扭力等於加速能力？ (第231頁)

josephyen · 2012-01-13T19:22:56+08:00

先看比較淺顯的範例 ==>>簡單的兩台車，扭力數值對加速影響說明引擎的性能指標，都會標示最大馬力與最大扭力。柴油車和汽油車的性能討論也都會講到柴油引擎的扭力較大。到處都會有扭力大等於加速能力或爬坡能力大的論調，或是「加速看扭力，極速看馬力」這種說法，說得好像柴油車加速力定勝汽油車。小弟不是玩車的，也不是學機械的，但以小弟初淺的物理知識，覺得這些論調很不合理，希望跟版上大大討教。加速度正比於輪胎對地面出力在不考慮風阻的狀況，所謂的加速能力或爬坡能力，在平地時與輪胎對地面的出力成正比。上坡或下坡時，因地心引力而對輪胎出力有加成或扣抵的效果，因而影響加速度的能力。如果對上面那句話有疑慮的話可以看看下面的簡單推導，如果沒有疑慮就跳過下面推導的部份。用 F=m*a 來列式看看：F_w 為輪胎出力mg 為車子所受的地心引力θ 為斜坡角度F_w - mg * sinθ = maa = F_w/m - g*sinθ以照上面簡單的公式來看，斜坡角度為 0° 時。a = F_w/m，也就是加速跟輪胎出力成正比，與車重成反比。輪胎對地面出力正比於輪胎扭力所以輪胎對地面的出力是加速度的主要標竿。那如何求出輪胎對地面的出力？在沒有變速箱的情況下，引擎的扭力直接傳達到輪胎，依照 τ = r * F ，輪胎對地面的出力與扭力成正比，與輪胎半徑成反比。簡單來說，就是扭力越大，輪胎對地面的出力就越大，加速力也越強。看到這邊，扭力大等於加速能力或爬坡能力的論調好像沒錯，為何小弟開頭卻說這論調不合理？原因就出在變速箱。輪胎扭力不等於引擎扭力假設變速箱的齒比是 2:1，終傳比是 4:1 也就是說引擎轉了八圈，輪胎只轉一圈。沒錯，引擎的轉速到了輪胎是剩下了 1/8 了，但是扭力卻是 8 倍。加速度是與輪胎的扭力成正比，並非與引擎的扭力成正比。經過變速箱的轉換後輪胎的扭力可能是引擎扭力的數倍。計算一：兩部車的狀況為例，終傳比皆是 4:1車A：引擎 4000rpm, 20kg-m, 齒比 2:1 變速箱，輪胎上得到 500rpm, 160kg-m車B：引擎 2000rpm, 40kg-m, 齒比 1:1 變速箱，輪胎上得到 500rpm, 160kg-m這兩輛車在輪胎為 500rpm 時，輪胎都有 160kg-m 的扭力，假設車重一樣，這兩台車輪胎對地面的施力也一樣，加速度相同。（若輪胎直徑為 0.6 公尺，500rpm 時的車速約為 55 km/hr。）引擎扭力大不表示加速能力強故，扭力大，轉速卻高不起來的車，和扭力小，轉速可以很高的車，加速能力並沒有誰定勝。就像有兩個人騎腳踏車，一個人的腿力氣大，但是踩不快，而另一個人腿比較沒力但踩得快。經過腳踏車的變檔後，兩個人比賽爬坡，加速，極速，都是難論勝負的。所以說「加速看扭力，極速看馬力」這句話。看完上面的討論後，很明顯「加速看扭力」根本是錯誤的，若改成說「加速看扭力和轉速」才會更合理些，單看扭力不能表示加速能力強。輪胎扭力正比於馬力比加速力要同時看扭力、轉速，實在太麻煩了。那要如何簡單比較兩輛車的加速能力呢？車廠早就幫我們想好了，馬力是最直接的數值，所以每台引擎都會標上馬力這個最重要的數據。計算二：公制馬力PS =扭力(kg-m)×引擎轉速(rpm)／716車A：在 4000 rpm 的馬力為 4000 * 20/716 = 112車B：在 2000 rpm 的馬力為 2000 * 40/716 = 112沒錯，兩台車分別在車A 4000rpm 與車B 2000rpm 時有相同的馬力。若兩台車的車速相同（假設輪胎轉速是 500rpm），輪胎

