汽车加速性,功率和扭矩

加速度与功率扭矩的关系

  有不少人认为加速主要由扭矩决定。总觉着这个观点不太对头。想详细了解得去看汽车动力学的纵向动力学章节。有点麻烦。春节CCAV的春晚太无聊,没事自己想了一下。

  新年新气象。我想到了个比方。尝试说明一下。

  2个人A,B各自蹬相同的自行车(轮子一样大)。 在平地,5KM/H匀速前进的时候,各自开始加速。一秒蹬一圈。都用最大力气蹬车。车蹬转一圈过程中,保证使用相同最大力气。在一圈中均匀持续发力。(会骑自行车人都知道是左右脚分别蹬半圈)。这里简化为一圈均匀给车蹬发力。

  A最大力气是100牛。BAGF,最大力气50牛。但是A很不幸找了个胖子女友,B的重量与A一样。。。假设脚蹬子长度0.5米,直接作用到驱动轮轴上。A给车的扭矩为100x0.5 = 50牛米。B50X0.5 = 25牛米。 大家看出来了,自行车的发动机就是人。凸轮轴高度就是脚蹬子长度。忽略变速器之类的玩意儿。

  这时谁的加速快?扭矩大的快.

  经过一段全力加速时间,A远远超过B。我们还会发现AB消耗的体力大了不少。假设AB体力初值相同。

  现在把B的自行车改造一下,轮子换成小的。让B5KM/H 时速下,一秒钟能够蹬2圈。现在,AB同时发力用最大力气加速。注意,全力加速时,A一秒钟只能蹬一圈,B一秒可以蹬两圈。 谁的加速快?

  AB加速一样快!而且经过一段时间,AB都累得够呛。消耗了差不多的体力。

  扭矩和加速一定相关么?从这个例子来看,不一定。 直觉上,加速和发力大小有关。但分析下来,真正和加速相关的,是AB在加速时间段内消耗的体力。而不是每蹬一圈使用的力气。 如果开始加速时自行车速度较慢,每次蹬车力气相同,脚蹬子长短一样,快速蹬小轮子车会有更高的加速度。 大家看出来了,单位时间消耗的体力,其实就是功率。也就是说,功率才是加速性能最关键的因素!

  当然,这是简单的能量守恒。物体加速归根结底需要能量。给力大小不重要,关键是给的能量多不多。所以,同样时间里,不管一次发力大小如何,只要更频繁的发力,做更多功,就是用更多的能量去加速。自然快。

  实际车辆更为复杂一点。在最大功率下,不同的运行速度,每个档位有自己的最大加速度曲线。这里需要引入储备功率的概念。当然,这和我们开始加速时,车辆当前的速度也有着一定关系。所以在汽车动力学上,讨论汽车加速性能,会有好几张2D图表(我没仔细学习过)。其中有一张功率平衡图,标明了车速,功率,与最大加速度的关系(p94,《汽车系统动力学》 喻凡等著 机械工业出版社 2005)。本人也不明白多少,不多说。


  略微说下发动机工况图。

  发动机工况图标明了转速,功率与扭矩的关系。首先功率是来自扭矩的。因为活塞被爆炸推动直接作用到扭矩上。但是功率也和转速相关。扭矩x转速 = 功率。 而加速度很大程度取决于功率。所以,要得到最大加速度,那必然是要先得到最大功率。但平时驾驶谁也不会没事在最大功率和最大加速下跑。那是玩命。于是在20-80公里速度内,不同的档位下,如何得到好的加速与控制感,就和工况图上3个要素都相关了。 3要素在一起组成了汽车的动力性感受。


  扭矩说明了啥。 这个问题用自行车解释。你最大力气是100牛。当自行车爬50度坡,或者带了3200斤的胖子,再使劲也带不动了。 假如一个大力士最大力气是1000牛。那么他可以骑车带3个胖子。或者爬50度的坡。 能拉动多少质量的东西,是扭矩能反应的。但如果大力士本身就很粗胖,蹬车根本蹬不快。在平地上什么都不带的情况下,用不同轮子大小的车,相同速度下开始加速,你蹬10圈他只能蹬1圈,你加速度上就可能战胜他。

  在你能蹬动车行走的情况下,车的加速度和你单位时间消耗了多少体力(也就是功率)有关。当然,2个车从同样的时速,同样发动机转速开始跑(还有同样的摩擦消耗),扭矩大的车加速度高。因为这种情况下扭矩大的车一定运行功率大。

  至于功率代表了最高车速。就不说了。容易理解。

  作为一个民科,还是很有乐趣啊

posted @ 2013-02-11 10:59 puzzy3d 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