Fattori che influenzano il consumo di carburante di un’auto

I produttori di automobili devono affrontare costi di sviluppo elevati, direttamente proporzionali agli standard di emissione, al fine di mantenere il consumo di carburante delle auto nuove il più basso possibile.

Ma perché è un compito così difficile? Troverai la risposta nell’articolo di oggi, che oltre a ripercorrere le leggi della fisica, si concentra anche su come i clienti rendono difficile questa sfida ai produttori.

Resistenza al movimento

Prima di affrontare problemi specifici, facciamo un ripasso delle leggi della fisica che tutti dovrebbero conoscere per capire come sia possibile che un’auto funzioni.

In questo capitolo, descriveremo in dettaglio la resistenza che un auto incontra durante la guida.

Attrito

In generale, l’attrito è la forza che si genera quando facciamo rotolare un corpo sopra un altro. Nel caso delle automobili, questo significa che il contatto del veicolo con la strada rende difficile il suo spostamento  perché la carreggiata non è perfettamente liscia.

La quantità di attrito dipende da molte cose, ma il fattore più importante è il contatto tra i due corpi, così come il materiale di cui sono fatti. Oltre a ciò, Poi ci sono anche i parametri del sistema di azionamento, come il motore e i  cuscinetti, di cui parleremo in altre sezioni.

La formula matematica per l’attrito è la seguente:

F = Frn x μ

Dove:

• Fn è la forza ricavabile dalla massa del veicolo
• μ è il coefficiente di attrito volvente

Ci sono molte cose che influenzano le dimensioni di quest’ultimo dell’attrito, come la pressione e la larghezza dei pneumatici, la qualità del terreno e l’eventuale presenza di precipitazioni.

Quando un’auto percorre una strada asfaltata, μ diventa circa 0,01-0,025. Sembra poco, ma è più di dieci volte il valore medio delle ruote dei vagoni ferroviari a contatto con le rotaie (0,001).

Inoltre, con il deteriorarsi della qualità del terreno, questo valore aumenta notevolmente: su strade sterrate può arrivare anche a 0,05, e su sabbia anche diverse volte di più.

Naturalmente, maggiore è il valore di μ, maggiore è il consumo di carburante previsto.

Resistenza dell’aria

Oggi le auto sono così veloci che la resistenza dell’aria è diventata il principale ostacolo da superare. È l’unica forma di resistenza che aumenta di quattro volte all’aumentare della velocità, come indicato dalla seguente formula:”

Fd = ½ x ϱ x cd x A x v2

Dove

• ϱ è la densità dell’aria
• cd è il coefficiente di resistenza aerodinamica
• A è la superficie frontale perpendicolare alla direzione di marcia
• v è la velocità di movimento rispetto al mezzo

La formula mostra che aumentare la velocità da 100 km/h a 110 km/h non aumenta la resistenza dell’aria del 10%, ma molto di più.

Ovviamente non abbiamo alcuna influenza sulla densità de fluido, ma il caso è diverso per quanto riguarda la superficie frontale e le proporzioni.

Più grande è l’area frontale del veicolo, maggiore sarà resistenza dell’aria, intendendo la superficie che vediamo quando siamo di fronte all’auto.

Il fattore di forma è più difficile da descrivere (nella terminologia tedesca è solitamente indicato come cw, mentre nella letteratura anglosassone è più comune il simbolo cd). Si può dire che questo valore descrive come la forma del corpo influisce sul flusso d’aria attorno ad esso. Più è facile per le molecole d’aria aggirare un oggetto, minore sarà questo valore. Il diagramma seguente può aiutarti a capire quali forme sono semplificate e quali no:

Certo, è nell’interesse dei costruttori sfruttare al massimo le possibilità aerodinamiche insite nella forma, ma questo non è l’unico aspetto dominante nella progettazione della forma della scocca. Allo stesso tempo, nel mercato elettrico, si può osservare che in nome del risparmio energetico, per molti marchi, la forma a goccia con bassa resistenza all’aria è diventata completamente dominante.

La pendenza del terreno

Probabilmente raramente l’utente medio pensa che salire una salita durante la guida richieda un dispendio energetico aggiuntivo da parte dell’auto, anche se questo spesso si avverte nel comportamento del veicolo, soprattutto in caso di bassa potenza massima in rapporto al peso totale.

Questo dispendio energetico aggiuntivo può essere calcolato come segue:

Fl = m x g x sinα

Dove

• m è il peso totale del veicolo
• g è l’accelerazione di gravità
• α è l’angolo di elevazione

È ovvio che il peso del veicolo influisce in molti modi sul risparmio di carburante, ma se lo ignoriamo ai fini del calcolo, solo la pendenza e la lunghezza della salita determineranno il grado di resistenza aerodinamica.

Resistenza totale al rotolamento, altre resistenze

La resistenza totale che un veicolo deve affrontare durante la guida è la somma di tutti i fattori di cui sopra ed è nota come “Resistenza totale al rotolamento”.

Ci sono anche altre resistenze da considerare durante la progettazione. Uno di questi è la resistenza agli ingranaggi precedentemente menzionata. Deriva dal fatto che i singoli organi di trasmissione sono costretti a muoversi e ruotare (frizione, cambio, differenziale, ecc.). Nella letteratura tecnica, questo fenomeno è talvolta indicato come resistenza interna e determina l’efficienza dell’intero sistema di azionamento.

Vale anche la pena menzionare la resistenza all’accelerazione, che è la forza di inerzia risultante dall’accelerazione degli elementi strutturali del veicolo. In generale, maggiore è il rapporto di trasmissione della trasmissione, maggiore è l’inerzia che dobbiamo vincere in accelerazione.

Aspettative del cliente

Dopo aver letto l’articolo di cui sopra, è chiaro che i clienti costringono i produttori di fronte alla sfida di trovare nuovi modi per aggirare le leggi della fisica. Ci aspettiamo che i veicoli con un’area frontale sempre più ampia, un peso maggiore , siano in grado di consumare meno carburante o elettricità grazie a nuove innovazioni.

Indipendentemente dalle risorse presenti nella nostra auto, i fattori fisici discussi in questo articolo si applicano a tutti i veicoli e sono inevitabili. Pertanto, le persone che intendono scegliere un’auto in futuro considerando anche gli aspetti ecologici dovrebbero evitare di cercare una soluzione tra i grandi SUV.

Fonte:

• https://www.mvwautotechniek.nl/en/resistenza-di-guida/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Mercedes-Benz_EQS_SUV#/media/File:Mercedes-Benz_X296_1X7A6215.jpg
• https://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient#/media/File:14ilf1l.svg
• https://pixabay.com/photos/san-francisco-california-houses-210230/
• https://pixabay.com/photos/wheel-wagon-train-ride-railroad-1957586/
• https://hu.wikipedia.org/wiki/G%C3%B6rd%C3%BCl%C5%91_ellen%C3%A1ll%C3%A1s
• https://docplayer.hu/68143136-A-jarmuvek-menetellenallasa-keszitette-szucs-tamas.html