Käyttökokemuksia: Opel Astra K on ilmanvastuskertoimen aatelia

Opel Astra K on farmarinakin hyvin aerodynaamisen näköinen, mutta kun ilmanvastuskerrointa peilaa historiaan, yllättyy positiivisesti.

Käyttökokemuksia-juttusarjassa olemme seuranneet eloa ja oloa K-sukupolven Opel Astran kanssa. Yleensä artikkelimme ovat juttusarjan nimeä mukaillen hyvin käytännönläheisiä, mutta nyt menemme aiheissa pykälää syvemmälle. Tällä kertaa tutustumme nimittäin ilmanvastuskertoimiin ja niiden vaikutuksiin.

Meille kävi nimittäin samalla tavalla kuin monelle muullekin autoilijalle: oman auton ilmanvastuskertoimesta ei ollut pienintäkään aavistusta, ennen vanhan Opel-tiedotteen löytämistä. Se paljastikin meille poikkeuksellisen herkullista tietoa.

Ilmanvastus yleisesti

Aloitetaan artikkeli fysiikalla. Kun kappale liikkuu väliaineessa, siihen vaikuttaa erilaisia liikettä vastustavia voimia. Toisin sanoen kappaleen kiihdyttämiseen ja vauhdin ylläpitämiseen tarvitaan energiaa, sillä muussa tapauksessa liike hidastuu ja lopulta pysähtyy kokonaan. Autoissa niin sanottuja ajovastuksia muodostavat mm. renkaiden vierintävastus ja erilaiset voimansiirron häviöt.

Ehkä helpoiten ymmärrettävä ajovastus tulee kuitenkin ilmavirrasta. Jokainen kovaa vauhtia hiihtänyt tai pyöräillyt lienee tehneen sen huomion, että erilaisessa “muna-asennossa” vauhti kasvaa usein kaikista nopeimmaksi, samalla kun pinta-alan maksimointi esimerkiksi seisovassa asennossa hidastaa kummasti vauhtia. Samat luonnonlait pätevät myös autoilussa, vaikka siihen harvemmin ratin takaa kiinnittää huomiota.

Hieman mutkia oikoen voidaan sanoa, että mitä pienempi ilmanvastuskerroin liikkuvalle esineelle saadaan, sitä vähemmän se tarvitsee energiaa liikkuakseen. Vähemmän energiaa tarkoittaa taas vähemmän kulutusta. Mikäli kappale on vaikkapa polttoaineella liikkuva ajoneuvo, tarvitsee se silloin vähemmän polttoainetta. Täten ilmanvastuksen minimointi säästää polttoainetta.

Hyvänä nyrkkisääntönä ilmanvastuksiin voidaan pitää sitä, että pienillä nopeuksilla ei ilmanvastuksella ole juurikaan merkitystä. Tästä syystä esimerkiksi traktorit tai työkoneet ovat harvemmin aerodynaamisesti muotoiltuja, mutta nopeammat ajoneuvot kuten autot, veneet ja lentokoneet hiotaan usein tuulitunneleissa viimeistä piirtoa myöten aerodynaamisiksi.

Loppuun vielä yksi lause insinööriaikuisviihdettä liittyen ilmanvastukseen: kun nopeus kasvaessa kaksinkertaiseksi, kasvaa ilmanvastus(voima) nelinkertaiseksi ja sen voittamiseksi tarvittava teho kahdeksankertaiseksi. Simppeliä, eikö?

Autojen ilmanvastuskertoimien pitkä historia

Se, miten hyvin auto “haukkoo ilmaa”, voidaan mitata niin sanotulla ilmanvastuskertoimella. Laskettaessa tarkkaa ilmanvastuksen aiheuttamaa voimaa käytetään kaavaa F = ½ s v² A Cv, jossa F on vastusvoima, s on ilman tiheys, v on kappaleen nopeus, A on otsapinta-ala (pinta-ala, joka näkyy katsottaessa ajoneuvoa suoraan edestäpäin) ja Cv on ilmanvastuskerroin.

