Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

Technische Informationen zum Model S...

Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von ChrisHN » 9. Mai 2016, 02:09

Hallo liebe Tesla Freunde!



Wir alle wollen viel Reichweite haben, und kürzere Ladezeiten am Supercharger wären auch kein Fehler (bei gleicher Fahrweise und Distanz jedes Mal paar Minuten früher fertig mit Laden als bisher).

Um bei gleichem Akku ein bestehendes Model S weiter fahren zu lassen als bisher, muss der Widerstand und damit der Energieverbrauch gesenkt werden. 19" Reifen statt 21" bieten ~3% mehr Reichweite laut Tesla, hab das aber noch nicht selbst prüfen können. Reifen betreffen jedoch nur den Rollwiderstand, nicht den Luftwiderstand (außer sie wären deutlich breiter).

Der Luftwiderstand lässt sich errechnen aus
Fw = 1/2 * Rho * cw * A * v²
(Rho = Dichte der Luft, nicht durch den Fahrer veränderbar, A schon minimiert wenn die Luftferderung auf "low" eingestellt ist, Außenspiegel müssen leider bleiben....)

Die Autobahnreichweite hängt jedoch in erster Linie vom Luftwiderstand ab (cw*A), denn bereits ab 50-60km/h ist der Luftwiderstand die stärkste Widerstandskraft, die unsere E-Motoren überwinden müssen. Und er steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit! (ist proportional zu v²)

Das Model S ist eine sehr gelungene Konstruktion, aerodynamisch durch-designed und weitgehend ausgereizt, was mit normalen Mitteln möglich ist. (Strömungsgünstige Karosserieform, Luftfahrwerk mit aktiver Tieferlegung, super glatte Unterbodenverkleidung, Heck Diffusor, einfahrende Türgriffe, sehr kleine Kühlluftöffnungen vorne und aktive Klappen zur Steuerung der zusätzlichen Kühlschächte an den Seiten). Das Ergebnis dieser Maßnahmen wird belohnt mit dem sehr guten Wert von cw 0,240.

Um noch weitergehende Verbesserungen zu erzielen, gibt es beim Model S im Prinzip nur noch zwei Möglichkeiten: Die Außenspiegel und die Felgen / Räder.

Da Außenspiegel noch immer gesetzlich vorgeschrieben sind, werden die erst mal bleiben. (Hoffe brauchbare Kameras / gute kleine 3D-Monitore lassen nicht zu lange auf sich warten, aber nachrüsten lassen werden die sich sehr sicher nicht...)

Somit bleiben nurnoch die Felgen übrig, da dort starke Luftwirbel entstehen, die Widerstand produzieren.

Die (vor-Facelift) 19" Standardfelge sieht ja bekanntlich so aus:

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Sie hat jeweils 10 Speichen, bei 4 Rädern macht das 40 (vierzig!) rechteckige Balken, die durch die Luft Schaufeln und jede Menge Wirbel und Widerstand erzeugen. Hinzu kommt, dass die oben umlaufenden Speichen die doppelte Vorwärtsgeschwindigkeit besitzen, fahren wir also mit 200km/h vorwärts, schaufeln die Speichen oben mit 400km/h gegen den Wind!!! (Tesla konstruierte die Cyclone Felge, die bei 65mph (105km/h) bis zu 2% mehr Reichweite bieten soll, doch der Bringer sind die ebenfalls nicht; zumal die Cyclone Felgen 2800,- Aufpreis kosten und die Speichen auf der rechten Seite andersrum rotieren als die linken...).

Das dies besser geht ist leicht ersichtlich.

Wie groß dieses Potenzial ist habe ich recherchiert. (Quelle: Hucho - die Aerodynamik des Automobils; sehr geiles Fachbuch und für technisch bis ins Detail interessierte mit Ingenieurwissen sehr zu empfehlen). Untersuchungen im Windkanal haben gezeigt, dass der geringste Widerstand mit einer vollständigen Abdeckung des Felgensterns erzielt werden kann. Dies entweder komplett flach, oder besser mit einem leichten Radius, damit die Strömung besser anliegen bleibt. Die Tests im Windkanal ergaben, das bei identischem Fahrzeug mit komplett flach abgedeckten Felgen, der cw Wert um ganze 18 Punkte gesenkt werden kann! D.h. beim Model S sprechen wir von einer Verbesserung von cw 0,240 auf cw 0,222 !!!

Dies würde bedeuten, das bei ansonsten identischen Parametern der Luftwiderstand des Model S um satte 7,5% sinkt!

Es gab ja in der Anfangszeit des Model S einen Versuch von Tesla, mit aero-Felgen eine Verringerung des Luftwiderstandes zu realisieren. Ich weiß nicht mehr wo ich dieses Bild her habe, und wer das getestet hat, aber da wurde gesagt die Tesla Aero-Felge bringt ca. 3% mehr Reichweite bei 65mph (105km/h).

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Die Optik von Teslas Aero-Felgen war nicht Jedermanns Sache ("Augenkrebs"), und wenn man sie einmal gewählt hatte, waren sie immer da. Es sei denn man kauft (und lagert) sich einen zusätzlichen (oder zwei für Sommer+Winter!?) Satz Räder mit Felgen+Reifen zum wechseln, doch auch dieser Aufwand ist vergleichsweise groß.

