[發問]扭力的解釋是??? (第3頁)

aron.yang
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21樓

2012-01-03 11:38

meridian wrote:
簡單講, 車商標示的扭力不是直接作用在車輪上的力
而是引擎飛輪上量到的數值
這時候飛輪轉的快慢(引擎轉速)就變成關鍵
如果是四缸四行程引擎, 飛輪每轉一圈, 引擎固定會做功兩次, 轉的越快做功次數越多
雖然每次做功的力變小, 但只要力乘以做功次數得到的值變大, 引擎的輸出就越強
搭配適當的齒比後, 加速能力就越高

所以若你要用F=ma公式必須用對地方, 直接用在車輪無法得到正確答案

引擎扭矩(F*m)不是輪胎面上的力大家都知道.
只要*檔位齒比*終傳比/輪胎半徑就是輪胎面上的力, 而在(檔位齒比*終傳比/輪胎半徑)是定值, 可視為k.
亦及引擎扭矩正比於加速度.
而且....
只有引擎扭矩正比於加速度 (固定檔位與輪胎).
ps. 其實正確是 F(torque on wheel)-風阻 = ma
低速時忽略風阻.

至於引擎功率(馬力)
.... P(輪上馬力)=F(輪上扭力)*s(距離)/t(時間) = F*v
若僅知P, 不知F, 則根本無法得知a.

Smilla

Smilla
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22樓

2012-01-03 11:45

其實，以現在的引擎科技，
一般市售車的引擎扭力曲線已經算是平緩，
要比加速還是極速，馬力還是最重要的數據，
扭力則是反應加速過程中表現的方式，得看整條曲線
舉幾台市售車的例子，Focus 2.0 TDCI, Civic 2.0, G37
Focus 32.6kg.m 136hp (瞬間超增壓34.6kg.m) 1440kg
Civic 19.2kg.m 155ps 1305kg
G37 36.8kg.m 326hp 1655kg

如果真如前面幾位所說紐力才是加速的關鍵，
那麼focus的扭力接近G37，配上車重輕200kg，
加速不會差太多，
實際上0-100的成績是
focus 10.X秒
G37 5.X秒

又，Focus對Civic 2.0，馬力輸，重量差100kg，
但是扭力Focus是Civic的 1.7倍，
0-100加速成績，幾乎同等，civic小勝0.X秒可視為誤差。

這一切似乎指向扭力不是關鍵，
我們來求甚解，
扭力是力單位，馬力是功率單位，
以前面幾位大大所說F=ma，這公式沒錯，
概念也沒錯，但適用法上的限制條件少了時間單位，
在計算上的時間單位在哪裡？
在RPM裡

扭力很大的Focus，最大馬力轉速4000RPM
Civic是6300RPM，G37則是7000RPM

扭力很大的Focus的確比較容易營造高的加速，
但是很快就會用完轉速，不得不換檔...
沒錯，換檔，所以變速箱的因素也得加進來，
一顆引擎的數據真實反應到車量表現才是最重要的，
車子的加速力量實際是驅動輪的推力，
我查了這幾台車的傳動齒比還有輪胎尺寸資料，
做了張計算表，
傳輸效率有DSG的focus以0.94計算，另外兩台傳統自排以0.9計算，
輪胎尺寸以管網公布為準，直接尺寸數字計算，非實測值，
後輪出力則是以扭力峰值計算，所以幾乎也可以看成輪上出力的峰值。

計算結果，先看一檔的數據，
Focus的1檔輪出力真的很大，
但是1檔時速32km時就到達馬力峰值，要準備換檔了，
Civic則是較少的加速力道，但是直達60km/h以上才需要換檔
G37則是力道最大，超過1600kg，但是54km/h時到馬力峰值。

再來看破百需要的數據，Focus和G37需要用到3檔才破百，Civic2檔破百，
可以看到Focus每換一次檔輪輸力就劇降，
而且這邊要提一件事，柴油引擎的高轉不足，
有多不足？136hp/4000RPM的意思是在4000rpm時，
這顆柴油引擎的扭力只剩下24.7kg.m，只有峰值的75%，
而現在的一般市售轎車用汽油引擎，一起步2000rpm實的扭力很少低於峰值的80%，
也就是依起步就有峰值80%以上的加速力，
而Civic 155ps/6300rpm代表6300RPM時還有17.9kg.m，峰值的93%，
G37的326HP/7000RPM則是33.8kg.m，峰值的92%....
相比之下，真要拉高轉速時，Focus的扭力會快速下降，
真實輪出力會比表上計算上的數值少很多(剩下7成5)，
以此推估，Civic雖然扭力弱、一檔最大輪出力少，
但是車身輕加上配的剛好的齒比，高轉延伸性較佳，
面對拉高轉時力不從心的Focus依然能平手。

