汽车功率(马力)与扭矩的关系
来源:    发布时间: 2015-04-13 15:57   1268 次浏览   大小:  16px  14px  12px
马力与扭力哪一项最能具体代表车辆性能?有人说:起步靠扭力,加速靠马力,也有人说:马力大代表极速高,扭力大代表加速好,其实这些都是片面的错误解释,其实车辆的前进一定是靠引擎所发挥的扭力,所谓的“扭力”在物理学上应称为“扭矩”,因为以讹传讹的结果,大家都说成“扭力”,也就从此流传下来,为了更正错误,本文以下均称为“扭矩”。

扭矩的观念从小学时候的“杠杆原理”就说明过了,定义是:垂直方向的力乘以到旋转中心的距离,公制单位为牛顿-米(N-m),除以重力加速度 9.8m/sec2之后,单位可换算成大家熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则为磅-尺(lb-ft),这种单位在美国的车型录上较为常见,若要转换成公制,只要将lb-ft的数字除以7.22即可。


● 汽车驱动力的计算方式:

  将扭矩除以车轮半径,也可以从发动机马力与扭矩输出曲线图中发现,在每不同转速下都有一个相对的扭矩数值,这些数值要如何转换成实际推动汽车的力量呢?答案很简单,就是除以一个长度,便可获得“力”的数据。举例说一下,一台1.6升的发动机大约可发挥15.0kg-m的最大扭矩,此时若直接连上185/60 R14尺寸的轮胎,半径约为41厘米,则经车轮所发挥的推进力量为36.6公斤(事实上公斤并不是力量的单位,而是重量的单位,须乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的标准单位“牛顿”)。

  但36公斤的力量怎么能推动一吨多的汽车呢?而且动辄数千转的发动机转速更不可能恰好成为轮胎转速,幸好聪明的人类发明了“齿轮”,利用不同大小的齿轮相连搭配,可以将旋转的速度降低,同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比,因此从小齿轮传递动力至大齿轮时,转动的速度、降低的比率、以及扭矩放大的倍数,都恰好等于两齿轮的齿数比例,这个比例就是所谓的“齿轮比”。

『上图为车辆的加速曲线,改变变速箱尺比也可以使这条曲线更加锋利』

  举例说明:以小齿轮带动大齿轮,假设小齿轮的齿数为15齿,大齿轮的齿数为45齿。当小齿轮以3000rpm的转速旋转,而扭矩为20kg-m时,传递至大齿轮的转速便降低了1/3,变成1000rpm;但是扭矩却放大了三倍,成为60kg-m。这就是发动机扭矩经过变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。

  在汽车上,发动机将动力输出至轮胎共经过两次扭矩放大的过程,第一次是由变速箱的档位作用而产生,第二次则取决于最终齿轮比(或称最终传动比,也可称为尾牙)。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。

  举例来说:一辆手动档的思域,一档齿轮比为3.250,最终齿轮比为4.058,而引擎的最大扭矩为14.6kgm/5500rpm,于是我们可以算出第一档的最 大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm,比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m,即可获得推力约为470公斤。然而上述的数值并不是实际的推力,毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失,因此必须将机械效率的因素考虑在内。

  论及机械效率,每经过一个齿轮传输,都会产生一次动力损耗,手动变速箱的机械效率约在95%左右,自动变速箱较惨,约剩88%左右,而传动轴的万向接头效率约为98%,各位可以自己计算一下就知道实际的推力还剩多少。整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算:

驱动力= (扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率)/轮胎半径(单位为公尺)

● 马力亦非“力”属于“功率”的一种

  了解如何将扭矩经由变速箱的齿比放大成为实际推力之后,接着可以研究什么叫做“马力”。马力其实也不是一种“力”,而是一种“功率”的单位,定义为单位时间内所能做“功”的大小。尽管如此,我们不得不继续使用“马力”这个名字,毕竟已经用太久了,讲“功率”恐怕大多数消费者都听不懂?

  功率是由扭矩计算出来的,而计算的公式相当简单:功率(W)﹦2π×扭矩(N-m)×转速(rpm)/60,简化计算后成为:功率(kW)=扭矩(N-m)×转速(rpm)/9549,。然而功率“kW”要如何转换成大家常见的“马力”呢?下面还要给大家分析两种不同的马力,英制与公制。公制:1PS=735W;英制:1hp=746W