Aus rein aerodynamischer Sicht ist die Aero-Felge (frühe Version) den beiden anderen hier deutlich überlegen.
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Die Produktion der Tesla Aero-Felgen wurde jedoch mangels Nachfrage rasch eingestellt, aber auch deren Aerodynamik war nicht ausgereizt. Die Konstruktion bietet der Luft Angriffsfläche in Form von Kanten des Außendeckels ("Speichen-Attrappen"?), und einen breiten Spaltring im Randbereich, wo die größten Umfangsgeschwindigkeiten anliegen.

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Ich habe versucht, gebrauchte Aero-Felgen zu bekommen, aber während meiner Suche kam mir eine bessere Idee: Ich wollte meine eigene Lösung konstruieren, und damit bessere Ergebnisse erhalten als die bis dahin beste Lösung mit den Tesla Aero Felgen. Ich wollte meine normalen 19" Standard Felgen (und Reifen) behalten und mich jederzeit entschließen können, wieder meine optisch schönen Standard Felgen zu sehen, ohne dafür Reifen und Felgen kaufen, wechseln und lagern zu müssen. Es sollte also eine Abnehmbare Lösung auf der Felge werden.

Unsere Tesla Freunde aus dem US Forum hatten mal einen Versuch mit Kabelbindern gestartet, und Pizza-Pfannen auf die Felgen gebunden.
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(Ein weiterer MS Owner aus USA hat Löcher in seine Felgen gebohrt und Gewinde hineingeschnitten, doch von so etwas würde ich auf jeden Fall die Finger lassen...)

Diese Pizza-Pfannen Konstruktion funktioniert vielleicht bei geringen Geschwindigkeiten auf US Highways, aber selbst da wär ich mir nicht sicher das sowas auch nach 10000km noch stabil hält, da die Kabelbinder altern, auch durch Vibrationen könnte klappern oder Scheuern auftreten und Geräusche erzeugen oder die Felgen darunter zerkratzen. Zudem ist das ganze nicht sauber ausgewuchtet, sodass man u.U. Gefahr läuft, dass einem das bei vmax Geschwindigeit um die Ohren fliegt (die Ammis dürfen ja nur 65 bzw. max. 75mph). Ich wollte jedoch keinerlei Einschränkungen haben, sondern weiterhin Höchstgeschwindigkeit fahren können wann immer ich will, denn je schneller ich fahre, desto mehr kommt dieser aerodynamische Vorteil ja zum tragen!

Es musste etwas Besseres her.

Zunächst habe ich es mit Werberadkappen versucht, doch die erwiesen sich konstruktiv ungeeignet. Sehr interessant ist jedoch der Befestigungsmechanismus: Es werden spezielle Krallen auf die Radschrauben geklemmt, die sich spurlos befestigen und wieder abnehmen lassen - und die halten erstaunlich gut! Die Werberadkappen (Alu-Teller mit Kugelgelagertem Teller) wogen inkl. darunter liegendem Adapter etwa 2kg pro Rad, und waren darauf ausgelegt sich NICHT mitzudrehen. Daher waren auch die vier Bohrungen mangelhaft zentriert / nicht richtig gewuchtet. Der Kugelgelagerte Drehteller ließ nur 3 Krallen zu, was auch mindestvoraussetzung für die Werberadkappen ist.

Die Befestigung mit diesen Krallen ist TÜV-geprüft, und das Gutachten liegt mir vor. Dort wurde bis 300km/h getestet und keine Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit attestiert. Als ich dem TÜV Süd vorstellig wurde, um mein Vorhaben vorzustellen, bekam ich die Antwort dass ich sofern ich den Befestigungsmechanismus nicht verändere einfach das Gutachten vorzeigen soll wenn jemand etwas von mir will. Sehr geil! Ich entschied mich daher aufgrund dieser Summe an Vorteilen für diesen Befestigungsmechanismus. Der Werkstoff für die aero-Abdeckungen sollte CFK bzw. GFK Verbundwerkstoff sein, denn 2kg an jedem Rad dran hängen zu haben wollte ich nicht.

Das Gewicht konnte auf nur 550 Gramm gesenkt werden, somit wiegen die CFK Radkappen nur ca. 25% dessen was der TÜV geprüfte Befestigungsmechanismus mit 3 Krallen sicher tragen kann. Ich befestige die Kappen grundsätzlich mit 5 Krallen.
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Ein 19" Standard Rad (mit Reifen) wiegt übrigens ca. 26kg.
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Aussehen tut das ganze dann so:
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Mir persönlich gefallen die schwarzen Radschrauben viel besser (habe die Schraubenköpfe schwarz lackiert), ist aber Geschmackssache.


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Je nach Lichtverhältnissen kommt es mal dunkler, mal leicht schimmernd raus.

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Es steckt einiges an Arbeit in dem Projekt, aber das war es mir wert. Alle mir bekannten Nachteile anderer Lösungen hat meine Lösung nicht. Die Güte der aerodynamischen Verbesserung übersteigt die Tesla Aero Felge deutlich. Tests mit meinem eigenen Fahrzeug (mein MS mit vs. mein MS ohne) ergaben je nach Geschwindigkeit Verbesserungen in der Energieeffizienz von 3 bis zu 10 Prozent! . Da ich mit meinem eigenen Model S P85D dieselbe Strecke mehrfach hintereinander abfahren musste, und daher nicht sicher garantiert werden kann, dass die Bedingungen jedes Mal exakt gleich waren, möchte ich Vergleichstests mit einem anderen Model S P85D (auf 19" Standard Felgen!) durchführen. Dafür suche ich einen P85D Owner aus dem Großraum Frankfurt / Mannheim / Heilbronn. (siehe ganz oben, bitte gerne per PN melden!)

