca. 0.01 auf glattem, und ca. 0.15 auf rauhem Asphalt

Es muss natürlich heißen: ca, 0.015 auf rauhem Asphalt

P.S.: Das Gewicht Mges = 580kg (Dude + Fahrer) hatte ich mal an nem Sonntag auf der Lkw-Waage am Steinbruch in der Nähe gemessen, die wohl immer an ist.

Der Dude schrieb: Die projezierte Fläche für die Beiwert-Bildung hab ich aus der Literaturstelle 2 (sieh PDF 1, unten): A=1.43m2

Sch.... hab noch nen Fehler entdeckt: die projezierte Fläche, die ich genommen habe war A=1.64m2, so wie im PDF 1 angegeben. Ich sollte demnächst meine Post nochmal lesen, bevor ich sie abschicke

Super, Danke für die empirischen Daten und saubere Aufbereitung. Ich dachte die Twizy-Reifen sind schlechter. Und die offizielle Angabe von 0,64 scheint ja dann -leider- doch der cw gewesen zu sein, so gut wie das hinkommt.

Ich hab die Parameter im Rechenblatt schon mal korrigiert, die Simulationsergebnisse passen jetzt noch besser.

Wow, was für eine Arbeit, Danke!

Frage aus den hinteren Reihen:

Wos moch ma jetzt damit?

Akku macht bestimmt eine Statistik damit....*duckundwech*