Muutamia huomioita - Sähköautot - Nyt!
Erittäin hyvin havainnollistaa tuo kuva mistä on kysymys. Tuosta näkee suoraan että auton huippunopeus olisi n. 100km/h ja se saavutettaisiin 5. vaihteella. Siinä kohtaa ajovastukset on yhtä suuret kuin pyörän vetovoima.
Tuohon kuvaan jos piirtäisi vielä eri värillä bensamoottorilla vastaavat kuvaajat niin voisi suoraan verrata voimia moottoreiden välillä.
no huh huh.. laitappas ilmanvastuskertoimeksi 0.28. Aika kovat vastukset sä olet saanut, kun auto pysähtyy 100km/h.
Valmistajan ilmoitus on kuitenkin 1.4l koneelle 170km/h.
Antti
Piilota Re: Muutamia huomioita luonutEi ollut tarkoitus laskea minkään tietyn auton vastusvoimia, vaan ihan yleisesti suuntaa antava piirros. Kyseisissä laskuissa käytin moottorin vääntökäyrää, jolla saavutettava suurin teho on vain 25KW (sekin vain kohdissa, joissa voimakäyrä hipoo ideaalivoimaa). 50KW:n moottorin suorituskyvyn saat kun kerrot voimat kahdella, nousee huippunopeudet kummasti (itseasissa tuosta moottorista saa 50KW, mutta kuinka pitkään?)
Pistin tuon ajotilapiirroksen tänne lähinnä sen takia, että siitä selviää välitysten merkitys. Suoraan vetoakselille kytkettynä 50KW:n (keltaisella piirretty 25KW moottorin vännöillä) moottorikin tuottaa vain 860N vetovoimaa koko käyttöalueellaan joka antaisi 1000kg:n autolle kiihtyvyyden a=F/m a=860N/1000kg a= 0,86m/s^2, eli liian vähän (pyörivien osien hitausmomentteja en huomioinut).
Jos moottorina käyttäisi Jukan yllä linkittämää 223NM vääntöön kykenevää laskuissani käyttämän 125NM sijaan, voidaan voima kertoa 1,8:lla, jolloin punaiselle piirretyn välityksen, eli pelkän tasauspyörästön, käyttäminen alkaisi tuottamaan riittäviä kiihtyvyysarvoja.
Piilota Re: Muutamia huomioita luonutJukan yllä mainitsemalla moottorilla (225Nm) 4:1 välityksellä (normaali tasauspyörästön välitys autossa), piirros näyttäisi tältä:
Tuosta kun laskee kiihtyvyyden vaikka 1000kg autolle saamme a=3000N/1000kg=3m/s^2 (pyörivien osien hitausmomentit huomioimatta).
Kiihtyvyyttä saisi lisää suurentamalla välitys-suhdetta tai laittamalla pienemmät renkaat, mutta se laskisi huippunopeutta joka on nyt 135 km/h moottorin kiertäessä 11 000 kierrosta minuutissa.
EDIT: siis pienemmät renkaat parantaisivat kiihtyvyyttä, näissä laskuissa renkaan säde 26 cm.
Viimeksi muokattu 05 Mar 2008 08:55 luonut OljyEinari Näytä lisää Piilota Re: Muutamia huomioita luonutKatotaan tätä palettia mahdollisimman tarkkaan:
Esim Corollan alkuperäiset renkaat on netin perusteella 195/60 R15. Niiden säde on 30,75 cm ja ympärysmitta noin 193,1 cm.
HSM6.17.12 moottorin max vääntö (223 Nm@ taittuu 3000 rpm:n kohdalla. Siinä voisi olla se asetettu norminopeus tälle ajoneuvolle. Esim 90 km/h.
90 km/h olisi renkaalla noin 777 rpm. Ja jos tuo pitäisi saada nyt sitten moottorille 3000 rpm:n, niin perän suhde pitäisi olla noin 3,86:1. => vääntöä olisi 1 rpm kohdalla renkailla 861 Nm (430 Nm/rengas). Hmm… 30 sek 0-100 km/h… (menikö oikein ?)
Tosin tällöin huippu Rpm:n (10500) tullessa vastaan olisi renkailla rpm jo 2720 rpm => 315 km/h. Onko tolkkua ? No ei kuulosta siltä. Toki se vääntö loppuu kesken, eli tuotaan ei saavuteta, mutta kuitenkin.. Tällöin siis pitää harkita sen välityksen muuttamista. Esim näin:
huippunopeus 145 km/h => 1251 rpm renkailla => 10500rpm /1251 rpm =8,39:1
Tämä tarkottaisi siis 1 rpm kohdalla renkaissa 1871 Nm. Vääntökäyrä taittuu jo 41 km/h kohdalla. Siihen asti niskat taittuu.. Sit helpottaa.
