CHASSIS DAN DESAIN
5.5 Pikirkan Mobil Listrik yang Ramping
membebani sasis kendaraan mesin pembakaran internal Anda. Solusi terbaik dan teraman adalah mendapatkan sasis tugas berat atau lebih besar lainnya. Catatan tambahan: Beberapa pemilik sebenarnya lebih memilih untuk menyesuaikan guncangan dan pegas kendaraan konversi mereka pada saat ini untuk memberikan pengendaraan yang sedikit lebih kencang, atau (dalam kasus pemilik truk pickup) untuk mengembalikannya ke pengendaraan yang lebih kencang sebelumnya.
5.4.7 Ingat Aturan 30%
Aturan praktis "30% atau lebih besar" (berat baterai harus setidaknya 30% dari berat kotor kendaraan saat menggunakan baterai timbal-asam) adalah target yang sangat berguna untuk dibidik dalam konversi motor listrik. Anda akan ingin melakukan yang lebih baik lagi jika Anda mengoptimalkan sasaran kinerja kecepatan tinggi atau jangka panjang. Tabel 5.3 menunjukkan bahwa berat baterai adalah 32% dari berat kotor kendaraan untuk konversi ini. Perhatikan bahwa jika Anda memilih sistem baterai 144 volt (menambahkan empat baterai lagi dan bobot tambahan 240 lbs.), rasionya naik menjadi 1440/4040 atau 36%. Sebaliknya (mengeluarkan empat baterai dan 240 lbs.), rasio turun menjadi 960/3560 atau 30% untuk sistem 96 volt. Mengeluarkan empat baterai lagi dan menggunakan sistem 72 volt, rasionya turun menjadi 720/3320 atau 22%. Aturan praktis terbukti benar dalam kasus ini, karena Anda tidak akan senang dengan kinerja sistem 72 volt di kendaraan ini; bahkan 96 volt adalah marjinal.
5.5.1 Menetapkan Gaya Tarik Aerodinamis
Mike Kimbell, seorang konsultan mobil listrik, mengatakan yang terbaik: "Di bawah 30 mph Anda dapat memasang motor listrik di atas batu bata dan tidak pernah melihat perbedaannya." Alasannya sederhana: gaya drag aerodinamis bervariasi dengan kuadrat kecepatan. Jika Anda tidak bergerak, tidak ada hambatan sama sekali. Setelah Anda menggulungnya, itu menumpuk dengan cepat dan segera membanjiri semua faktor lainnya. Mari kita lihat bagaimana tepatnya.
Gaya hambat aerodinamis dapat dinyatakan sebagai:
Fd = (CdAV2)/391
Dimana Fd adalah gaya hambat aerodinamis dalam lbs., Cd adalah koefisien hambatan kendaraan Anda, A adalah luas frontalnya dalam kaki persegi, dan V adalah kecepatan kendaraan dalam mph. Untuk meminimalkan hambatan untuk kecepatan tertentu, Anda harus meminimalkan Cd, koefisien hambatan, dan A, area frontalnya.
5.5.2 Pilih Koefisien Tarik Terendah
Koefisien hambatan, Cd, berkaitan dengan perampingan dan aliran turbulensi udara di sekitar kendaraan Anda, karakteristik yang melekat pada bentuk dan desain kendaraan konversi yang Anda pilih. Cd tidak mudah terpengaruh atau diubah nanti, jadi jika Anda mengoptimalkan sasaran kinerja kecepatan tinggi atau jangka panjang, penting bagi Anda untuk selalu mengingat faktor kinerja penting ini saat memilih kendaraan konversi. Gambar 5.4 menunjukkan nilai Cd untuk berbagai bentuk dan jenis kendaraan. Perhatikan bahwa Cd telah menurun secara signifikan seiring berjalannya waktu—sedan Ford tahun 1920-an memiliki Cd
sekitar 0,85; Ford Taurus hari ini memiliki Cd 0,32.
Nilai Cd untuk mobil, truk, dan van akhir 1980-an adalah:
• Mobil = 0,30 hingga 0,35
• Van = 0,33 hingga 0,35
• Truk pikap = 0,42 hingga 0,46
Sementara nilai Cd mobil biasanya menurun dari 0,5 pada 1950-an, menjadi 0,42 pada 1970-an, menjadi 0,32 hari ini, jangan disesatkan. Roadster kokpit terbuka kontemporer yang manis itu masih dapat memiliki Cd 0,6. Itu karena Cd ada hubungannya dengan turbulensi udara yang disebabkan oleh jendela yang terbuka, kokpit, dan area kotak pickup, bukan dengan perampingan saja.
