Rapport: Bernd Zerelles ― Foto: Robert Fischer – 01/29/2023
”Vid dagliga körning med din elbil är det aerodynamiska motståndet den viktigaste faktorn för totala körmotståndet. Även när till exempel Audi e-tron Sportback körs enligt en standardcykel enligt definitionen i World Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure (WLTP), står körmotståndet för drygt 40 % av förbrukningen. Jämför det med acceleration av bilens massa, som står för något mindre än 20 % av förbrukningen under denna körcykel. I en bil som Audi e-tron Sportback, som har mycket bra luftmotståndskoefficient (Cd-värde), är det aerodynamiska motståndet den största påverkande faktorn för körmotståndet från hastigheter så låga som cirka 80 km/h. Vid körning på landsväg med en hastighet på 100 km/h utgör det aerodynamiska motståndet mer än 60 % av det totala körmotståndet. Ändra scenariot till en motorväg och konstant hastighet 140 km/h, så fördubblas det aerodynamiska motståndet, vilket ökar förbrukningen med drygt 60 %. Bara genom att sänka farten från konstanta 140 till 120 km/h på en långdistansresa, vinner föraren drygt 60 kilometer i elektrisk räckvidd, tack vare minskat aerodynamiskt motstånd. I realiteten gör batteriernas uppbyggnad att elbilar för med sig mindre energi än bilar med förbränningsmotor. Detta innebär att vi måste vara extra sparsamma i fråga om elenergi. Och det ger oss tekniker ett enormt incitament att utforma alla elbilar från Audi så att de blir så aerodynamiska som möjligt."
För bilar handlar aerodynamik om hur luftflödet bromsas upp och sprider sig när det stöter på ett hinder. Tricket är att få luften att anpassa sig perfekt till fordonets form och kanalisera den runt eller genom bilen (rött = snabbt, blått = långsamt).
Dr. Moni Islam har arbetat för Audi sedan 2001. Efter att ha haft olika befattningar inom Audi-koncernen tog kanadensaren över ansvaret för aerodynamik/aeroakustikutveckling 2012.
För bilar handlar aerodynamik om hur luftflödet bromsas upp och sprider sig när det stöter på ett hinder. Tricket är att få luften att anpassa sig perfekt till fordonets form och kanalisera den runt eller genom bilen (rött = snabbt, blått = långsamt).
Dr. Moni Islam har arbetat för Audi sedan 2001. Efter att ha haft olika befattningar inom Audi-koncernen tog kanadensaren över ansvaret för aerodynamik/aeroakustikutveckling 2012.
“Vi ska dock inte glömma att när det gäller att utforma effektiv aerodynamik har elbilar tydliga fördelar. Till exempel tack vare batteriet slipper man avgassystem som gör att vi kunnat skapa ett slutet och mycket slätt golv från fronten till bakänden. Det har varit mycket diskussioner fram och tillbaka med våra kollegor inom chassiutveckling för att säkerställa att alla viktiga axelkomponenter förblir dolda bakom golvpaneler. Allt det som orsakar turbulens runt bilar med förbränningsmotorer – som tunnel, bränsletank och avgassystem – finns inte i samma form på elbilar. Det är ett enormt plus i fråga om aerodynamik. Dessutom har en elmotor mycket högre verkningsgrad än en förbränningsmotor. Det släpper inte bara ut mindre värme i omgivningen, den kräver inte lika mycket kylning alls lika ofta. Därför kan vi utveckla termoövervakningskoncept som är fördelaktiga för aerodynamiken. De aktiva sektionen i bilens frontgrill på våra Audi e-tron-modellers är ett exempel på detta – och en avgörande aerodynamisk åtgärd för fronten. Den elektroniskt manövrerade grillen och ett av de två luftintagen kan öppnas eller stängas automatiskt, beroende hur mycket kylning elbilen behöver. Vi aerodynamiker säger gärna att luftintagen alltid ska vara stängda, så att ingen luft strömmar genom bilen och orsakar förluster. Luften ska i stället strömma över och under fordonet. Men reglersystemet måste också ta vara på andra behov, till exempel när passagerarna ändrar klimatet i kupén. Det är då luftintagen öppnas. Trots det säkerställer vår mycket intelligenta termoövervakning att luftintagen förblir stängda under större delen av körningen, vilket sänker Cd-värdet.”
