Die Pferdestärke misst eine Leistung, das heißt, eine Arbeit, die pro Zeiteinheit verrichtet wird. Der km/h misst eine Geschwindigkeit. Diese beiden physikalischen Größen teilen sich nicht die gleiche Einheit, und es gibt keine direkte Umrechnungsformel, die es ermöglicht, von der einen zur anderen zu gelangen, ohne mehrere andere Variablen zu berücksichtigen. Der Versuch, 90 Pferde in km/h umzurechnen, setzt also voraus, dass man versteht, was diese beiden Begriffe trennt.
Warum die Umrechnung von Pferden in km/h in der Physik nicht existiert
Eine Pferdestärke (PS) entspricht der Fähigkeit, 75 Kilogramm einen Meter in einer Sekunde zu heben. Es ist eine Leistungseinheit, ebenso wie das Kilowatt. Die Geschwindigkeit beschreibt hingegen eine Bewegung über die Zeit. Diese beiden Größen sind nicht untereinander umrechenbar.
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Damit ein Motor mit 90 PS ein Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit antreiben kann, müssen mindestens das Gewicht des Fahrzeugs, sein Luftwiderstandsbeiwert (Cx), die Frontfläche, die Übersetzungsverhältnisse seines Getriebes und die mechanischen Verluste in der Übertragung bekannt sein. Zwei Fahrzeuge, die mit demselben 90 PS-Motor ausgestattet sind, können je nach diesen Parametern sehr unterschiedliche Höchstgeschwindigkeiten erreichen.
Diejenigen, die versuchen, 90 Pferde in km/h mit Car System umzurechnen, finden eine detaillierte Erklärung dieser Beziehung, die das Verständnis der wirkenden Kräfte erfordert, anstatt einfach eine Umrechnungstabelle zu verwenden.
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Luftwiderstand und Fahrzeuggewicht: die wahren Schiedsrichter der Geschwindigkeit
Der Luftwiderstand steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Die Verdopplung der Geschwindigkeit vervierfacht die aerodynamische Kraft, die der Motor überwinden muss. Das ist der Grund, warum die letzten km/h viel mehr Leistung kosten als die ersten.
Ein leichtes Fahrzeug mit einem optimierten aerodynamischen Profil (niedriger Cx und kleine Frontfläche) wird seine 90 PS viel effizienter nutzen als ein SUV mit imposanten Abmessungen. Das Gewicht spielt vor allem in den Beschleunigungsphasen und beim Bergauffahren eine Rolle, während die Aerodynamik bei stabiler Geschwindigkeit auf flachem Terrain dominiert.
Rollwiderstand und Übertragungsverluste
Der Rollwiderstand der Reifen absorbiert einen nicht unerheblichen Teil der Leistung, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten. Reibungen im Getriebe, im Differential und in den Radlagern verbrauchen ebenfalls Energie. Die tatsächlich an den Rädern verfügbare Leistung ist immer geringer als die am Kurbelwellenmesser gemessene Leistung.
Diese Verluste variieren je nach mechanischer Architektur. Ein manuelles Fünfganggetriebe überträgt nicht den gleichen Anteil an Leistung wie ein Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler oder ein CVT-Getriebe. Das Übersetzungsverhältnis spielt ebenfalls eine direkte Rolle: Ein kurzes Verhältnis begünstigt die Beschleunigung, ein langes Verhältnis begünstigt die Höchstgeschwindigkeit bei gleicher Motorleistung.
Elektronische Geschwindigkeitsbegrenzung: wenn die Software die Mechanik überholt
Ein oft ignoriertes Phänomen in dieser Diskussion ist die absichtliche Geschwindigkeitsbegrenzung durch die Hersteller. Einige sehr leistungsstarke Fahrzeuge sind elektronisch weit unter dem, was ihre Mechanik erreichen könnte, begrenzt. Dieses Prinzip gilt auch für Fahrzeuge mit moderater Leistung.
Ein Motor mit 90 PS kann technisch in der Lage sein, seine angegebene Höchstgeschwindigkeit zu überschreiten, aber der Hersteller begrenzt das Fahrzeug aus Sicherheitsgründen, zur mechanischen Langlebigkeit oder zur Einhaltung von Vorschriften. Nach einer Entsprechung “90 PS = X km/h” zu suchen, ignoriert diese industrielle Realität.
Verbrennungsmotor gegen Elektromotor: unterschiedliche Leistungskurven
Bei einem Verbrennungsmotor ist die maximale Leistung nur bei einer bestimmten Drehzahl verfügbar (oft zwischen 5.000 und 6.500 U/min, je nach Motorisierung). Unterhalb oder oberhalb dieser Drehzahl ist die tatsächlich abgegebene Leistung geringer als die angegebenen 90 PS.
Bei einem Elektromotor ist das maximale Drehmoment sofort beim Start verfügbar. Die Leistung steigt dann linear mit der Drehzahl, bevor sie ein Plateau erreicht. Zwei Fahrzeuge mit 90 PS, eines mit Verbrennungsmotor und das andere elektrisch, bieten bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten sehr unterschiedliche Beschleunigungsgefühle und Leistungen. Das Elektrofahrzeug wird beim Start lebhafter erscheinen, während der Verbrennungsmotor seine Leistung bei höheren Drehzahlen besser halten kann.
Vereinfachte Berechnung der Höchstgeschwindigkeit mit 90 Pferden
Obwohl eine direkte Umrechnung nicht existiert, ist es möglich, grob eine Höchstgeschwindigkeit aufzustellen, indem man Annahmen trifft. Die Grundformel verbindet die Leistung mit der Luftwiderstandskraft bei konstanter Geschwindigkeit:
Leistung (in Watt) = 0,5 x Luftdichte x Cx x Frontfläche x Geschwindigkeit hoch drei.
Um diese Gleichung zu lösen und die Geschwindigkeit zu finden, müssen die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs bekannt sein. Die verfügbaren Daten erlauben es nicht, eine universelle Zahl festzulegen, da der Cx von Modell zu Modell erheblich variiert, ebenso wie die Frontfläche.
Was diese Formel klar zeigt, ist die kubische Beziehung zwischen Geschwindigkeit und benötigter Leistung. Der Übergang von 150 auf 180 km/h erfordert einen viel größeren Leistungszuwachs als der Übergang von 100 auf 130 km/h, auch wenn der Unterschied in km/h identisch ist.
- Das Gewicht des Fahrzeugs beeinflusst hauptsächlich die Beschleunigung und den Verbrauch beim Bergauffahren, weniger die Höchstgeschwindigkeit auf flachem Terrain.
- Der Cx und die Frontfläche bestimmen den Luftwiderstand, der bei hohen Geschwindigkeiten der dominierende Faktor ist.
- Die Übersetzungsverhältnisse müssen es dem Motor ermöglichen, in seinem maximalen Leistungsbereich bei der gewünschten Geschwindigkeit zu arbeiten.
- Die elektronischen Begrenzungen, die vom Hersteller auferlegt werden, setzen oft eine Obergrenze, die unabhängig von der tatsächlichen Leistung ist.
Ein kompaktes Stadtauto mit 90 PS wird eine deutlich höhere Höchstgeschwindigkeit erreichen als ein Van mit demselben Leistungsniveau, einfach weil sein Gewicht geringer und sein aerodynamisches Profil günstiger ist. Die Leistung allein sagt niemals etwas über die Geschwindigkeit aus: Es ist das gesamte Fahrzeug, das das Endergebnis bestimmt.