扭矩轻(最大扭矩影响车辆加速性能？换轮胎能提高加速能力吗？)

Posted 2023-05-27

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扭矩轻(最大扭矩影响车辆加速性能？换轮胎能提高加速能力吗？)

对汽车来说，其动力好坏无疑是代表车辆性能高低的最重要的方面。此文中，我将以燃油发动机驱动的汽车动力系统为例，从加速性、极速、以及爬坡能力3个方面帮助大家了解一下有哪些因素影响车辆的动力表现。

先说结论：

最大扭矩高的车辆不一定加速就好
最大扭矩高的车辆不一定极限速度高
使用更小轮径的轮胎加速性更好
使用更大轮径的轮胎加速性更差

在以下的分析中，我们不考虑轮胎抓地力的差异，不考虑动力传递效率差异，不考虑车辆重量差异。

动力系统的组成

狭义地讲，车辆动力系统包括发动机及变速箱；广义地讲，还包括轮胎。

动力系统原理

在动力系统中，发动机是动力源，动力经变速箱传递给车轮，牵引汽车行驶。

发动机通过燃烧燃料，将燃料的化学能转化为机械能，其特点是高转速低扭矩；变速箱将发动机的输出功率以适当的传动比转换为低转速高扭矩，并将其传递给车轮以驱动汽车行驶。

在不考虑传动损失的情况下，在任意一个工作的瞬间，动力系统存在如下的恒等式：

发动机输出功率=发动机扭矩x转速=轮上扭矩x车轮转速

轮上扭矩=驱动力x轮径

加速性能

初中物理知识告诉我们，物体所受合力不为零时，物体的运动状态必然发生改变，非加速即减速。

对车辆来说，加速的必要条件即为驱动力大于阻力。

1 驱动力

动力经变速箱转换后成为轮上扭矩，而轮上扭矩则是轮径与驱动力的积。

2 阻力

不考虑动力系统内部阻力，车辆行驶时的外部阻力主要为空气阻力和轮胎的滚动阻力。

空气阻力

空气阻力来源于车辆与空气之间相对运动时产生的压差阻力和空气作为粘性流体带来的粘滞阻力。它与车辆行驶速度的平方是线性关系。

滚动阻力

滚动阻力来源于轮胎的变形（接触地面部分轮胎外圆面变平）、地面突出部分、以及坡度导致的额外阻力矩。很明显，它与轮胎胎压、路面状况有很大的关系。路面越平整滚阻越低，胎压越高滚阻越低。

从以上分析我们可以得出结论，提高车辆加速性能的方法无疑是以下3个方面：

增大驱动力
降低空气阻力
降低滚动阻力

车辆一旦设计制造完成，空气阻力的影响因素阻力系数必定是无法改变的，滚动阻力的降低也仅有增加胎压一个方式。那么，我们可以在增大驱动力方面有更多的选择。

发动机功作特性线

降档并提高转速：从发动机的工作特性线可以知道，在发动机的整个工作包线内除后段外，输出功率随着转速升高而增加；因此，降档拉高转速，将发动机输出功率提高，轮上扭矩也随之提高，轮上驱动力也当然增加，车辆加速度增加。
换小轮胎：相同的发动机转速相同档位条件下，即相同的轮上扭矩，在使用更小轻径的轮胎时将获得更大的驱动力，更高的加速度。而改装更换轮径更大的轮胎将使加速性能变差。

由此可见，我们被到处宣传的最大扭矩骗了，并非最大扭矩高就一定加速快，因为加速性能的根本是初段的发动机输出功率高低。相同转速下输出扭矩高的相应的输出功率也高，自然加速能力也更好；而最终的加速表现又取决于变速箱的设定和轮胎的大小，同款发动机在不同的变速箱传动比或不同轮胎规格时也会有不同的加速表现。

极速与爬坡能力

车辆行驶时，其阻力与速度是直接相关的。随着车速的增加，阻力无疑也随之增加。

而随着车速增加，发动机输出功率也在增加，而轮上的驱动力则在中后段是降低的。

如下面的驱动力-行驶阻力平衡图所示，随着车速的增加，在驱动力曲线与阻力曲线相交的位置，驱动力与行驶阻力达到平衡，车速不再增加，达到车辆的极限速度。

驱动力-行驶阻力平衡图

这样，我们可以得出结论：极限速度仅与发动机功率有关，而与最大扭矩无关。

坡道行驶受力

同理，在坡道上行驶上，除了上述的空气阻力和滚阻外，倾斜的车身会额外受到重力的作用；同样坡道的上，爬坡能力也与发动机的功率直接相关。

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