Tabel 5.4 menunjukkan bagaimana area yang berbeda “dalam hal ini diambil untuk mobil antik tahun 1970-an” berkontribusi pada Cd sebuah kendaraan.
Bertentangan dengan apa yang mungkin Anda pikirkan, area belakang bodi menyumbang lebih dari 33o Cd dengan sendirinya, diikuti oleh lubang roda sebesar 21o, area bawah bodi mobil sebesar 14o, area bodi depan sebesar 12o, proyeksi (minor, drip rel, ceruk jendela) sebesar 7o, dan kompartemen mesin dan gesekan kulit masing-masing sebesar 6o. Itulah mengapa kendaraan listrik Impact Cd
General Motors yang sangat dioptimalkan adalah 0,19, memiliki bagian belakang yang dipahat halus, lubang roda yang dipahat atau tertutup dengan ban tipis, bagian bawah bodi mobil tertutup, hidung rendah dengan kaca depan yang sangat miring dan ground clearance yang rendah, tidak ada proyeksi, dan hanya dua bukaan kecil ke kompartemen mesin.
Gambar 5.4 Koefisien Ringkasan Drag Untuk Jenis Kendaraan Yang Berbeda.
Tabel 5.4 Kontribusi Area Mobil Yang Berbeda Terhadap Cd Keseluruhan Untuk Mobil Vintage Tahun 1970-An
5.5.3 Pilih Area Frontal Terkecil
Area depan (A) untuk mobil, truk, dan van model akhir yang khas berada dalam kisaran 18 hingga 24 kaki persegi. Lembaran kayu lapis berukuran 4 kaki kali 8 kaki yang diangkat secara vertikal di depan kendaraan Anda akan memiliki luas bagian depan 32 kaki persegi. Ini berkaitan dengan area efektif yang diberikan kendaraan Anda ke aliran udara yang mengalir deras. Area frontal juga tidak mudah terpengaruh atau diubah nantinya, dan tidak banyak yang dapat Anda lakukan untuk meminimalkannya secara signifikan kecuali memilih tipe bodi kendaraan yang berbeda. Jika Anda mengoptimalkan kinerja kecepatan tinggi atau jarak jauh, ingatlah faktor kinerja penting ini saat memilih kendaraan konversi Anda.
5.5.4 Kontribusi Angin pada Gaya Tarik Aerodinamis
Gaya seret diukur secara nominal pada 60 derajat Fahrenheit dan tekanan barometrik 30 inci air raksa di udara diam. Biasanya, itu adalah asumsi yang memadai untuk sebagian besar perhitungan. Tetapi sangat sedikit lokasi yang masih memiliki udara, jadi komponen drag tambahan karena kecepatan angin relatif harus ditambahkan ke perhitungan gaya drag aerodinamis Anda. Ini adalah hambatan angin tambahan yang mendorong kendaraan dari angin lokal yang acak.
Persamaan yang mendefinisikan faktor angin relatif, Cw, adalah Cw = (0.98(w/V)2 + 0.63(w/V0)Crw – 0.40(w/V)
Dimana w adalah kecepatan angin rata-rata daerah tersebut dalam mph, V adalah kecepatan kendaraan, dan Cw adalah koefisien angin relatif yang kira-kira 1,4 untuk bentuk sedan biasa, 1,2 untuk kendaraan yang lebih ramping, dan 1,6 untuk kendaraan yang menampilkan lebih banyak turbulensi atau sedan didorong dengan jendela terbuka.
Area Mobil Nilai Cd Persentase dari total
Tubuh–Belakang 0.14 33.3
sumur roda 0.09 21.4
Tubuh–Bawah 0.06 14.3
Tubuh–Depan 0.05 11.9
Proyeksi dan lekukan 0.03 7.1
Kompartemen mesin 0.025 6.0
Gesekan Tubuh-Kulit 0.025 6.0
Total 0.42 100.0
Tabel 5.5 menunjukkan Cw yang dihitung untuk tujuh kecepatan kendaraan yang berbeda dengan asumsi nilai rata-rata Amerika Serikat sebesar 7,5 mph untuk kecepatan angin rata-rata untuk tiga nilai Cw yang berbeda.