Mit meinem Kumpel (S85D 21") habe ich bereits Vergleichstests unter ansonsten absolut identischen Bedingungen gefahren, und gesehen, dass die Reifen + Radkappen dazu führen, dass ein P85D trotz schlechterem Wirkungsgrad des Antriebs alleine dadurch 3,2%-5,6% Effizienter wird als der ansonsten bei allen Geschwindigkeit führende Reichweitenkönig 85D.

Stand heute habe ich mit den CFK Radkappen ca. 2.000 km gefahren, dabei einige Male Höchstgeschwindigkeit (mein MS fährt momentan "nur" 230km/h) erreicht und hatte keinerlei Vibrationen, sondern sogar als angenehmen Nebeneffekt ein subjektiv leiseres Innenraumgeräusch durch weniger Luftwirbel an den Rädern. Und das echte Carbon finde ich total geil - das macht einfach was her. Es handelt sich nicht um Augenwischerei mit Sicht-Carbon auf billigem Plastik, sondern es handelt sich um echtes CFK Gewebe das in Funktion steht. Ich finde das ganze macht einen sehr wertigen Eindruck, vor allem bei meinem schwarzen Model S. Bin schon von einem MS owner angesprochen worden ob er auch welche haben kann.

Die Teller sind so konstruiert, dass sie ganz leicht hohl liegen, d.h. sie berühren die Alu-Speichen der Felge nicht. Am Rand sind sie mit einem Schaumstoffstreifen versehen, der Vibrationen eliminiert und leichte Verwindungen der Felge bei maximaler Querbeschleunigung ausgleicht. Die CFK Radkappen wiegen deutlich weniger als die Hälfte der Alu-Teller, die vom TÜV geprüft wurden. Statt mit mindestens drei Krallen befestige ich die Teller grundsätzlich mit fünf (auf allen Radschrauben). Die CFK Radkappen lassen sich somit absolut stabil befestigen, komplett spurlos montieren und auch wieder abnehmen. Man braucht dazu einen guten Drehmomentschlüssel für kleine Drehmomente (Fahrradzubehör), die Krallen wie auch die Befestigungsschrauben für die Teller müssen mit jeweils 7 bis 8 Nm angezogen werden. Es ist empfehlenswert nach ein paar km nochmal nachzuziehen.

P.S.:Vibrationen gab es auf 2.000km zu keinem Zeitpunkt. Kratzer an den Felgen habe ich nirgends entdeckt, als ich sie einmal für Vergleichstests mit meinem MS (mit vs ohne) abgenommen habe.
Mögliche Probleme mit der Bremsenkühlung sind bei regenerative Braking auf "standard" ziemlich ausgeschlossen, selbst bei schneller Autobahnfahrt, dazu rekuperieren die Dual-Motoren viel zu gut.....es sei denn man versucht gezielt alles dafür zu tun Energie mechanisch zu vernichten um Temperatur in die Bremsen zu bekommen, aber selbst bei so einer gezielt "dumm forcierten" Fahrweise lässt die Antriebsleistung des MS rasch nach. Auch Supercharging ist kein Problem, da die warme Luft von vorne auf den Reifen gepustet wird, und zwischen Reifen und Radkasten entweicht, statt durch die Felge zu strömen. Hab jedenfalls keinerlei Unterschiede in den Ladezeiten bemerkt (würde irgendwas überhitzen würde das MS die Ladeleistung zurücknehmen).

P.P.S.: Detailiertere Messwerte folgen wenn ich die Vergleichstests abschließen kann (brauche einen P85D 19" Testfahrer ;) )
Es geht zunächst darum zu zeigen was ich gemacht habe, zu hören wie es euch gefällt, und eventuell um die Frage, ob es mehr crazy Freaks wie mich gibt, die sowas geil finden und gerne haben wollen :)
Wenn es nur ein zwei Leute interessiert macht es wenig Sinn, sowas aufzuziehen, aber wenn einige Leute das sehen und geil finden und haben wollen könnte man über eine Fertigung nachdenken...
Zum Preis: sicherlich billiger als die 3300,- EUR die Tesla aufpreis für den 90er Akku wollte, und die 6% mehr Reichweite die der 90er Akku über den 85er bietet sind realistisch zu erreichen, wahrscheinlich sogar zu übertreffen. Und nicht unwichtig: sie lassen sich auf jedes beliebige MS mit 19" standard Felgen als retrofit nachrüsten (hab noch keine anderen 19" Felgen probiert, könnte aber genausogut passen), während das Upgrade eines bestehenden MS mit 85kWh auf die 90er Batterie 27.000 € kostet (ich glaub Tesla will garnicht dass jemand das macht).