Oikeastaan jokaiselle autolle on löydettävissä internetin syövereistä googlettamalla ilmanvastuskerroin (englanniksi drag coefficient). Insinöörin silmin vähän harmillisesti ilmanvastuskertoimilla ei juurikaan mässäillä esimerkiksi autojen markkinoinnissa – hinnat, hevosvoimat ja kulutukset kiinnostavat kuluttajaa huomattavasti enemmän.

Tästä syystä ilmanvastuskertoimet harvoin kertovat tavalliselle autoilijalle yhtään mitään. Vai osaisitko itse sanoa tältä istumalta, olisiko 0,25 ilmanvastuskerroin miten hyvä suoritus nykypäivänä?

Autojen historia alkaa 1800-luvun lopulta, jonka jälkeen ne alkoivat yleistyä toden teolla 1900-luvun alussa. Koska ensimmäiset autot kulkivat nykymittapuulla hyvin maltillista nopeutta, ei aerodynaamisuudella ollut tuolloin mitään merkitystä. Kilpailun kovetessa ja autojen vauhdin kasvaessa 1920-luvulla alettiin ensimmäistä kertaa autojen muotoiluun, joskin ensiksi kilpa-autoilun kautta.

Moottoriurheilu on ollut monesti sotien ohella kova kirittäjä teknologialle, mutta myös taloudelliset kriisit ovat vauhdittaneet mukavasti kehitystä. Ilmanvastuskertoimien laskeminen alkoi kiinnostamaan autovalmistajia viimeistään 1970-luvun öljykriisissä, kun polttoaineen hinta nousi räjähdysmäisesti ja polttoainetaloudellisuudella alkoi olla merkitystä. Oikealla muotoilulla pyrittiin siis säästämään polttoainetta.

Tasapainottelua: kuinka matala ilmanvastuskerroin halutaan?

Vaikka nykyaikanakin taloudellisilla asioilla ja päästöillä on yhä suuri merkitys autojen suunnittelussa, joskus autovalmistajat joutuvat kuitenkin tekemään kompromisseja, joissa muihin asioihin panostetaan ilmanvastuskertoimen kustannuksella.

Esimerkkejä ilmanvastukseen liittyvistä kompromisseista saadaan vaikkapa auton ulkoasun merkityksessä. Autot muotoillaan yleensä melko konservatiivisesti, ja vähänkin enemmän massasta poikkeavat ajoneuvot keräävät helposti rajua kritiikkiä (tutustu vaikka Fiat Multiplan tai Pontiac Aztekin historiaan). Näin ollen kuluttajat eivät olisi välttämättä innokkaita ostamaan kaikista aerodynaamisimpia autoja, jos ne näyttävät oudoilta.

Oman haasteen kuvioihin tuo myös autojen kokoluokat ja siihen liittyvä mitoitus. Monelle kuluttajalle on tärkeää saada autoon mukaan myös paljon tavaraa tai ihmisiä, joka sekin asettaa jonkinlaisia rajoitteita aerodynaamisuudelle. Samoin rajoituksia tulee myös esimerkiksi lainsäädännöstä ja turvallisuusstandardeista.

Lisäksi oman mausteen soppaan tuo myös valmistuskustannukset, etenkin massatuotetuissa ajoneuvoissa. Moneen prototyyppiin tai konseptiautoon on saatu “yksityiskohtia hiomalla” poikkeuksellisen matala ilmanvastuskerroin, mutta suuremmassa kymmeniä tai satoja tuhansia yksilöitä sisältävässä massatuotannossa joudutaan miettimään enemmän myös taloudellisia asioita. Kuluttajilla on kuitenkin rajallinen määrä rahaa käytössä, jolloin autojen hinnat eivät voi nousta loputtomiin.