Untuk mendapatkan total gaya hambat aerodinamis (masih ditambah angin relatif), gunakan rumus berikut:
Ftd = Fd + Cw Fd atau Fd (1+Cw)
Tabel 5.5 Faktor Angin Relatif Cw Pada Kecepatan Kendaraan Berbeda Untuk Tiga Nilai Crw
Rata-rata
Crw Faktor Cw Faktor Cw Faktor Cw Faktor Cw Faktor Cw Fakto Cw Faktor Cw wind=
7.5 mph
at V= 5 mph
at V= 10 mph
at V= 20 mph
at V= 30 mph
at V= 45 mph
at V= 60 mph
at V= 75 mph 1.2 3.180 0.929 0.299 0.163 0.159 0.063 0.047 1.4 a vg
sedan 3.810 1.133 0.374 0.206 0.185 0.082 0.062 1.6 4.440 1.338 0.449 0.250 0.212 0.101 0.076
5.5.5 Data Gaya Seret Aerodinamis yang Dapat Anda Gunakan
Tabel 5.6 menempatkan nilai Cd dan A untuk kendaraan aktual bersama-sama dan menghitung gaya hambatnya untuk tujuh kecepatan kendaraan yang berbeda.
Perhatikan bahwa gaya drag paling rendah pada mobil kecil dan paling besar pada pickup kecil, tetapi mobil kecil mungkin tidak memiliki ruang untuk memasang baterai untuk memberikan kinerja yang Anda butuhkan. Perhatikan juga bahwa roadster kokpit terbuka, meskipun memiliki area depan kecil A, memiliki gaya hambat yang identik dengan truk pikap.
Untuk menggunakan Tabel 5.5 dan Tabel 5.6 dengan mobil listrik Anda, pilih jenis kendaraan Anda di Tabel 5.6, kemudian kalikan nomor gaya hambatnya dengan faktor angin relatif pada kecepatan kendaraan yang sama menggunakan baris Crew yang sesuai untuk kendaraan Anda Tipe. Misalnya, 3.800 lb. Truk pikap Ford Ranger Bab 10 memiliki gaya hambat 24,86 lbs. pada 30 mph menggunakan Tabel 5.6. Mengalikan dengan faktor angin relatif 0,250 dari baris bawah (Crw 5 1,6) dari Tabel 5.5 menghasilkan 6,22 pound. Total drag aerodinamis Anda yang dipaksakan adalah 24,86 1 6,22 atau 31,08 pound.
5.5.6 Bentuk Aliran Udara Belakang
Jika Anda pernah melihat film uji terowongan angin dengan asap yang ditambahkan untuk membuat arus udara terlihat, Anda telah melihat pusaran atau
area turbulensi di bagian belakang sebagian besar kendaraan yang diuji. Mereka yang tidak memiliki akses ke terowongan angin merasakan efek yang sama ketika truk semitrailer melewati Anda di jalan raya.
Seperti bentuk rintik hujan yang jatuh, ekor perahu atau bentuk hidung kapal roket adalah yang paling ideal. Meskipun hal ini sulit dicapai, dan tidak ada desain sasis produksi yang tersedia untuk membantu, Anda dapat memanfaatkan pembulatan sudut belakang kendaraan Anda dan menghilangkan semua tepi tajam. Seperti yang Anda lihat pada Tabel 5.4, bagian belakang bodi dengan sendirinya membentuk sekitar 33o dari Cd, jadi setiap perubahan yang dapat Anda lakukan di sini harus membayar dividen yang besar.
Dalam domain praktis dari contoh truk pickup kami, mengenakan cangkang kemping yang ringan dan ramping (tepi membulat) harus menjadi pilihan pertama Anda. Bentuk station wagon sebenarnya memiliki angka Cd yang lebih baik daripada bentuk sedan fastback (meskipun perbedaan berat meniadakan keuntungan). Sebuah truk pickup dengan cangkang kemping ramping sangat dekat dengan bentuk station wagon. Pilihan selanjutnya adalah meletakkan penutup di atas kotak pickup. Jika hal ini tidak memungkinkan, biarkan bak truk di bawah dan gunakan jaring kargo atau kawat kasa, atau cukup lepaskan bak truk jika hal ini tidak menimbulkan masalah fungsional.
Tabel 5.6 Gaya Seret Aerodinamis Fd pada Kecepatan Kendaraan Berbeda untuk Kendaraan Khas nilai Cd dan A V
Kendaraan Cd A V= 5mph V=10mph V=20mph V=30mph V=45 mph V=60 mph V=75 mph
Mobil kecil 0.3 18 0.35 1.38 5.52 12.43 27.97 49.72 77.69
Mobil yang
lebih besar 0.32 22 0.45 1.80 7.20 16.20 36.46 64.82 101.28
mobil van 0.34 26 0.57 2.26 9.04 20.35 45.78 81.39 127.17
Pickup kecil 0.45 24 0.69 2.76 11.05 24.86 55.93 99.44 155.37
Roadster 0.6 18 0.69 2.76 11.05 24.86 55.93 99.44 155.37
5.5.7 Bentuk Setir yang baik dan Aliran Udara Di bawah Bodi
Selanjutnya kita perhatikan roda dan area sumur roda. Tabel 5.4 menunjukkan bahwa area sumur ban dan roda dengan sendirinya menyumbang sekitar 21o dari Cd, sehingga perubahan perampingan kecil di sini dapat memiliki manfaat besar.