Käytännössä ollaan testattu ja mitattu, että Berlingon kokoinen ja mallinen auto ottaa 80 km/h vauhdissa noin 15-16 kW tehoa. Akuista. Tuossa on siis se noin 70% hyötysuhde DC-moottoritekniikalla mukana. 0-80 km/h kiihdyttäminen vie alle 10 sek.
Motarilla 20 kW riittää 90 km/h nopeuteen hyvin. Tämä siis ideaaliolosuhteissa (ei vastatuulta, tasainen maa).
Jos heittää saman arvion mukaan esim Corollan tehoja, niin 16 kW@80 km/h olisi vääntönä renkailla noin 221 Nm.
Siis moottorilta ei vaadita kuin 27 Nm, jos käytetään tuota 8,39:1 välitystä. Siis kaikki mitatut vastusvoimat + hävitö vaatii yhteensä 1200 kilon autolta noin 221 N voimaa liikkuakseen 80 km/h.
1200 kilon auto tarvitsee n. 4150 N voimaa 8 sekunnin ajan (ilman häviöitä, 0-100 km/h). Huipputeho 100 km/h kohdalla olisi silloin (jos vääntö pysyy samana = kiihtyvyya pysyy samana) 375 kW.
Onko nuo laskelmat linjassa tämän kanssa ?
Tässähän saa muistella ihan tosissaan energiayhtälöitä :) KIVAA !
-Jukka
Käytetty lähteinä ja apuna:
http://mdmetric.com/tech/powercalc.htm
http://nmbtc.com/Calculators/converter.swf
http://www.vannetukku.fi/rengasinfo.php
http://www.brusa.biz/products/e_motor__hsm6.17.12411.htm
http://www.gordonengland.co.uk/conversion/force.htm
hmmm.. tuota… öh… Nyt näemmä homma on siirtynyt ihan jonnekkin muualle kuin mitä mä alun alkaen ajoin takaa. On totta, että oma kokemukseni tulee raskaista työkoneista. Sillä puolella sähkö saadaan diesel-generaattorista, joka tyypillisesti pyörii 1500 kierrosta minuutissa, eli 25 kierrosta sekunnissa. Täten saatu vaihtovirta sitten muunnetaan tasavirraksi ja tämän jälkeen sitten uudelleen vaihtovirraksi kulloin tarpeellisella taajuudessa. Taajuus periaatteessa voi olla mitä tahansa, mutta tyypillisesti 1-50 Hz välillä. Tätä taajutta voidaan siis taajuusmuuntajalla säädellä portaattomasti.
Tätä sitten soveltaen sähköautoon. Sähkäautossa ei tuota ensimmäistä muunnosta ei tarvita, koska virta on jo valmiiksi tasavirtaa, ellei autossa ole erillistä generaattori vaikka kaasutoimista sellaista. Sitten kun virtaa tarvitaan (auton halutaan liikkuvan) virta tuodaan taajuusmuuntajan läpi, jossa se muutetaan vaihtovirraksi kulloinkin haluttavalla taajudella. Oikosulkumoottori kun pyörii puolikierrosta kutakin napaisuusvaihdosta kohden, jolloin moottori pyörii jatkuvasti parhalla tehoalueella omaten parhaan väännön. Moottorin pyörimisnopeutta siis säädetään moottorille tulevan Virran taajutta muuttamalla. Tällöin moottorille paras paikka on olla kiinni suoraan renkaassa tai vaihtoehtoisesti vetävässä akselissa. Äkkiä ajateltuna minä en keksi mitään syytä miksi moista ei voitaisi toteuttaa. Mikäli joku tietää, niin kertokoon.
Tietysti moinen vaatii taajuusmuuntajan ohjelmointia tietynlaisille "liuille", mutta tuo on puhtaasti ohjelmallisesti tehtävää asiaa. Mikäli tuota 50 Hz taajuutta pidetään sinä huippuna, niin tällöin rengas pyörii sen 25 kierrosta sekunnissa. Mikäli mallinnetaan tuota Corollan rengasta, joka oli siis 195/60 R15 ja katsotaan, että ympärysmitta on tuo n. 192 cm huomataan, että matkaa tehdään 25x192 eli 4800 cm/s, eli 48 m/s eli 172,8 km/h. Tuo on aivan varmasti riittävä, ellei vähän turhankin suuri huippunopeutena. Tietysti tuohon voidaan laittaa myös toinen napapari, jolloin maksimi nopeus puolittuu, mutta vääntö kasvaa. Tällöin vastaavasti taajutta voidaan nostaa vaikka 50:stä 70:een, jolloin päästään noin 120 km/h huippunopeuteen. Minkälainen on se moottori joka tuohon on ideaali onkin toinen kysymys.