Opel Calibran saavutukset ilmanvastuskertoimien minimoinnissa muistetaan yhä hyvin.

Opelin hyvä historia ilmanvastuskertoimien maailmassa

Se autojen ilmanvastuskertoimista yleisesti. Otetaan nyt askeleita kohti tuttua juttusarjaamme ja mennään Opelin historiaan. Vielä 1980-luvun alussa Opel ei juuri koreillut ilmanvastustilastojen terävimmässä kärjessä. Vuonna 1968 julkaistu Opel GT sai ilmanvastuskertoimekseen aikakaudelleen suht hyvän 0,36 Cv, mutta muuten Opeleiden ilmanvastuskertoimet eivät juuri herättäneet suurempaa keskustelua.

Vuonna 1989 tapahtui kuitenkin suuri poikkeus, joka vei Opelin ilmanvastuskertoimien kärkeen. Uusi Opel Calibra kantoi sarjatuotantoautojen pienimmän ilmanvastuskertoimen (0,26 Cv) titteliä aina 2000-luvun alkuun, kunnes Audi A2 riisti tittelin uudelle omistajalle. Opel Calibran voittokulku oli kuitenkin poikkeuksellisen pitkä, mikä myös muistetaan ansaitusti automaailmassa hyvin vielä tänäkin päivänä.

Toki sekin on hyvä muistaa, että auton virtaviivaisuus koostuu todella pienistä tekijöistä ja hyvinkin pienet muutokset voivat vaikuttaa merkittävästi auton aerodynaamisiin ominaisuuksiin. Vaikka kaikki Opel Calibrat näyttävät ulkoisesti samalta, niin mallien välillä on eroja. Pienin kerroin (0,26 Cv) saatiin 8-venttiiliselle mallille, kun taas 16v/V6/Turbo-versioissa kerroin oli 0,29 Cv.

Miksi Opel Calibra oli sitten niin onnistunut auto aerodynaamisilta arvoiltaan? Ensinnäkin täysin uusi automalli antoi aika vapaat kädet suunnittelulle ja auton brändäämiselle, ja Calibran coupé-korimalli on hyvin helppoa saada virtaviivaiseksi.

Myös autovalmistajien konsernisuhteet saattoivat sataa Opelin laariin. Ruotsalainen autovalmistaja Saab päätyi juuri 1989 General Motorsin alaisuuteen, johon myös Opel tuolloin kuului. Saab vanhana lentokonevalmistajana on ollut aina hyvä suunnittelemaan virtaviivaisia matalan ilmanvastuskertoimen autoja, joten todennäköisesti Saabin tulo taloon on tuonut myös Opelille tarvittavaa tietotaitoa.

Vanhana lentokonevalmistajana Saab taitoi hyvin aerodynaamisuuden salat, ja konserniyhteistyön kautta tätä tietotaitoa saatiin todennäköisesti siirrettyä myös Opelille. Kuvassa on Saab 900.

Calibraan verrataan yhä

Vaikka Opel Calibran taival jäi vain yhden sukupolven (1989-97) mittaiseksi, Astra-coupén korvatessa Calibran, siitä huolimatta (vai juuri siksi) Opel kunnioittaa Calibraa yhä tänäkin päivänä aina kun sille tulee paikka – ja hyvin usein Calibra nousee keskusteluihin, kun puhutaan Opeleiden ilmanvastuskertoimista.

Voidaan jopa todeta, että 1990-luvun Opel Calibra on vielä tänäkin päivänä ihan hyvä verrokki nykyautojen ilmanvastuskertoimille, vaikkakaan terävimpään kärkeen sillä ei ole enää asiaa. Tämän hetken kärjessä tuloksella 0,22 Cv liikkuu mm. Mercedes-Benz CLA 180 BE (W117), BMW 520d (G30) ja Porsche Taycan Turbo.