Edit: was mir auch aufgefallen ist, ist dass das MS bei Hochgeschwindigkeitsfahrten auf freier Autobahn jetzt nicht mehr ganz so schnell abregelt ("gelbe Linien") wie ohne, denn um dieselbe Geschwindigkeit zu halten brauche ich jetzt weniger Energie, d.h. die begrenzte Dauerleistung des Tesla Antriebsstranges wird weniger stark beansprucht. Macht also doch auch für High-Speed Fahrer Sinn, nicht nur für 120km/h Tempomat Fahrer ;)
Im Antriebsstrang (Batterie, Drive Units, Inverter....) sinken folglich die Temperaturen durch die Radkappen, statt zu steigen (wo so viele die Bremsentemperaturen für ein Problem halten...)
Bei der Evolution ging es schon immer darum, mit weniger Energie mehr zu erreichen. Effizienz ist King! :)






UPDATE1:


Freut mich sehr dass sie euch gefallen! :)

Teilweise wurden Fragen ja schon von euch beantwortet ;)

Zum Thema Bremsen: Innerorts und auf der StVO konform gefahrenen Landstraße ist die thermische Konstellation völlig unproblematisch. Wenn ich Autobahn fahre, benutze ich die mechanische Bremse meistens entweder garnicht, oder dann wenn ein Muckel ohne Blinker kurz vor mir rauszieht. Für alles andere ist die Reku vollkommen ausreichend, und auch der verbleibende Luftwiderstand bremst noch mit ab. Zur Extremsituation Vollbremsung aus 250km/h: genau dafür ist die Bremse dimensioniert, allerdings genau ein mal. In dieser extrem kurzen Zeit (sowas dauert ca. 7s) kann die Luft nicht viel ausrichten, egal ob mit oder ohne Radkappen. Selbstverständlich wäre für diese Extremstsituation die Abkühlzeit länger als ohne Radkappen. Dennoch steht das Model S ohne Schaden, ich würde jedoch nach Vollbremsung 250 auf 0 dann mit knallheißen Bremsscheiben ja nicht auf Park schalten und aussteigen sondern langsam weiterfahren....
Mehrfach hintereinander macht sowas jede Bremse platt, mit Radkappen natürlich früher als ohne, aber machen würde ich das in keinem Fall, auch ohne nicht. Die Motoren regeln jedoch bald runter so dass das Beschleunigen zäh wird, und keinen Spaß mehr macht...ein Rennwagen für die Nordschleife ist das Model S nicht, sondern eine sportliche Reiselimousine. Für diesen Zweck sind die Dinger ja konstruiert, nicht für die Rennstrecke....wer damit ZUR Rennstrecke fährt kann sie am Track ja vorher abnehmen und nach den schnellen Runden wieder dran machen ;)

Bei einer Pass / Gebirgsabfahrt ist es sehr wichtig NICHT am Gipfel oben auf 100% zu laden, oder bei niedrigerem SoC die Reku auf low zu stellen und dann immer wieder aufs neue mit Volllast auf jede Spitzkehre zuzurasen. So ein Fahrverhalten würde selbstverständlich zur Überhitzung führen. Habe ich aber am Gipfel (je nach Höhe, ich muss ja vorher irgendwie hoch gekommen sein!?) nur 80% oder weniger in der Batterie, sehe ich die Sache sehr entspannt. Da die Reku nicht 100% Wirkungsgrad bietet kann ich also sofern ich mit Akku ohne Nachladen den Berg hochfahre nicht in die Situation kommen dass ich so viel Energie Rekuperiere das mir die 100% SoC Grenze im Weg steht. Die Reku sollte ausreichen um die meiste Energie zu absorbieren, kurze Bremsungen unterhalb von 40km/h machen den Kohl nicht fett... Auf Neutral Schalten und mit Dauerbremsen runter rollen sollte man natürlich nicht.
Kurz: man sollte sich mit den Tuning Teilen beim Fahren intelligent und vorausschauend verhalten (und Reku muss auf Standard sein, nicht auf low...)

Die Abdeckung der Schraubenköpfe hatte ich auch überlegt, allerdings hab ich keine passenden Dinger gefunden und dann wärs mir auch zu doof die jedes mal rauszupulen und wieder reinzustöpseln, soll ja leicht abnehmbar und wieder zu befestigen sein. Anfangs hatte ich überlegt die Schrauben abzukleben mit kleinen runden schwarzen Klebeetiketten, doch auch das hab ich verworfen, da sie nicht wasserfest waren. Also machte ich die Schraubenköpfe bündig und lackierte sie schwarz. Je weniger Teile man braucht, desto besser. KISS. (keep it simple and stupid).
Ist auch wichtig dass die Schraubenköpfe Konus-Verbindungen haben, denn das gewährleistet die beste Kraftübertragung auf den Teller. Hier genau kommen auch die größten Belastungen zustande, in den Verschraubungen, deshalb sind die speziell verstärkt. Allerdings sind die Teller auch relativ leicht (5 Konus Schrauben für 800 Gramm).

Die Randbereiche auf den Bildern sind deswegen so, da die Sommerreifen weniger weit nach innen reichen als die Winterreifen. Es ist nicht möglich über den Rand der Alufelge nach außen zu gehen, ohne zu riskieren dass beim Wechsel des Reifentyps etwas stören könnte (z.B. Felgenschutzleiste ect.). Mit meinen Sottozero Winterreifen berührt der Gummi fast den Teller. Der Reifen braucht ja auch ein bischen platz zum walken in schnell gefahrenen Kurven.