Teme
teme444(at)hotmail.com
Taajuusmuuttajaa minäkin eka ajattelin että se olisi järkevä. Mutta sähkötietämykseni on puutteellinen.
Joku joka tietää sähköstä enemmän voisi valaista asiaa.
Antti
Piilota Re: Muutamia huomioita luonutMitä minä hahmottelin niin välitys 2. vaihteella (8,6:1) olisi aika optimi tuolla 72kW moottorilla. Mentäisiin aika lähellä tuota ideaalivoimaa.
Kiinteä välitys on aina kompromissi. Jos sillä halutaan suorituskykyä niin moottori pitää ylimitoittaa että saadaan vaihteiston puuttuminen kompensoitua. Kiinteä välitys on optimi vain tietyllä nopeudella. Kiinteä välitys on varmaan parhaimmillaan jossain kaupunkiautoksi suunnitellussa jossa ei edes tavoitella voimaa suurille nopeuksille.
Mitä etua näkisit saavutettavan custom-laatikosta? Kiinteä välitys esim. 2. vaihteella olisi kuitenkin hyvin lähellä optimia eikä välityksen hienosäädöllä varmaankaan saavutettaisi parempaa tulosta.
Miksi se välitys pitäisi olla kiinteä? Autossa kuitenkin on vaihteisto jo olemassa ja vetoalueet saadaan sillä optimaaliseksi joka nopeudella. Ei sähkömoottori tässä suhteessa eroa bensamoottorista. Moottorin vääntöalue on samalla tavalla rajoittunut kapealle alueelle. Kytkin saadaan helposti vaihdettua riittävän vahvaksi.
Ajaminen olisi joka tapauksessa helpompaa kuin bensamallilla. Vaihde voidaan kytkeä ja kytkin nostaa valmiiksi auton ollessa paikallaan. Kaasulla sitten lähdetään liikkeelle ilman kytkimen kanssa pelaamista. Kaupungissa voisi ajaa kakkosella mutta maantielle voisi vaihtaa 4. tai 5. vaihteen käyttöön.
Piilota Re: Muutamia huomioita luonutNoh. Tässä toisaalta.. Kaupunkialueella tarvitaan vääntöä pysähtymiseenkin. Yleensä isommalla voimalla, kuin kiihdyttäminen. Kiinteä vaihde on oikein suunniteltuna molempiin suuntiin yhtä kestävä. Kestääkö Toitsun loota ? Mä en ainakaan vielä osaa sanoa.
Oma erillinen loota olisi pienempi, optomoidumpi ja kevyempi.
Brusan koneet on teetetty johonkin käyttöön ja siksi ne ei ihan suoraan istu yhden välityksen peleihin. Mutta…he ovat jo ilmaisseet kiinnostuksensa jopa suunnittelemaan projektillemme ihan oman setin ilman kehityskuluja, jos saamme "merkittävän tilausmäärän". Tätä olen yrittänyt haarukoida ja uskon se olevan 500-1000 kpl. Jos vaikka 200 kpl tänä vuonna, niin 300 ensi vuonna. Ja tästä jatkuu sitten hamaan tulevaan.
Haen kaikkea mahdollista helppoutta, asennusnopeutta ja kustannustehokkuutta. Siksi olen jotenkin tykästynyt siihen ajatukseen, että kaikki tekniikka pitää saada mahtumaan konepellin alle. Ekat protot tehdään vuoren varmasti auton omalla latikolla, ellei sitten joku firma sitä uutta lootaa meille projektiin ilmaiseksi auta kehittämään. Ei mahdotonta tämäkään.
-Jukka
Piilota Re: Muutamia huomioita luonut"Mitä minä hahmottelin niin välitys 2. vaihteella (8,6:1) olisi aika optimi tuolla 72kW moottorilla. Mentäisiin aika lähellä tuota ideaalivoimaa."
Tosin. Jos käytetään ehdottamaani oikosulkumoottoria ja taajuusmuuntajaa, niin moottori tuottaa tehoa jatkuvasti ideaali alueella.
"Kiinteä välitys on aina kompromissi. Jos sillä halutaan suorituskykyä niin moottori pitää ylimitoittaa että saadaan vaihteiston puuttuminen kompensoitua. Kiinteä välitys on optimi vain tietyllä nopeudella."