Jotain Opelin ylpeydestä Calibraan kertoo se, että kun Opel Astan K-sukupolvesta saatiin facelift vuoden 2019 lopulla, sen ilmanvastuskertoimia verrattiin juuri Opel Calibraan. Uusi Opel Astra Sport Tourer -farmari sai tuolloin faceliftinä saman ilmanvastuskertoimen 0,26 Cv, mitä Calibra oli saanut aika tarkalleen 30 vuotta aiemmin.

Farkku-Astran vertaaminen coupé-Calibraan tiivistää melko hyvin autoalan alati kovan kehityksen: se, mikä oli taannoin alan terävintä huippua coupéissa, on nykyään mahdollista saada jopa farmariautossa. Erityisesti lapsiperheissä huokaistaneen helpotuksesta, kun nykyaikana farmarikorikaan ei ole välttämättä este aerodynaamisille ominaisuuksille.

Lue myös: Käyttökokemuksia-Astra – sisätilat ja ergonomia ovat hyvällä tasolla

Terävin kärki ei koske meitä

Jos palataan Käyttökokemuksia-juttusarjan Opeliin, niin virtaviivaisuuden terävin kärki ei valitettavasti koske meitä. Meidän autommehan on niin sanottu pre-facelift eli ajalta ennen virtaviivaisempaa kasvojenkohotusmallia. Me joudumme siis tyytymään virtaviivattomampaan kyytiin 0,29 Cv:n ilmanvastuskertoimella.

Pre-faceliftin ja faceliftin väliset erot olivat K-Astrassa hyvin maltillisia. Selvimmät erot tulivat mm. mittariston ja multimedialaitteen, sekä sisustan värien suhteen, mutta ulkoisesti auto koki vain maltillisia muutoksia, jotka liittyivät hyvin pieniin yksityiskohtiin esimerkiksi puskureissa ja maskissa. Vaikka muutokset olivat pieniä, ne olivat osaltaan parantamassa Astran ilmanvastuskerrointa.

Opelin tuotanto noudatti oppikirjamaisesti autojen facelift- ja sukupolvimallia. Kun uusi sukupolvi lanseerattiin vuonna 2015, muutaman vuoden päästä tuleva facelift on lähinnä pieniä kosmeettisia parannuksia autoon. Tällä kertaa kosmeettiset muutokset olivat pieniä, mutta lopputulema ilmanvastusta ajatellen suuria.

Kuvassa on facelift-mallin Opel Astra K Sports Tourer, jonka eroavaisuudet hitusen vanhempaan malliin ovat hyvin pienet, mutta silti huomattavissa.

Vähemmän päästöjä ja kulutusta

Mitä parempi ilmanvastuskerroin tarkoittaa sitten käytännössä autoilijalle? Ainakin taloudellisia hyötyjä.

Opelin mukaan Astran aerodynaaminen optimointi säästää 4,5 grammaa CO₂-päästöjä kilometriä kohden. Kun esimerkiksi ajoneuvovero lasketaan päästöjen mukaan, päästöjen pienentyessä pienenee yleensä myös ajoneuvovero.

Myös polttoainetaloudellisuuden osalta optimointi tuottaa lompakkoystävällistä tulosta. Kuten artikkelissa jo aiemmin todettiin, suurimmat hyödyt aerodynaamisuudesta saadaan vähän suuremmissa nopeuksissa. Opel on laskenut, että 10 prosenttia pienempi ilmanvastuskerroin (minkä facelift-malli optimoinnissa sai) tuo noin 5 prosentin säästöt polttoainetaloudellisuuteen ajettaessa 130 km/h nopeudella.

Polttoainetaloudellisuuteen on hyvä lopettaa tämä artikkeli ja palata siihen myöhemmissä Käyttökokemuksia-juttusarjan artikkeleissa. Tarkoituksemme on käsitellä itse mittaamamme Opel Astra K:n kulutusta sille omistetussa artikkelissa.

Lähteet: Motiva ja AutoWiki