Menggunakan penutup roda yang halus, ban yang lebih tipis, penutup roda belakang yang baik, tidak ada penutup lumpur, atau bahkan menurunkan ketinggian kendaraan, semuanya dianggap sebagai langkah langsung yang
bermanfaat. Setiap sedikit membantu; apa pun yang dapat Anda lakukan untuk mengurangi hambatan atau turbulensi adalah baik.
Area jelas berikutnya adalah di bawah kendaraan. Tabel 5.4 menunjukkan ini menyumbang sekitar 14o dari Cd Anda. Desainer mobil secara tradisional mengabaikan area ini karena publik tidak melihatnya. Tapi udara yang mengalir deras melakukannya. Jadi desainer Motor Listrik Impact General Motors yang dibangun dari awal tidak mengabaikan area ini.
Solusi langsungnya sederhana: tutup bagian bawah kompartemen mesin. Tidak ada lagi komponen mesin pembakaran internal yang besar di kompartemen mesin, jadi tutupi seluruh area terbuka dengan lembaran bahan yang ringan. Anda mungkin masih memiliki transmisi dan pasti memiliki kemudi/suspense komponen yang harus ditangani, jadi mungkin diperlukan beberapa lembar material. Bahan apa pun yang Anda gunakan, Anda tidak ingin bahan yang terlalu tipis untuk bodi ketika udara yang deras menerpanya, jadi pilihlah ketebalan yang menghilangkan kemungkinan ini dan kencangkan lembaran (atau lembaran) dengan aman ke sasis.
Buat area dari belakang bagian bawah hidung kendaraan Anda hingga di bawah area firewall (atau tepat di luarnya) sehalus mungkin, dengan menggunakan bahan yang seringan mungkin. Jika Anda bisa pergi jauh ke belakang kendaraan Anda, itu lebih baik. Bagian bawah yang sepenuhnya ramping mengurangi hambatan dan turbulensi, dan hanya dapat membantu Anda.
5.5.8 Bentuk Aliran Udara Depan
Seperti yang Anda lihat di Tabel 5.4, gabungan bodi depan dan kompartemen mesin terdiri dari sekitar 18o dari Cd Anda. Meskipun Anda tidak dapat membuat perubahan signifikan pada nilai Cd dan A yang Anda warisi saat membeli sasis konversi, Anda dapat mengganti atau menutupi kisi-kisi masuk udara depan yang bersudut tajam dan menghalangi aliran udara ke kompartemen mesin. Sebuah mobil listrik tidak memerlukan asupan udara besar yang diperlukan dalam kendaraan pembakaran internal untuk mengalirkan udara pendingin ke radiator dan kompartemen mesin. Saluran berdiameter 3 inci yang mengarahkan udara ke motor listrik Anda sangat memadai. Jadi, apa pun yang dapat Anda lakukan untuk membulatkan atau merampingkan area hidung kendaraan Anda (bentuk Ford Taurus atau Thunderbird yang mulus dari tahun 1990-an sebagai lawan dari bentuk kisi-kisi yang bersinar dan tajam pada tahun 1980-an dan sebelumnya) adalah permainan yang adil. Apa yang Anda inginkan adalah efek ramping maksimum dengan berat minimum, jadi gunakan plastik kit mobil modern dan bahan dan teknik komposit hidung pengisi bodi otomatis, jika Anda mau.
Udara yang masuk ke kompartemen mesin konversi mobil listrik Anda yang sekarang agak kosong memiliki efek negatif menciptakan turbulensi di bawah kap, sehingga menghalangi aliran udara yang masuk dengan selembar bahan ringan (seperti aluminium) yang ditempatkan di belakang panggangan bekerja dengan sangat baik. Bahan apa pun yang Anda pilih, pastikan bahannya cukup berat dan diikat dengan cukup kuat agar tidak tertekuk, kusut, atau bergetar saat terkena udara. Ingatlah untuk meninggalkan lubang kecil untuk saluran udara pendingin motor listrik Anda.