Ei pidä paikkaansa. Vaikka taajuusmuuntaja ei sinällään olekkaan perinteisen kaltainen mekaaninen välitys on se ereäänlainen vaihteisto kumminkin. Sillä voidaan muuttaa moottorin kierrosaluetta portaattomasti siten, että moottori on jatkuvasti optimikierrosalueella. Tällöin kaikilla nopeuksilla ollaan moottorin optimikierrosalueella.
"Miksi se välitys pitäisi olla kiinteä? Autossa kuitenkin on vaihteisto jo olemassa ja vetoalueet saadaan sillä optimaaliseksi joka nopeudella."
Ehdottamassani tavassa tuo "välitys" on ennen moottoria ja on eletroninen, ei mekaaninen. Täten se kannattaa toteuttaa siksi, että A) se parantaa hyötysuhdetta, B) vähentää hajoavien osien määrää, C) yksikertaistaa rakennetta, D) Alentaa hintaa, E) oikosulkumoottori on moottoreista yksinkertaisin ja pitkäikäisin.
Käytettäessä taajuusmuuntajaa, sähkömoottorin kierrosnopeuden säätämiseen, vaihteisto ei tuo mitään lisäarvoa.
"Ei sähkömoottori tässä suhteessa eroa bensamoottorista. Moottorin vääntöalue on samalla tavalla rajoittunut kapealle alueelle."
Sähkömoottori ei tosiaan eroa paljoa polttomoottorista. Mikäli tuo sähkömoottori on oikosulkumoottori se pyörii aina taajuuden mukaisella nopeudella (1 kierros par 2 napaisuuvaihdosta) voidaan taajuutta muuttamalla säätää nopeutta portaattomasti siten, että moottori pyörii aina optimi kierrosalueella. Tällöin yhdistelmä oikosulkumoottori-taajuusmuuntaja poikkea hyvvin radikaalisti polttomoottorista.
"Kaupunkialueella tarvitaan vääntöä pysähtymiseenkin. Yleensä isommalla voimalla, kuin kiihdyttäminen. Kiinteä vaihde on oikein suunniteltuna molempiin suuntiin yhtä kestävä."
Näin minunkin käsittääkseni. Tällöin oikosulkumoottoria käytettäessä Kaikki jarrutusenergia on saatavissa talteen, eikä sitä huku mihinkään. Tällöin myöskään mekaaniset osat eivät rasitu.
"olen jotenkin tykästynyt siihen ajatukseen, että kaikki tekniikka pitää saada mahtumaan konepellin alle."
Tätä en ymmärrä. Miksi näin? Minusta kaikkein paras ratkaisu olisi se, että moottori olisi siellä missä tehoa tarvitaan. Konepellin alla voi olla akusto ja jos sähköauto suunnitellaan alunpitäen sähköautoksi varsinaista konetilaa ei edes tarvita. Paraspuoli sähköautossa on nimen omaan se (noin suunnittelijan kannalta), että moottori on pieni ja se voidaan sijoittaa siten, ettei mekaanista voimansiirtoa välttämättä tarvita lainkaan tai hyvin minimaalisesti. Tämä suoraan vaikuttaa moottorista saatavaan tehoon, sekä hyötysuhteeseen.
Teme
Konepellin alle siksi, että se paketti voidaan tehdä aivan valmiiksi jossain alihankkijalla ja vain testaamisen jälkeen "postittaa" konversiopajalle (mikä tahansa autokorjaamo). Ja kyseinen asennustoimenpide saa kestää MAX 3 tuntia. Tällöin olisi sen loppuasiakaan tilanne ruusuisampi, kun voidaan määritellä tarkemmin, paljonko se asennus voi maksaa.
Teoriassa tiedän, että tämä on mahdollista ja käytännössähän se nyt nähdään piankin.
Tuollainen kestomagneettikone on pieni ja pippurinen. Yhtälailla niiden ohjaamiseen käytetään taajuusmuuttajia. Näiden osalta Vacon on varmasti yksi mielenkiintoinen keskustelukumppani näissä asiaoissa. Täälaiset tahot toisaalt aovat enemmänkin liikevaihtojen ja voittojen perään, eli ei aseteta liian suuria toiveita ihmiskunnallisen vaikuttamisen saralle. Mitä tämä projekti on pullollaan :)
Akkuteknologia antaa jo ensi vuonna aivan uusia lukuja ihmeteltäväksemme. 150 km mahdutetaan nyt etukonttiin moottorin, kontrollerin, lämmittimen, pumppujen ja latureiden kanssa. Protot auttavat meitä arvioimaan paremmin jatkoa.
Dollarin kurssi jos jatkaa tätä menoa, niin on nannaa ! Komponenttien hinnat rapakon takaa senkun sukeltaa ja sama koskee Kiinaa.
-Jukka
Piilota Re: Muutamia huomioita luonut