Auto-Aerodynamik: Cx, Stirnfläche und Verbrauch verstehen
Der Cx-Wert allein reicht nicht aus, um die aerodynamische Effizienz von Autos zu vergleichen. Erfahren Sie, wie die Stirnfläche den Luftwiderstand und damit Verbrauch und Fahrverhalten beeinflusst.
Das Wichtigste
Die aerodynamische Effizienz eines Autos hängt nicht allein vom Luftwiderstandsbeiwert Cx ab, sondern vom Produkt aus Cx und Stirnfläche. Dieser Faktor bestimmt den Luftwiderstand, der quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt und im WLTP-Zyklus bei Elektroautos 30 bis 40 Prozent des Verbrauchs ausmacht, bei Verbrennern weniger als 10 Prozent.
Luftwiderstand: mehr als eine einzelne Kennzahl
Beim Vergleich von Autos gilt der Luftwiderstandsbeiwert Cx oft als Maß für die aerodynamische Effizienz. Allein sagt er jedoch nicht aus, wie groß der gesamte Luftwiderstand eines Fahrzeugs ist. Er lässt sich mit der Formel R = ½ · d · S · Cx · V² berechnen. Dabei steht d für die Luftdichte, S für die Stirnfläche, Cx für den Luftwiderstandsbeiwert und V² für die Geschwindigkeit im Quadrat.
Entscheidend sind also das Produkt aus Stirnfläche und Cx sowie die Geschwindigkeit. Ein Auto kann einen sehr guten Cx-Wert haben und wegen seiner großen Stirnfläche trotzdem mehr Luftwiderstand bieten als ein kompakteres Fahrzeug mit etwas höherem Cx. Für einen aussagekräftigen Vergleich müssen daher beide Werte gemeinsam betrachtet werden.
Quellen dieses Abschnitts: Aerodinámica en la era de la electromovilidad ↗ · Aerodinámica automotriz: principios básicos ↗
- Formel: R = ½ · d · S · Cx · V².
- Stirnfläche (S) und Cx sind die wichtigsten aerodynamischen Größen, die sich durch die Fahrzeuggestaltung beeinflussen lassen.
- Luftdichte und Geschwindigkeit sind äußere beziehungsweise nutzungsabhängige Faktoren.
Warum der Luftwiderstand mit der Geschwindigkeit steigt
Der Luftwiderstand nimmt quadratisch mit der Geschwindigkeit zu. Bei niedriger Geschwindigkeit fällt er kaum ins Gewicht; mit zunehmendem Tempo steigt sein Einfluss stark an. Verdoppelt sich die Geschwindigkeit, vervierfacht sich der Luftwiderstand.
Im WLTP-Fahrzyklus entfallen bei Elektroautos 30 bis 40 Prozent des Verbrauchs auf den Luftwiderstand, bei Fahrzeugen mit Diesel- oder Benzinmotor weniger als 10 Prozent. Bei Verbrennern fallen andere Verlustquellen stärker ins Gewicht. Elektroautos haben einen effizienteren Antriebsstrang, sodass der Luftwiderstand besonders bei gleichmäßiger Fahrt einen größeren Anteil ausmacht.
Quellen dieses Abschnitts: Aerodinámica en la era de la electromovilidad ↗
- Der Luftwiderstand wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.
- Im WLTP-Zyklus entfallen bei Elektroautos 30 bis 40 Prozent des Verbrauchs darauf.
- Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sind es im WLTP-Zyklus weniger als 10 Prozent.
Welche Konstruktionsmerkmale die Aerodynamik beeinflussen
Bei der Optimierung der Aerodynamik setzen Fahrzeugentwickler vor allem an Cx und Stirnfläche (S) an. Die Stirnfläche hängt unter anderem von Höhe und Breite des Autos ab. Ein hohes, breites Fahrzeug bietet daher tendenziell mehr Luftwiderstand als ein niedrigeres und schmaleres.