ACON99

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2301樓

2015-10-21 2:57

penny216 wrote:
這是想證明200kph...(恕刪)

Wiki上的確沒有嚴謹考據，
但是你的數劇未免太扯，除非是新改的F1改差到一個地步。
https://m.youtube.com/watch?v=h31A4vuhtRI
橫向直向G力都是要吃輪胎摩擦力，除非你輪胎打滑，都靠垂直尾翼有制動面打方向。
輪胎不管任何方向，總合摩擦力就是有限，一般胎一般車重正向力就是1g
你加速0-60mph要破2.7秒(用1g下去估算)就是要特殊胎。
保時捷918 bugatti 這些超貴車都有2.7秒內實力，你說F1沒有？
http://www.zeroto60times.com/formula-one-f1-0-60-times/
https://m.youtube.com/watch?v=6MmsmAfUyP4
F1 0-100mph 不可能不到1G加速力

之前不知哪篇我就有拿bugatti加速時間表作G力分析圖，印象中到200+kph 都沒低於1G

jin28931343

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2302樓

2015-10-21 11:04

扭力介紹自己看~
簡簡單單就能理解不需複雜公式。

dancingra

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2303樓

2015-10-22 9:52

ACON99 wrote:
1. 你可以用這樣去跑模擬，記住引擎出力可不是常數。如果用全馬力倒算保證第一秒就打滑。

這瞭解, 你也應該明白正因為太多內燃機的車子它的扭力跟本就是一直隨轉速在變, 實在不會
有人想在這邊寫積分式 (寫了也沒什麼人想看), 之前 edwin 大 post 一張圖裏面有用到積
分的概念, 我是有看, 但有多少人會真的去看? (沒有哪台車像 Tesla 那麼好算的, 內燃機
的車, 大概也就 BMW 535 算是扭力曲線至少有個夠廣的平原區好算點)

我同意你上述第一點講的, 但你也必須理解這裏有很多人用這邏輯跟你談馬力:
1. 沒人說第一秒就要用全馬力去灌動能 (這意指起步檔齒比會非常驚人的大)
2. 談車子加速 (不是 dyno 機上單純量測曲軸加速) 就不能單看引擎軸扭力, 一定要看齒比終傳
3. 80HP vs 240HP, 假定在車速 V 為若干的情況下 (先不考慮風阻), 100HP 放出來已不足以
造成胎打滑, 那 80HP 這台車撐死也就放出 80HP 的功率而已, 但 240HP 這顆卻可以放出到
80~100HP 的功率來推車子, 這是指馬力大加速快 -- 全馬力不是重點, 重點是真的要引擎放出更
大力量時, 大馬力引擎做得到, 小馬力引擎卻撐不上去了.

ACON99 wrote:
2. 高速要大馬力是事實。你要先維持100mph 引擎早就在常時出力消耗風阻了，再加速當然轉速要更高，就是要大馬力。

"高速要大馬力是事實" --> 對
"要先維持100mph 引擎早就在常時出力消耗風阻了" --> 對
"再加速當然轉速要更高，就是要大馬力。" --> 個人認為不夠精確, 我幫你複述:

要加速當然輪子扭力要更高(贏過風阻在輪上形成的反向扭力), 此時要嘛需要更大齒比來放大引擎
扭力至輪上 (那引擎轉速就是要變高) 要嘛就是不退檔, 但油門要踩更深, 讓曲軸扭力更大一點

兩種操作都會加大輪子扭力的輸出, 不必然 "再加速當然轉速要更高".
100mph 車速很高, 也許無檔可退, 只能油門硬拚. 但若你講的是 100kph, 那我想選擇是有的.

ACON99 wrote:
3. 低速或起步的加速本來就跟高速完全不同。零轉有負載要拉轉速，跟有負載幾千轉以後再拉轉速完全不同。

除去風阻跟各項阻力不計, 我實在不知道這兩者有何不同, 都是驅動輪扭轉來推車子,
輪子扭力較大加速就較快, 你上述談的是風阻效應, 甚至你要談斜坡效應也可以, 但
一切的一切都要回歸到輪子扭力大或小, 你過去計算也寫明過不考慮風阻, 是否我們
可以就先忽略風阻不談?

