传动比与车速以及扭矩的关系

传动比与车速以及扭矩的关系首先，要尝试辨析这个话题，必须要对传动比、功率、扭矩、车速、转速有个概念才行（下面阐述的理论和推导过程均隐含了忽略阻力和机械效率为1这个理想状态条件，所用单位为国际单位）。传动比定义为主动轮转速与从动轮转速之比。在汽车上，总传动比等于发动机转速/驱动轮转速，也等于驱动轮扭矩/发动机扭矩，更等于变速箱传动比*主减速器传动比（俗称终传比）。功率，单位时间的做功值。汽车发动机功率等于发动机扭矩*发动机转速/9550，根据上述传动比的变换，亦可以等于驱动轮扭矩*驱动轮的转速。扭矩，物理学解说为力矩，等于力*力臂（由于力与加速度成正比，所以扭矩与角加速度成正比），是一个衡量物体转动角加速度大小的参数。车速，即是汽车的行驶速度。转速分两种，一为发动机转速，二为驱动轮转速。两者之商为总传动比，前提是驱动轮在附着良好的路面上行驶，无打滑或抱死现象。驱动轮转速与车速的换算关系为：车速=驱动轮转速*60*2π*驱动轮半径/1000。相信不少读者都会被那些烦躁的公式搞到头晕，不用急，理解的过程又怎能缺少例子呢？下面小编就编个例子让大家试着了解。话说有A、B两辆车，除了发动机参数不同之外，其余都一样，其中驱动轮半径均为0.5m。两车的扭矩曲线如下:图：A车的扭矩曲线，6000转断油，峰值扭矩与峰值功率均在3000转处出现。峰值扭矩值为300牛米，峰值功率为90Kw图:B车的扭矩曲线，6000转断油，峰值扭矩覆盖整个转速范围，为150牛米；峰值功率在6000转处出现，为90Kw图：两车变速箱和终传比参数由上图可以看出两车各挡位的总传动比分别为20、15、10、5、2.5（in*i终），车速方面在绝对理想的情况下，以一挡为例：根据公式车速=驱动轮转速*60*2π*驱动轮半径/1000，再代入驱动轮转速=发动机转速/总传动比，可以得到车速=（6000/30）*60*2π*0.5/1000，约为56Km/h。其他挡位的车速可以此类推，细心的读者心算一下忽然会发现如果挂5挡的话，车速岂不是要达到400Km/h，这是一部布加迪威龙吗？小编可以告诉你们，绝对不是！这只是两部普通得不能再普通的车子，另外读者们有没有发现如果这样计算的话，这两部车子在各挡位的车速是完全相同的，根本就不关发动机的事，这符合事实规律吗？且慢，一定有什么地方疏忽了。没错，小编在前面曾提及过一个非常重要的字眼——“绝对理想的情况”，即是忽略外界所有的阻力，机械效率为1即动力传递过程无损耗及驱动轮无打滑现象。在这种前提下，只要发动机断油前还有扭矩车速就不会下降。实际却并非如此，正常情况下外界的主要阻力有空气阻力、滚动阻力和加速阻力，而机械效率永远只可能小于1，驱动力大时驱动轮打滑更是家常便饭。由于B车峰值扭矩覆盖全转速范围，一挡的总传动比较大，车速较小，外界阻力也很小的原因，所以挂一挡B车的极速较为之接近理想极速，可能有50Km/h，A车可能就只有40Km/h。但在高挡位时，B车的仅仅150牛米的转矩显然小了，因为外界的滚动阻力与车速成正比，空气阻力与车速成二次方比，B车的扭矩劣势尽露无遗，可能5挡传动比提供的扭矩已经不可克服外界阻力了；相反A车的峰值扭矩比B车大一倍，在高挡位的极速会比B车快。所以A车的优势在于高挡位极速；B车的优势在于低挡位提速快，在低挡换挡不需要担心动力问题，在城市交通中油耗极好。