Auch Außenspiegel, Räder und Fahrzeugunterboden spielen eine Rolle. Größere Spiegel und breitere Reifen können den Luftwiderstand erhöhen. Ebenso beeinflussen die Karosseriehöhe und die Gestaltung des Unterbodens die Luftströmung und damit die aerodynamische Effizienz.
Quellen dieses Abschnitts: Aerodinámica automotriz: principios básicos ↗ · Aerodinámica y diferencia entre Fx y Cx ↗
- Die Stirnfläche hängt von Fahrzeughöhe und -breite ab.
- Außenspiegel und Räder beeinflussen die Aerodynamik.
- Bodenfreiheit und Unterboden wirken sich auf die Luftströmung aus.
Veröffentlichte Aerodynamikdaten richtig einordnen
Bei den meisten Pkw liegt der Cx-Wert etwa zwischen 0,25 und 0,40; ein niedrigerer Wert steht für einen geringeren Luftwiderstandsbeiwert. Der Cx-Wert ist jedoch nicht mit dem normierten Verbrauch gleichzusetzen. Ein niedriger Cx garantiert keinen geringeren Verbrauch, wenn die Stirnfläche groß ist oder das Fahrzeug schwer ist.
Für den Vergleich der Aerodynamik ist der Luftwiderstandsflächenwert hilfreich: Er ergibt sich aus Cx multipliziert mit der Stirnfläche. Der Porsche Taycan hat beispielsweise einen Cx-Wert von 0,22 und eine Stirnfläche von 2,33 m², was einer Luftwiderstandsfläche von 0,513 m² entspricht. Dieser Wert ermöglicht einen aussagekräftigeren Vergleich von Fahrzeugen unterschiedlicher Größe und Form.
| Fahrzeug | Cx-Wert | Stirnfläche (m²) | Luftwiderstandsfläche (m²) |
|---|---|---|---|
| Porsche Taycan | 0,22 | 2,33 | 0,513 |
| Generischer SUV (Beispiel) | 0,30 | 2,60 | 0,780 |
Quellen dieses Abschnitts: Aerodinámica en la era de la electromovilidad ↗ · Todo sobre el coeficiente Cx y su impacto en los coches ↗
- Typische Cx-Werte bei Pkw liegen zwischen 0,25 und 0,40.
- Das Produkt aus Cx und Stirnfläche ist für den aerodynamischen Vergleich aussagekräftiger als der Cx allein.
- Der normierte Verbrauch hängt neben der Aerodynamik von weiteren Faktoren ab.
Warum verbraucht ein Auto mit niedrigerem Cx nicht immer weniger?
Der gesamte Luftwiderstand hängt vom Produkt aus Cx und Stirnfläche ab. Ein Auto mit niedrigem Cx, aber großer Stirnfläche kann deshalb mehr Luftwiderstand bieten als ein kompakteres Fahrzeug mit etwas höherem Cx.
Was bedeutet Luftwiderstandsfläche?
Sie ergibt sich aus dem Luftwiderstandsbeiwert Cx multipliziert mit der Stirnfläche S des Fahrzeugs. Die Kennzahl berücksichtigt damit auch die Fahrzeuggröße und ist für den aerodynamischen Vergleich aussagekräftiger als der Cx allein.
Wie stark beeinflusst die Aerodynamik den Verbrauch eines Elektroautos?
Im WLTP-Fahrzyklus entfallen bei Elektroautos 30 bis 40 Prozent des Verbrauchs auf den Luftwiderstand. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sind es weniger als 10 Prozent.
Wie wirkt sich die Geschwindigkeit auf den aerodynamisch bedingten Verbrauch aus?
Der Luftwiderstand steigt quadratisch mit der Geschwindigkeit. Deshalb wirkt sich die Aerodynamik bei höherem Tempo deutlich stärker auf den Verbrauch aus als bei niedriger Stadtgeschwindigkeit.