Die CFK Radkappen sind in einer CNC gefrästen Form von Hand laminiert, also nicht aus dem Vollen herausgeschnitten. Sie haben ja auch einen leichten Radius (stabiler als 100% flach, und dazu strömungsgünstiger da die Strömung der leichten Kurvatur besser folgt und somit besser laminar anliegt. Bei größeren Stückzahlen würde es sich anbieten eine Pressform zu fertigen, da ich einen Prototyp fahre wurde das aber noch nicht gemacht.
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Thema Lackieren: prinzipiell ist es möglich, die Radkappen beliebig (z.B. in Wagenfarbe) zu lackieren, jedoch braucht man dann die Teller nur einmal kurz falschrum auf den Asphalt legen oder dabei zu sich her zu ziehen und hat schnell ein paar hässliche Macken drin. Das CFK Laminat dagegen lässt sich sehr leicht etwas abschleifen und polieren und sieht dann wieder wie neu aus. (Natürlich ist das Lackieren auch ein zusätzlicher Aufwand, und die Ergebnisse so hinzukriegen wie z.B. ein roter Tesla Mehrschichtlack...?)

@Teekay: Ich fahre sehr gerne 200km/h :) 10 mal hintereinander voll zu bremsen halte ich auch für ziemlich bescheuert....
Sicherlich ist die Reichweite bei 200km/h mit den Kappen kleiner, als mit 100km/h ohne, aber es geht ja darum die Kennlinie zu verschieben:
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Quelle: J.B. Straubel Efficiency and Range Blog 12/2014. Die Kennlinie der Heckmotor 85er habe ich zur besseren Unterscheidbarkeit der Dual Motor Varianten entfernt. Der 85D sollte bei allen Geschwindigkeiten immer besser sein als der P85D. (leichter, effizientere hintere DU).
Die Tests im direkten Vergleich mit einem 85D von meinem Kumpel haben gezeigt, dass mein P85D mit Tuning immer besser ist als der 85D mit 21" Felgen. Selbst wenn ich von der Differenz 3% abziehe, bleibt der P85D mit den Kappen besser als der 85D ohne. Leider hat er nur für den Winter 19" Felgen, dürfte noch ne weile dauern bis wir unsere Winterreifen dagegen testen können :P







UPDATE2:
Hallo liebe Tesla Freunde!

Habe am Pfingstmontag mit den tapferen Mitstreitern AliQuelle und Flo (also insgesamt drei Model S) einen simultanen Vergleichstest unter absolut identischen Bedingungen durchgeführt. An dieser Stelle nochmals Herzlichen Dank an euch beide!!


Das Testszenario:

2x P85D mit nahezu identischer Ausstattung, 19" Standard Felgen, identische Sommerreifen (Michelin Pilot Sport 3 245/45 R19 102Y). Jedoch (m)einer mit den Carbon Radkappen, der andere "nackt".
1x 85D mit 21" Turbine Felgen.

Setup bei allen: Klimaautomatik AUS, Luftfederung auf low (ab 85km/h), Sport Modus, Range mode AN, Tempomat und ggf. Autopilot. Höhenunterschiede können vernachlässigt werden, denn auf dieser "Teststrecke" liegt der gesamte Höhenunterschied über eine Distanz von 60km bei lediglich 12 Metern.

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Das Wetter am Pfingstmontag war recht kühl, durchwachsen und regnerisch, daher war die Autobahn nass, es hat abschnittsweise geregnet und die Scheibenwischer mussten arbeiten, das Licht war an ect......trotzdem waren die Bedingungen für alle Model S gleich.

Wir trafen uns am SuC Hirschberg, jeder hat auf 90% geladen und dann gings früh morgens auf die relativ leere Autobahn.

Wir sind im Pulk zu dritt hintereinander gefahren. Abstand zwischen den Fahrzeugen ca. 100m, sodass kein Windschatten entsteht, mein P85D mit den Radkappen führte den Pulk an, in der Mitte Alis P85D mit 19" Standard Felgen, und hinten Flo im 85D auf 21" Turbine. Während der gesamten Fahrt hatten wir permanente Funkverbindung.

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Es wurde zunächst die Geschwindigkeit im Tempomat eingestellt, der Autopilot aktiviert und dann immer an einem bestimmten Referenzpunkt (direkt unter der Autobahnbrücke, an einem blauen Autobahnschild ect...) der "current trip" auf null gesetzt, und dann nach einer Distanz von ca. 9 bis 12 Kilometern an einem weiteren markanten Referenzpunkt der Energieverbrauch abgelesen, worauf ich die über Funk durchgegebenen Messwerte sofort in meine Tabelle eingetragen habe.

Dieses Messverfahren haben wir mit jeder gewünschten Geschwindigkeit wiederholt, bis wir eine Umfassende Messreihe "erfahren" hatten. Der Tempomat und Autopilot geht beim MS leider nur bis 150 km/h, wir wollten aber gerne auch Geschwindigkeiten oberhalb von 150 km/h messen. Neben einer gelungenen Messung mit 160 km/h haben wir zwei Hochgeschwindigkeitsmessungen durchgeführt, eine bei 180, eine bei 200km/h - jedoch wiesen diese gegenüber den anderen Messungen große unplausible Abweichungen auf. Ein Grund könnte sein, dass der Current Trip bei diesen beiden Messungen schon vor dem Beschleunigen auf die hohe Geschwindigkeit zurückgesetzt wurde, da es einfach zu gefährlich ist bei 200km/h den Blick zu senken und am Touchscreen rumzufummeln. Dagegen wurde bei allen anderen Messungen zuerst die Geschwindigkeit eingestellt, und dann der Trip zurückgesetzt, d.h. die Geschwindigkeit war über den gesamten Messbereich bis zum Ablesen konstant. Allerdings gab es auch bei den absoluten Konstantfahrten zwei Ausreißer, die ich mir nicht erklären kann. (Bei Geschwindigkeit 125km/h und bei der zweiten 120km/h Messung). Dennoch ist die Datenbasis absolut aussagekräftig. Nach Ende der Messungen haben wir, zurück am SuC, die Radkappen am P85D entfernt und sind dann nochmal drei Vergleichsmessungen gefahren, und erstaunlicherweise hatten Ali und ich absolut exakt dieselben Werte!! Damit war klar dass unsere beiden P85D abgesehen von den Radkappen eine identische Effizienz aufweisen.