如果扭矩再大或者配合适当的车重，B车就相对完美了。（顺便提一句，B车用发动机的扭矩曲线表现是内燃机工程师毕生追求的目标）至此，小编为各位读者总结出一个规律：传动比越大（挡位越低），车速越小，扭矩越大。在低挡位下，汽车的极速与理论极速相差不大，因为此时的阻力不大，机械效率较高；高挡位下，汽车的极速与理论极速相差极远，因为阻力成平方的趋势递增，机械效率降低，可能400Km/h的理想极速只剩下不到200Km/h。图：正常发动机的扭矩曲线图，峰值扭矩一般比峰值功率的转数早出现，极速在峰值功率的转数下发出，如果路面附着良好或者扭矩再大的话，可以在比峰值功率转数更高的转数发出，不一而论说了那么多，相信读者们对传动比、车速和扭矩的概念与关系应该有了一个大概的了解。是不是觉得用理论一步步剖析汽车的原理很有趣呢？下面还有更有趣的东东。图：作为汽车工科毕业生课程里面最重要的一张图——汽车功率平衡图。图中横坐标是速度，纵坐标代表功率。红线为每挡位的功率变化曲线，旁边的罗马数字代表该个挡位，绿线为阻力功率曲线，后备功率数值上为红线对应纵坐标减去绿线对应纵坐标所得，可以理解为汽车能够发出的净功率，Uamax就是发出功率与阻力功率交点位置对应速度，即是车子极速这幅图可以表达出例子里的东西，每个挡位都可以达到峰值功率，但挡位高对应的速度范围宽。而阻力曲线随着速度的增加变得越来越陡，说明在高速行驶时，汽车主要克服的阻力是空气阻力。还有一点是上述例子所没有提及到的：燃油经济性。很明显，挡位越高，对应的后备功率就越小。我们可以设想一下，如果在非加速爬坡状态下全油门加速，后备功率越大说明浪费的功率越多，因为后备功率在不必要加速爬坡的时候对克服阻力没有起到任何帮助，这样的发动机燃油经济性自然不佳。一些出租车司机开车后会尽快把挡位升到高挡，以获得较佳的油耗就是这个道理。一般来说，货车、四驱车或者跑车的发动机功率平衡图就是这个样子，他们不追求低油耗，反而大后备功率对爬坡、突加速等工况有很大帮助；经济型小车的功率平衡图功率曲线就会很靠近阻力功率曲线，牺牲掉一部分爬坡和突加速能力，追求低油耗。燃油经济性看似就在挂入高挡位这part解决了，那究竟在什么时候换挡有没有一个合适的说法呢？答案是肯定的。图：汽车换挡时刻选择图，横坐标是车速，纵坐标是汽车驱动力，红线是阻力线路走势，黄线由高到低分别是1、2、3、4挡的驱动力曲线我们都知道换挡顿挫的现象，一方面可能是因为变速箱设计问题，另一方面则要归咎于驾驶员的换挡时刻。在驾驶菜鸟身上最常见，因为他们往往在不合适的换挡时刻换挡，导致驱动力下降过大发生顿挫。如果要讲求竞技，一般是全油门开度，然后选择在两个挡位驱动力最接近的时刻换挡。例如，i、j、k位置就是两个挡位驱动力相差最小的换挡时刻。在这几个点换挡，换落下一个挡位恰好处于峰值扭矩的位置，这样就可以最大限度地利用驱动力换入高挡。如果是讲求油耗低的话，与竞技换挡有少少不同之处：低油耗时换挡要提早一些，在该挡位的峰值扭矩附近就应该换落下一挡，这样虽然不一定可以在“降档掉转”时处在下一挡位的峰值扭矩位置，但讲究的是尽可能快地换入高挡位以中低速行走。（可能不同车主的换挡习惯有所不同，小编只是根据理论来解释）另外，注重油耗的换挡方法一般是小油门开度，稳定在中低转速就可以了。竞技的换挡方法则是全油门开度，速度越快越好。