若拿Focus跟G37比，更可以看得出來馬力的影響遠大於扭力，
同樣用一檔，G37輪出力1.6頓，速度還可以比Focus的32km/h多22km/h，
也就是說，扭力相同的車，轉速可達7000RPM的G37，
可以輕易的用相同或是更大的加速力道，加速到更高的速度，
Focus想達到50km/h以上必須換上2檔，2檔輪出力只有7百多公斤，
自然無法跟上G37。

但是從這個表可以看出，
時速30km/h之前，Focus的加速應該可以跟G37拼，
而且時速60km/h之前，Focus的加速應該可以勝過Civic，
再來，Focus的最高檔位每1000RPM可以達到跟G37差不多的速度，
這說明高速巡航時Focus的轉速跟G37接近，
2000cc可以用3700cc的轉速巡航，機械阻抗小得多，油耗自然遠遠勝過G37。

囉嗦一堆，這樣說吧，扭力像是一拳有多少力量，
轉速則是一秒內可以出多少拳，
有個人A，一拳500磅、一秒出一拳，
另一個人B，一拳250磅、一秒出兩拳，
那他們的戰鬥力算是平手，也就是馬力相同，
重點是教練(就是變速箱)，能不能讓選手A出拳更快勝過B？
或是讓B能隨時隨地都可以一秒出兩拳免的速度慢了被打趴？

只要馬力夠(戰鬥力)，配上適當的減速比(教練)，加上好戰術(駕駛)，就能獲勝

至於扭力.......
只是整體戰鬥力的一部分而已

以上個人經驗分享，希望大家多來理性討論，嘴砲就免了

(抱歉，打的匆忙，如果有錯字什麼的請包含)

aron.yang

aron.yang
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23樓

2012-01-03 11:45

Juliansa wrote:
化學能轉換成機械能?
根據F=ma的公式其實是滿難理解時間及能量轉換跟加速度的關係，
可否請m大開示一下，個人以為加速度的公式應該不難，
看來似乎有很多奧妙，可否請m大解釋一下理論基礎。

功(能量)跟力是兩回事.
有作用力不表示有作功.
知道作了多少功推不回作用力, 如果不知道距離.
很多人搞不清楚能量和力的差別.

你的問題:
"根據F=ma的公式其實是滿難理解時間及能量轉換跟加速度的關係"

因為能量轉換跟加速度本來就沒有直接關係.
跟加速度有直接關係的就是扭力, 車商的扭力值指的是飛輪扭"矩",
要乘上終傳比, 再乘上檔位齒比, 除以輪胎半徑, 就是輪胎面上的扭"力".

KESA28493

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24樓

2012-01-03 12:05

Smilla wrote:
其實，以現在的引擎科技，
一般市售車的引擎扭力曲線已經算是平緩，
要比加速還是極速，馬力還是最重要的數據，
扭力則是反應加速過程中表現的方式，得看整條曲線
舉幾台市售車的例子，Focus 2.0 TDCI, Civic 2.0, G37
Focus 32.6kg.m 136hp (瞬間超增壓34.6kg.m) 1440kg
Civic 19.2kg.m 140ps 1305kg
G37 36.8kg.m 326hp 1655kg

如果真如前面幾位所說紐力才是加速的關鍵，
那麼focus的扭力接近G37，配上車重輕200kg，
加速不會差太多，
實際上0-100的成績是
focus 10.X秒
G37 5.X秒

又，Focus對Civic 2.0，馬力小輸，重量差100kg，
但是扭力Focus是Civic的 1.7倍，
0-100加速成績，幾乎同等，civic小勝0.X秒可視為誤差。

這一切似乎指向扭力不是關鍵，
我們來求甚解，
扭力是力單位，馬力是功率單位，
以前面幾位大大所說F=ma，這公式沒錯，
概念也沒錯，但適用法上的限制條件少了時間單位，
在計算上的時間單位在哪裡？
在RPM裡

這邊講的跟aron網友講的不是同一件事吧
aron網友說的是對速度微分的單點加速度
而你說的是0-100的平均加速度

以單純算單點加速度，應該是只跟扭力有關
如果要算0-100的平均加速度，當然就複雜多了...變速箱齒比，引擎轉速，動力耗損等等都要考慮...

Smilla

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25樓

2012-01-03 12:13

aron.yang wrote:
引擎扭矩(F*m)不...(恕刪)

馬力是當下的扭力X轉速還有係數來的，
可以計算，一般的馬力測試機器其實都是扭力測試機，
再計算當下的轉速得出馬力。

真正原始的公式源自於

E = F X S
(J) (Nt) (m)
能量力距離

把等式兩邊的E 和 S 同時除以時間

就變成
E/t = J/t = 功率

S/t = m/t = 速度

扭力(kg.m)提供了力和距離的單位，
把其中的距離配上轉速的時間單位就會變成速度。

如果扭力單位是kg.m，那麼必須先換成牛頓，乘9.806倍
同時扭力代表著延著一個半徑一公尺的圓周跑，
半徑一公尺的圓周長是1*2*3.1415926
又要考慮RPM是每分鐘幾轉，必須換成每秒鐘幾轉，除60
又一馬力約等於746w，除746