”Vi tänker ofta att luftmotståndskoefficienten definierar hur aerodynamisk en form är. Naturligtvis jagar vi alltid lägre Cd-värden för våra bilar när vi utvecklar efterföljande modeller. Med sina virtuella ytterspeglar har vår Audi e-tron ett Cd-värde på 0,27 – ett av de bästa på marknaden för SUV-segmentet. Många nu tillgängliga SUV:ar har högre värden. Därför är vi särskilt stolta över att ha åstadkommit ett så enastående värde på en fullstor-SUV. Tack vare den strömlinjeformade coupé-liknande silhuetten går Audi e-tron Sportback till och med ett steg längre, med luftmotståndskoefficient på bara 0,25."
"Så finns det en gräns för hur långt vi kan minska Cd-värdet? Min personliga uppfattning är att det inte under överskådlig framtid kommer att vara möjligt att formge en produktionsbil som både är ett praktiskt bil till vardags samtidigt som den är attraktiv för våra kunder med en luftmotståndskoefficient lägre än 0,20. I slutänden begränsas fordonsindustrin av fysikens lagar. Naturen har många inspirerande exempel på optimalt luftflöde. Föga förvånande har miljontals år av evolution resulterat i skapelser formade för att röra sig genom luft eller vatten med minsta motstånd. Studier visar att pingviner har Cd-värde på 0,07, och ibland ännu lägre, tack vare speciella yteffekter och dynamiska förändringar av deras kroppsform under rörelse. För våra syften inom fordonsutveckling kan vi i praktiken utnyttja dessa naturfenomen endast i mycket begränsad utsträckning. När allt kommer omkring fungerar en bil inte på samma sätt som en pingvin. Och även om aerodynamiker drömmer om en bil som i princip är formad som en haj, är verkligheten att i vårt arbete följer form funktion – vilket innebär att det handlar om optimering. Och låt oss inte glömma: Det är våra kunders behov som definierar funktionen. Om kunden vill ha maximalt bagageutrymme kan vi inte urskillningslöst sänka taket och göra bakänden smalare – även om det förbättrar aerodynamiken.”
Luftflödesmönstret vid fordonets bakre del ger en indikation på hur luftmotståndskoefficienten kan minskas.
Luftflödet som delat sig och passerat ovanför och under bilens går sedan ihop vid bilens bakparti. Det kallas för kölvatten och ska vara så kompakt och lugnt som möjligt.
Luftflödesmönstret vid fordonets bakre del ger en indikation på hur luftmotståndskoefficienten kan minskas.
Luftflödet som delat sig och passerat ovanför och under bilens går sedan ihop vid bilens bakparti. Det kallas för kölvatten och ska vara så kompakt och lugnt som möjligt.
“Ett av våra mål som aerodynamiker är att komma med innovativa tekniska detaljer som ger designers större utrymme för kreativitet. Detta görs bäst när vi samarbetar för att lösa specifika problem. När vi utvecklar en bils aerodynamiska detaljer arbetar vi början framifrån och fortsätter bakåt. Om vi gör ett misstag i fråga om luftflödet framtill kan vi nämligen vanligtvis inte korrigera det baktill.”
“Luft når bilens front och passerar därefter ovanför, under och längs dess sidor. Att se till att luften strömmar så smidigt som möjligt längs sidorna är en konst i sig. De korta överhäng våra designers använder för att göra elbilar attraktiva utgör en riktigt stor utmaning för oss aerodynamiker. De lämnar oss mycket lite utrymme att avleda luften längs sidorna efter att den träffat fronten med hög hastighet. Det är därför vi arbetar med luftkorridorer på sidorna av bilens front. Dessa luftintag fungerar som ledskenor, som i princip fångar luften vid fronten, snabbt leder den inåt och håller kvar den nära fordonskarossen, innan den leds in i hjulhuset. Om vi inte hade dessa luftkorridorer skulle bilen ha en bredare yta gentemot luftströmmen, vilket skulle öka luftmotståndskoefficienten.”