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Die Ergebnisse sämtlicher Messreihen seht ihr in der folgenden Tabelle:

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Im Ergebnis ergibt sich in Etwa diese Kennlinie:
(Das 85er Heckmotor Modell habe ich zur besseren Unterscheidbarkeit rausgenommen. Die Kennlinie ist lediglich ein Näherungswert und erhebt keinen Anspruch auf 100%ige Exaktheit, wer ein gutes Grafikprogramm hat und sich verkünsteln will um mir anhand der Datentabelle oben eine bessere Version zuzuschicken - immer her damit ;) )
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Fazit:
- Die CFK Radkappen machen den P85D im Mittel gute 5-6% effizienter als einen "gewöhnlichen" P85D. Während der CFK bewehrte Tesla am SuC nur 53kWh brauchte, musste der "nackte" P85D 56kWh nachladen. Bei trockener Fahrbahn müsste die Verbesserung sogar noch etwas größer sein, da der Anteiil des Rollwiderstandes am Gesamtwiderstand bei nasser Fahrbahn höher ist als bei trockener.
- Die Reichweite des Model S bei 65mph steigt mit CFK Radkappen um 15 miles von 265 miles auf 280 miles bzw. um 25km von ca. 426 auf 451km.
- Der P85D mit den Radkappen ist sogar noch effizienter als ein 85D mit 21" Rädern.
- Die Effizienzsteigerung durch die Radkappen ist auch bei einem bestehenden Model S nachrüstbar, ohne am Fahrzeug selbst Veränderungen vorzunehmen, oder ein sünd-teures Akku Upgrade (27.000,- EUR).
- Für 6% mehr Reichweite bei Bestellung eines neuen Model S will Tesla 3300,- EUR mehr sehen. Die Radkappen werden günstiger zu haben sein und lassen sich bei jedem 19" Standard bereiften MS montieren.
- Gerade z.B. ein 70D oder 75D könnte damit einem gewöhnlichen 85er gefährlich nahe kommen.
- Wer sein Model S mit diesen Tuning teilen ausstattet, kann etwa konstant 5km/h schneller fahren, und gleichlang laden, oder gleichschnell fahren, und nach einem kürzeren Ladestop früher wieder weiterfahren.
- Eine Sachkundige Montage (guter Drehmomentschlüssel, 7-8Nm!!!) ist zwingend erforderlich.
- Ich strebe einen Verkaufspreis für ein komplettes Set incl. Befestigungsteile von 1999,- EUR (zzgl. MwSt) an. Vorbestellungen sind ab sofort per PN möglich.
- Eine Folierung bei einem qualitativ erstklassigen Folierer ist möglich, das exakte Treffen der Wagenfarbe dürfte aber speziell bei z.B. Rot-Mehrschichtlack schwierig sein. Der Preis dafür beträgt 299,- EUR (zzgl. MwSt), kann jedoch auch jederzeit später bei einem Folierer in der Nähe des MS Owners erfolgen.




Anhang: Bilder der Bordcomputer Daten

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Update3: Bin zurück von meinem Pfingsturlaub!

Bin mit meiner Freundin von Heilbronn aus nach Wittenberg, Berlin, auf die Insel Rügen, rüber nach Hamburg, Amsterdam, Tilburg und weitere Locations wieder zurück gereist.
Insgesamt waren es ca. 2800km.
Auf der Insel Rügen gab es sehr viel übelstes Kopfsteinpflaster, was große Beanspruchung der Befestigungen mit sich bringt.
Insider-Tip: die Autobahn von SC Berlin oben über die zwei SC bis hoch nach Rügen ist die geilste die ich je gesehen habe! War so gut wie kein Verkehr, und top ausgebaute AB mit sagenhaftem Asphalt, unbegrenzt....bin sehr viel 200-230 km/h gefahren einfach weils Spaß macht :mrgreen:

Probleme mit den Kappen während der gesamten Reise: keine.

Sowohl das Kopfsteinpflaster als auch die Hochgeschwindigkeitsorgien konnten der Befestigung nichts anhaben.

Hier nochmals etwas anschaulicher was das Tuning in der Praxis bringt:

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Annahmen:
max. Kapaziät: 75,9kWh
Ladehub: 0,9
genutzte Kap: 68,3kWh
(Laden bis 90%)


Update 4:

Bin letzte Woche mit zwei Freunden die Referenz Teststrecke gefahren. Zu dritt im Pulk, Geschwindigkeit 110km/h bis 100km/h.