結果

馬力 = 扭力 x 2 x 3.1415926 x 9.806 x 轉速 /60 /746
(hp) (kg.m) (rpm)

不過要注意，這是當下的扭力與轉速時輸出的馬力，
一般汽車廠只提供最大扭力，但是扭力不是在所有的轉速都一樣的，
因此最好有扭力曲線圖表比較好算，
舉個例子 civic 2.0 19.2kg.m/4500rpm 155hp/6200rpm
就是說19.2kg.m事在4500rpm時發生，在最大馬力時已經沒有最大扭力了。
(最大馬力發生時的扭力約剩下93%)

但是至少可以推估一些車廠的數據有沒有問題，
像之前就有些機車廠提供的馬力數據換算以後，
比他們提供的最大扭力還大，要碼算錯，不然就是馬力數據大灌水...

Smilla

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26樓

2012-01-03 12:35

KESA28493 wrote:
這邊講的跟aron網...(恕刪)

車子引擎的加速力道一定得透過變速箱轉換出來，
然後透過輪子傳到地面，才能推動車身，
這中間的變因不能不考慮，
變速箱的齒比和輪胎尺寸會決定真正傳到地面上的力道有多少，
所以我那篇文章底下提供了計算後各檔位的加速力，
同時也針對計算結果提出我的想法。
當然裡面也有估計值，傳輸效率DSG以0.94計算，其他以0.9計算，
這是合理估算值，現在自排變速箱大多是這個範圍，
機車的差異反而大，小速克達的CVT有些不到75%，好的打檔車可以到94%.....
雖然我的計算直不可能100%正確，但是綜合誤差也不會大於5%了....

如果光看扭力數字就能決定加速度的值，
那換大一號尺寸輪胎就應該不會感覺到重拖，
共用引擎的車為了不同車輛或變速箱更換齒比也就沒意義。

如果有車友能拿到完整的扭力曲線，
我可以提供我的計算式，合理推論他們的加速數據，
來比對車廠或是雜誌實測的值，就更完美了...

JHTsai

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27樓

2012-01-03 15:27

Smilla wrote:
車子引擎的加速力道一...(恕刪)

建議一下
圖表少了一個最大馬力轉速時，扭力值多少
這樣會比較容易看出差異

----------------------------------------------

車子加速，一定是輪上輸出扭力，扣除掉所有的阻力
包含內部機件磨擦，空氣阻力，重力影響，輪胎減損的傳遞..OOXX，有的沒的....
引擎輸出剩餘的力量，才能拿來加速(提升轉速)

所以很多人說加速看扭力，沒錯，但只說對了一半，還要看能輸出這些扭力的範圍有多大

meridian

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28樓

2012-01-03 19:46

KESA28493 wrote:
aron網友說的是對速度微分的單點加速度
而你說的是0-100的平均加速度...(恕刪)

那你就被他講的誤解了

aron網友講的其實不能符合真實狀況
因為kgm這個單位不包含時間因素在裡面
既然不含時間因素, 那如何算出微分的單點加速度?
所以必須把rpm也考慮進來, 才能算出真正的單位時間推力

meridian

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29樓

2012-01-03 20:00

Smilla wrote:
其實，以現在的引擎科...(恕刪)

一開始我以為你要講對了, 但當你提到"變速"的時候我就知道又錯了 ^++^

車子的加速能力是看馬力曲線下積分的區域面積, 而不是看當下轉速的扭力"剩下"多少
因此就算給focus TDCi有如F1的換檔速度, 還是不可能比160馬力的golf 1.4 tsi快
(golf 1.4 tsi實測8.14秒, 一樣要換到三檔才能破百, 扭力24.5kgm, 從頭到尾扭力都沒高過focus tdci, 就算考慮車重, 加速也比focus tdci快了將近一秒)

KESA28493

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30樓

2012-01-03 20:12

meridian wrote:
那你就被他講的誤解了
aron網友講的其實不能符合真實狀況
因為kgm這個單位不包含時間因素在裡面
既然不含時間因素, 那如何算出微分的單點加速度?
所以必須把rpm也考慮進來, 才能算出真正的單位時間推力

那可以解釋一下牛頓第二運動定律F=ma嗎?
F有時間因素?
m有時間因素?
都沒有的話為什麼可以算出加速度?

這樣吧
假設有一台車，已知車重，一檔齒比，輪胎尺寸，引擎到輪胎動力損耗比
當這台車在某個時間以一檔加速，然後告訴你在這個時間引擎輸出的馬力，而不跟你說引擎轉速的時候，你可以算出車子當時的加速度值嗎?
再一樣的條件下，告訴你在這個時間引擎輸出的扭力，而不跟你說轉速的時候，你可以算出車子當時的加速度值嗎?