講輪子扭力就一句話: (引擎扭力*整體減速比) = 輪子扭力
講輪子不打滑就一句話: (引擎轉速/整體減速比*胎周長) = 車速

無論在你所定義的 "低速" 或 "高速" 這兩個式子都得成立 (無論要不要談功率)
能同意吧? (這夠基本了啦)

若能同意, 我想也就無須再跟您談更多, 也無所謂要不要請你寫出馬力大加速快, 這
對我已不重要了.

ACON99

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2304樓

2015-10-22 11:59

dancingra wrote:
這瞭解, 你也應該...(恕刪)

你的理論講半天問題關鍵就是低轉速下的引擎本身扭力是無法取代的
不然車廠幹嘛搞出各式各樣轉速引擎？通通用高轉速低扭力引擎一次搞定
反正有齒輪排檔最佳化阿？
答案就是不行，連科技最先進超跑/F1都要搞個複合動力源
低速都用馬達補助
高轉速下的加速的確就是渦輪還是萬轉催下去就有，靠馬力。

litchou

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2305樓

2015-10-22 14:19

ACON99 wrote:
你的理論講半天問題關鍵就是低轉速下的引擎本身扭力是無法取代的
不然車廠幹嘛搞出各式各樣轉速引擎？通通用高轉速低扭力引擎一次搞定
反正有齒輪排檔最佳化阿？
答案就是不行，連科技最先進超跑/F1都要搞個複合動力源
低速都用馬達補助
高轉速下的加速的確就是渦輪還是萬轉催下去就有，靠馬力。(恕刪)

你的理論講半天問題關鍵就是你以為只有"最大馬力"才叫馬力 (這篇已經存在兩年多了竟然.. 很遺憾)

事實上低轉有低轉的馬力和扭力高轉有高轉的馬力和扭力加速力的計算並沒有分低轉高轉

不管是低轉還是高轉馬力大-->加速快沒有什麼低轉靠扭力高轉靠馬力這回事

扭力當然無可取代但是馬力資訊本身已經包含了扭力加轉速

你說什麼沒有車可以一開始就全馬力只是在轉移焦點而已因為從來沒人說一開始就能全馬力

而低轉能不能全馬力或全扭力跟加速也無關照當時轉速的馬力計算就好

你說F1超跑用馬達輔助事實上也增強了低轉的馬力馬力大-->加速快仍然沒有錯

tesla的低轉馬力也勝過大部份的車這都是你無法否認的"事實"

dancingra

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2306樓

2015-10-22 14:30

ACON99 wrote:
你的理論講半天問題關鍵就是低轉速下的引擎本身扭力是無法取代的
不然車廠幹嘛搞出各式各樣轉速引擎？通通用高轉速低扭力引擎一次搞定
反正有齒輪排檔最佳化阿？

我有我的答案, 我的答案結論也是低速時, 引擎原生扭力較重要,
但不至於到無可取代的程度... 但若你不反對, 我想先聽聽你為
什麼說 "低轉速" 下 (多慢算低?), 引擎原生扭力 "無可取代"?
(我也會解釋我的答案)

ACON99 wrote:
答案就是不行，連科技最先進超跑/F1都要搞個複合動力源
低速都用馬達補助
高轉速下的加速的確就是渦輪還是萬轉催下去就有，靠馬力。

你講 KERS 吧?
沒錯, 有個 KERS 是有幫助. 但為什麼 KERS 有幫助? 如何幫助? 何時我們不
需要它的幫助? 能否有精確一點的解釋呢? 這是否足以證明低速時馬力無用或
沒什麼用? 又它怎麼個沒用法? (如有式子會較好, 沒的話那就聊聊就好)

penny216

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2307樓

2015-10-22 17:28

ACON99 wrote:
橫向直向G力都是要吃輪胎摩擦力，除非你輪胎打滑，都靠垂直尾翼有制動面打方向。
輪胎不管任何方向，總合摩擦力就是有限，一般胎一般車重正向力就是1g
你加速0-60mph要破2.7秒(用1g下去估算)就是要特殊胎。
保時捷918 bugatti 這些超貴車都有2.7秒內實力，你說F1沒有？
http://www.zeroto60times.com/formula-one-f1-0-60-times/
https://m.youtube.com/watch?v=6MmsmAfUyP4
F1 0-100mph 不可能不到1G加速力

之前不知哪篇我就有拿bugatti加速時間表作G力分析圖，印象中到200+kph 都沒低於1G...(恕刪)