Vorne meine Wenigkeit P85D Ludicrous Michelin Pilot Sport 3 auf 19" Standard Felgen (mit CFK Radkappen),

in der Mitte Venomtoxic P85D Ludicrous mit 21" (staggered)

und hinten Martimo 90D Facelift (angeblich besser als vor-Facelift), Michelin Pilot Primacy 3 (die effizientesten laut J.B. Straubel) auf 19" Slipstream Felgen (besser als die seitherigen Standard 19" Felgen).

Abstände in etwa so wie beim ersten Vergleichstest mit Aliquelle und Flo. Klima und SHZ waren komplett aus, Range mod an, low.

Ergebnis:

P85D L 19" CFK
165 Wh/km

P85D L 21" Staggered
200 Wh/km

90D Facelift 19" Slipstream
171 Wh/km


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Für mich sind beide Relationen erstaunlich.

Erstens, dass die beiden identischen P85D L nur durch unterschiedliche Räder+Reifen 20% Differenz (!!!) haben,
zweitens, dass der an sich weniger effiziente P85D L auch den 90D Facelift auf den guten Primacy 3 Reifen mit den guten Slipstream Felgen deutlich schlägt. (3,6% Differenz!)

Einziger Relevanter Unterschied: der 90D hatte keine Luftfederung, wenn er welche hätte und die auf low wäre könnte der Unterschied evtl. ein Prozent weniger sein. Wenn jemand in der nähe von Heilbronn ist und nen 90D oder 85D (mit Luftfederung) auf 19" fährt, PN an mich ;)
Zuletzt geändert von ChrisHN am 27. Aug 2016, 09:37, insgesamt 29-mal geändert.
 
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von Andi-E » 9. Mai 2016, 08:01

Tolles Projekt,toller Bericht. Wundert mich, daß man im deutschen Regulierungswahn erlaubt,die Bremsenkühlung so einzuschränken, auch wenn man diese ja bei vernünftiger Elektrifahrweise ja nicht braucht. Freue mich auf deine weiteren Berichte.
S85 Oktober 2014, Tech, Air, Sound, AP1, Aludach :), 22kW Doppellader
M3 LR dual motor
 
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von snooper77 » 9. Mai 2016, 08:04

ChrisHN hat geschrieben:Die Autobahnreichweite hängt jedoch in erster Linie vom Luftwiderstand ab (cw*A), denn bereits ab 50-60km/h ist der Luftwiderstand die stärkste Widerstandskraft, die unsere E-Motoren überwinden müssen.


Das stimmt im Fall des Model S nicht, da es relativ schwer ist und eine relativ gute Aerodynamik hat. Erst oberhalb von 90 km/h überwiegt der Luftwiderstand.


ChrisHN hat geschrieben:Somit bleiben nurnoch die Felgen übrig, da dort starke Luftwirbel entstehen, die Widerstand produzieren.

Schönes Projekt - aber was ist mit der Belüftung der Bremsen? Nicht ohne Grund hatten ja selbst die Aerofelgen kleine Luftschlitze.
85D silber (blau foliert), 19", bestätigt 18.11.2014, VIN seit 16.02.2015, Produktion 02.04., Transport 08.04., Abholung 09.06.
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von CLG » 9. Mai 2016, 08:12

Hallo Chris,

erstmal Glückwunsch zu Deiner technisch offenbar sehr gelungenen Lösung. Als 85D-Fahrer interessiert mich jede Option zur Erhöhung der Reichweite, und Dein Ansatz ist wie gesagt technisch interessant und auch der Carbon-Look ist attraktiv. Dennoch fürchte ich, dass der WAF (Wife Acceptance Factor) bei mir gleich 0 sein wird. Optisch muss da noch was geschehen:

1. Die Verschraubungen sehen noch etwas "handmade" aus. Wäre das bei einer Kleinserie im Finish besser zu lösen? Oder kann man die Schraubenköpfe mit kleinen Kappen verdecken, die das Gesamtbild etwas sauberer erscheinen lassen?

2. Die schiere Flächigkeit ist wahrscheinlich auch nicht jedermanns Geschmack (der meiner Frau leider wohl auch nicht...). Mit persönlich gefällt der Verlauf am Rand nicht, es sieht zu sehr aufgesetzt aus (was es ja auch ist).

Letzten Endes stellt sich doch die Frage, ob vollflächig geschlossene Felgen (oder solche mit weitestgehend innen liegenden kleinen Öffnungen) am rekuperierenden E-Auto genehmigungsfähig sind. Dann würde ich hier mal bei einem örtlichen Alufelgen-Produzenten vorsprechen. Was meint Ihr?

Edith sagt: Auch beim Bahnfahren erstmal das Laden aller Bilder abwarten, bevor man etwas schreibt... ;-)
Zuletzt geändert von CLG am 9. Mai 2016, 09:11, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von Mathie » 9. Mai 2016, 08:40

Tolles Projekt!

Allerdings würde ich die Kühlung der Bremse nochmal genauer betrachten.

Autobahn Richtgeschwindigkeit sind knapp 40 m/s, Vollbremsung bei dieser Geschwindigkeit sind bei 2,3t Masse inkl. Ladung schon 1,84MJ (bei Vmax von etwa 70m/s sogar 5,63MJ) die gewandelt werden müssen.

Bei der kinetischen Energie bringt die Rekuperation nur einen kleinen Bruchteil, der Rest muss als Wärme weg.