“Det kan låta trivialt, men vi kan använda vattenavledningen på A-pelaren för att mjukt forma ytan och optimera flödet från fronten längs A-pelaren. Om vi inte gör detta blir resultatet betydande aerodynamiska förluster. När luftflödet sedan interagerar med ytterbackspegeln. Detta är en verklig utmaning i fråga om aerodynamik. En konventionell ytterbackspegel ger kraftig störning av det mötande luftflödet och påverkar luftflödet långt bakom bilen. Därför är jag otroligt glad att vi erbjuder virtuella ytterbackspeglar som tillval på våra Audi e-tron-modeller. WLTP-cykeln visar att deras påverkan på luftmotståndskoefficienten förbättrar räckvidden med motsvarande cirka 2,5 kilometer jämfört med konventionella ytterbackspeglar. Denna förbättring är ännu mer tydlig på landsväg och motorväg.”
De virtuella ytterbackspeglarna, som finns som tillval till Audi e-tron, är mycket aerodynamiska. WLTP-cykeln visar att deras påverkan på luftmotståndskoefficienten förbättrar räckvidden med motsvarande cirka 2,5 kilometer jämfört med konventionella backspeglar.
Aerodynamikerna använde olika visualiseringsmetoder för att analysera luftflödet.
De virtuella ytterbackspeglarna, som finns som tillval till Audi e-tron, är mycket aerodynamiska. WLTP-cykeln visar att deras påverkan på luftmotståndskoefficienten förbättrar räckvidden med motsvarande cirka 2,5 kilometer jämfört med konventionella backspeglar.
Aerodynamikerna använde olika visualiseringsmetoder för att analysera luftflödet.
“Våra Audi-designers älskar att göra en naturlig övergång mellan bilens sida och bakpartiet. Men det är en verklig utmaning i fråga om aerodynamik, eftersom luftströmmen inte riktigt vet var den ska släppa karossen. Skulpteringar medför alltid större instabilitet. Ibland släpper luftströmmen från karossen på ett ställe, ibland på ett annat, vilket ger en sämre aerodynamik. Men vi kan naturligtvis inte designa en Audi med skarpkantat bakparti. Istället integrerar vi de kanter som behövs för att säkerställa att luftflödet bryts korrekt längs bakljusen – de följer samma konturer som bakljusens inre grafik. Därmed bibehålls den harmoniska ytterkonturen och man undviker obehaglig ljusbrytning. Dessa kanter på bakljusen är ett perfekt exempel på hur vi tillsammans med designers arbetar på en modell i vindtunneln för att optimera innovationer.”
”Jag säger alltid till designers att göra bilens främre del rund och bakre del kantig. Tyvärr brukar de göra tvärtom – men för oss aerodynamiker är bakpartiet den viktigaste zonen. Det är bakom bilen som ett område med lågt tryck bildas. Detta undertryck suger bilen bakåt, vilket skapar motstånd. Vårt jobb är att göra området med undertryck bakom bilen så litet och kompakt vi kan. Så vi försöker utforma alla funktioner baktill så små och smala som möjligt: liten spårvidd, infällda hjul, smalt bagageutrymme. Och vi använder bakspoilers eller takspoilers för att leda luftströmmarna på sådant sätt att de möts symmetriskt och i samma höjd bakom bilen efter att ha passerat över och under det. Detta är orsaken till att även en spoiler med relativt liten läpp kan ha stor positiv inverkan på luftmotståndskoefficienten. Den korrigerar riktningen för flödet nedströms och håller undertrycksområdets gränser så parallella som möjligt, så att de möts så nära bilen bakre parti som vi kan åstadkomma. Vi monterar komponenter så nära diffusorn som möjligt, för att utföra samma funktion på underredet. På Audi e-tron använder vi till och med en liten spoiler på reservhjulsbrunnen under bilen för att säkerställa att luften leds till exakt den punkt bakom fordonet där luftflödet från taket kommer ned.”
”Ett exempel: På nya Audi Q4 e-tron finns en tätning i fogen mellan sidopanelramen och bakluckan. Bara denna tätning förbättrar luftmotståndskoefficienten med fem tusendelar. Man kan tänka att det ju bara är en liten spalt utan den här tätningen. Men tryckskillnaden mellan bilens sida och baksida är så extrem att luft sugs in i spalten, vilket omedelbart orsakar förluster. Å andra sidan förbättrar användningen av denna tätning luftmotståndskoefficient med fem tusendelar. I WLTP-cykeln ökar detta räckvidden med cirka tre kilometer. Så ni förstår, även de minsta detaljerna kommer att göra hela skillnaden framöver.”