我看不出來你想回應誰，雖然引言的目標是我。
我哪裡說過F1的60mph不能2.7秒...？
我哪裡說過100mph不能超過1G...？
難道你的理解能力是平均加速G值就等於任何一個時間點的瞬間G值；這跟你的微積分程度，不符合吧？
我說的是200kph"以後"平均只有0.6G，然後你幫我找了一個不太切實際，但也可以證明的數據...然後？
我很清楚上場時偏重的是下壓力，這能讓過彎G值大增，但是加速能力受限，我更清楚大部分的F1實際上場都是quarter mile完成時間在9.5s附近，簡單用10秒來算是為了讓你理解，因為上場比賽真正需要的是很多側向G值，後面補圖你還是沒思考？

上面那些是開玩笑的，下面這個才是要麻煩你的
F1的扭力跟重量給你了，這扭力怎樣讓F1加速這麼快，你還沒解釋呢？

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2308樓

2015-10-22 20:12

penny216 wrote:
我看不出來你想回應...(恕刪)

2014 規格是 1.6L ~750匹 15000轉
附加KERS馬達約 150匹
我光引擎估算等於300+ Nm 扭力一萬五千轉
你要跟正常引擎最高七千轉比豈不是等同扭力加倍？
600+Nm / 720kg車重比上特斯拉最強款 900Nm / 2239kg 車重
你覺得呢？
如果引擎低轉速時還用kers馬達補扭力更不用比了。

話說F1 低速無風阻加速破1G， 200kph 以上加速沒有那麼快阿不都同一顆引擎？
請問你測加速能力比低速還高速阿？呵呵呵

話說 tesla model s 電池佔 1/4 車重，真的要教調單速齒輪去比400公尺，
電池拆一拆，重量一減五百公斤扭力就夠多可以調高轉速區域了....
只是會變成有線的碰碰車.......

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2309樓

2015-10-23 5:05

dancingra wrote:
我有我的答案, 我...(恕刪)

KERS 不用想法，超跑有實車規格可看。

Technical data: 918 Spyder
Porsche Doppelkupplung (PDK)
Engine
Engine layout
Mid-engine
Design and cylinders
8
Displacement
4.6 liters
Power
129 hp (Front Axle Electric Motor)
156 hp (Rear Axle Electric Motor)
608 hp (Combustion Engine)
887 hp (Parallel Full Hybrid)
at rpm
8600 rpm (Combustion Engine)
Max. torque (lb.-ft.)
398 lb.-ft. (Combustion Engine)
944 lb.-ft. (Parallel Full Hybrid)
at rpm
6600 rpm (Combustion Engine)
800 - 5000 rpm (Parallel Full Hybrid)

扭力由純引擎398呎磅六百馬
加上馬達三百馬變成
944呎磅......
連並聯最大扭力大區段都寫給你看800-5000轉....

dancingra

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2310樓

2015-10-23 9:40

ACON99 wrote:
KERS 不用想法，超跑有實車規格可看。
Technical data: 918 Spyder...(恕刪)

其實我不是要您貼規格 (但貼了就謝謝了), 而是你對它的機械原理解釋是什麼?

我這麼說好了, 在分秒必爭的加速計時賽中, 任何時間都用來做該車最大有效
加速的操作是必要的條件, 但多數規格不會告訴你這些操作的 response time.
就是扭力曲線上你也看不出 turbo lag 有多嚴重. 你貼規格是無法解釋這件
事的, 你必須有辦法說明規格中看不見的事, 哪怕只是猜看看.

內燃機 powertrain 的問題在這:

1. 換檔時間浪費 + 低速曲段時需要頻繁換檔
2. 有限的檔位數, 動力輸出的組態選項太少 --> 輪子扭力難以常時最佳化
3. 內燃機對油門反應 (更別說 turbo lag) 比馬達慢

找台手排車到安全的地方, 自己用幾種開法試試, 你一定能明白上述第 1 及
第 2 點的問題.

內燃機不是 power 不足, 而是你要把它的 power "合宜地" 解放出來推車子,
換檔跟油門操作時間就花掉不少, 還要考慮不見得平坦的扭力曲線問題, 還不如
掛一顆工作轉速域廣, 扭力穩定的馬達來推會容易得多.

你貼的規格沒說這些事, 我就當作幫你補充了.