Gruß Mathie
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von Beatbuzzer » 9. Mai 2016, 08:53

Mathie hat geschrieben:Autobahn Richtgeschwindigkeit sind knapp 40 m/s, Vollbremsung bei dieser Geschwindigkeit sind bei 2,3t Masse inkl. Ladung schon 1,84MJ (bei Vmax von etwa 70m/s sogar 5,63MJ) die gewandelt werden müssen.

Mal weitergerechnet mit grob spekulierten Werten:
40 kg für vier Bremsscheiben und 500 J / (kg x K) für legierten Stahl kommt man bei 5,63 MJ auf etwa 280 K Temperaturerhöhung. Bei 20°C macht das dann bei einer einmaligen Vollbremsung aus 250 km/h etwa 300°C warme Scheiben. Wobei die Belüftung bei einer einmaligen Vollbremsung eh kaum was ausmacht. DIe Energie wird in wenigen Sekunden umgesetzt und muss erstmal nahezu allein durch die Wärmekapazität aufgenommen werden. Die Abkühlung wird erst in der Zeit danach maßgebend durch Luft beschleunigt.
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von CLG » 9. Mai 2016, 09:40

Können die Scheiben in Wagenfarbe lackiert werden?
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von past_petrol » 9. Mai 2016, 10:01

Mathie hat geschrieben:Tolles Projekt!

Allerdings würde ich die Kühlung der Bremse nochmal genauer betrachten.

Autobahn Richtgeschwindigkeit sind knapp 40 m/s, Vollbremsung bei dieser Geschwindigkeit sind bei 2,3t Masse inkl. Ladung schon 1,84MJ (bei Vmax von etwa 70m/s sogar 5,63MJ) die gewandelt werden müssen.

Bei der kinetischen Energie bringt die Rekuperation nur einen kleinen Bruchteil, der Rest muss als Wärme weg.

Gruß Mathie


Hi !

In der Tat muß man da ein wenig schauen, was man macht. Also - was haben wir denn...

AEROs sind nicht voll geschlossen, also ergibt sich auch bei dieser Felge eine entspr. Kühlwirkung durch die Bauform der Felge - wenngleich eine wahrscheinlich geringe. So wie ich es sehe, sind es innenbelüftete Gußscheiben - nicht gelocht. Sieht für mich nicht nach Stahlscheiben aus - das ist auch gut so. Gußscheiben können mit der Hitze etwas besser umgehen, sind dafür aber etwas schwerer.

N.m.E. und Erfahrung hat der Umbau auf eine Vollbremsung - egal bei welchen Temperaturen keine Auswirkungen. Ich würde mein Augenmerk auf Dauerbelastungen im geringen Geschwindigkeitsbereich legen und da sehe ich Anwendungen in Gebieten mit entspr. Berglandschaft und bei entspr. Wärme schon kurz im Fokus. Die Scheibe selber wird es abkönnen - die ist so krass dimensioniert, da mache ich mir keine Sorgen. Man muss ein wenig auf die Bremssättel und Führung der Bremsleitungen achten. Hier fließt ja die Bremsflüssigkeit nicht, sondern steht. Die Sättel nebst anliegender Leitungen werden bei entspr. Beanspruchung schon sehr heiß. Hier erfolgt die passive Kühlung nicht selten durch die offene Konstruktion der Felgen.
Man kann das aber nicht so pauschal betrachten. Aktive Systeme (z.B. bei Ferrari (la Ferrari)) haben extra intakes an der Aussenhaut oder am Unterboden, die Fahrtluft auf die Scheiben und Sättel per Luftkanal befördern. Beim Tesla habe ich das so nicht gesehen. Es ist auch so, dass es natürlich bei der Auslegung von Bremsanlagen entspr. Sicherheitsaufschläge gibt. Ich kann mir gut vorstellen, dass wir die hier nicht reissen. Aktive Belüftung greift auch erst bei höheren Geschwindigkeiten. Ein Potential für Probleme sehe ich also bei längerer Bergabfahrt im Bereich von 30-80 km/h bei entpr. Einsatz der Bremse, wenig Möglichkeit von Rekuperation und sehr warmen Temperaturen - also min 25 Grad Celsius und darüber. Auf der Rennstrecke sind die Abdeckung keinesfalls zu empfehlen. Also wer einmal über die Nordschleife will, sollte vorher demontieren.

Wen man es genau wissen will, kann man temp. Sensoren am Sattel anbringen und messen oder nach Fahrt berührungslos die Scheibentemperatur messen. Für entsprechende Ergebnisse benötigt man eine Refenrenzstrecke. Ich würde vorn jeweils einmal abgedeckt und offen fahren und dann den Unterscheid messen. Das Delta sollte dann bewertet werden.

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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von raffiniert » 9. Mai 2016, 10:06

kann man ganz einfach "messen": Rechts Abdeckungen montieren, links bleiben lassen, und auf abgesperrter Strecke 10 Vollbremsungen aus 200km/h :)
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Re: Aerodynamik Tuning des Model S - mehr Reichweite

von reniswiss » 9. Mai 2016, 10:33

Sehr geiles Projekt, ich werde das auf jeden Fall verfolgen!

Hast du die Scheiben selber laminiert oder ist das ausgeschnittenes Plattenmaterial?

Ich bin sehr gespannt auf weitere Testergebnisse. Und natürlich auf einen Preis :)
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