怎样全面分析汽车动力性能？

大洪

　　从发动机的活塞向下运动开始到驱动车轮滚动，我们可以把整个动力的生产、传输和做功看成是一条连续的动力链；设计人员根据自己对汽车行驶的理解来设计这条动力链中的各种参数，满足不同需求驾驶者的需求。我想试着把整备质量、行驶速度、爬坡、风阻等因素和变速箱速比、车轮参数等所有参数都放进一个系统来分析，这个系统可称为“整车动力链”。
　　整车动力链分为动力部分和传输部分，这一篇说客（1）主要介绍整车动力链的传输部分，下一篇说客（2）再介绍动力部分。说客中选取的三款车型数据全部从汽车之家和收索网站上获取，计算结果仅代表我个人观点。
　　一、动力传输部分
　　动力传输部分的基本作用是通过改变传输速度增加输出动力和选择与行驶速度相匹配的传输速度。设计人员通过参数间的相互匹配巧妙地赋予了不同车型的行驶特点，我们将通过分析来自不同设计风格的三款车型参数分享设计者的良苦用心。
　　1、速比设计
　　考虑到汽车行驶的实际需求，在整车动力链中设计了二级变速，第一级是选择性变速，通过档位速比（齿轮）组合形成一个符合行驶需求的变速比例，也就是档位变速；第二级是固定变速，主减速器把经过档位变速后的转速再次变速。计算时把档位速比乘以主减速比，结果是总减速比，表示从发动机的曲轴开始到车轮为止转速减少(或增加)了多少（也就是动力增加了多少）？
　　我们先看一下这张表中三款车型的数比设计：
　　

　　三款车型采用了三种变速策略：车型A减速比例最小，车轮转速最高；车型B减速比例居中、车型C减速比例最大，匹配的车轮转速也最低。不同档位的动力设计将在后面“速比与车轮关系”中进行讨论。
　　2、车轮设计
　　车轮设计是整车动力链中的重要一环，需要考虑到发动机参数、总减速比、行车速度、车辆用途和轮胎更换费用等多重因素，所以，设计人员需要进行精心计算和综合妥协后才能决定。随着分析深入，我们会认识到这组参数的重要性。
　　

　　三个车型的车轮半径和周长是不同的，这意味着即使采用相同的总减速比也会影响到汽车的驱动力和行驶相同距离时车轮的转速并不相同。我们首先计算一下当发动机转速为1000rpm时各档位组合后的车轮转速，会发现三款车型的设计风格是有区别的。
　　

　　车型A的转速最快，车型B除了四档转速低于车型C外、其它档位的转速高于车型C。车轮转速快的车型运动灵活性高，完成起步、转弯、提速等动作时具有优势。转速快不一定跑的远，因为运动的距离由车轮周长决定。来看看车轮在发动机转速为1000rpm时行驶1分钟的距离：
　　

　　车型B在一、三、五档的行驶距离略大于车型A，二档时等于车型A，四档时小于车型A；车型B所有档位的行驶距离大于车型C。车型A在所有档位时的行驶距离都大于车型C。
　　看到这里，如果大家得出的结论是车型C比车型A和车型B的设计差就太早了。接着分析。
　　3、速比与车轮的关系
　　速比、车轮和行驶距离是一串矛盾：速比越大、传输到车轮的动力越大；车轮越大、作用到汽车的驱动力越小；速比和车轮越大、汽车行驶的距离越小。由此可见，速比和车轮设计的过程就是一个需要照顾到各种需要而不断妥协的过程。
　　（1）主减速比与车轮的关系
　　主减速比与车轮参数决定了汽车的总体动力性能。参与分析的三个车型的主减速比分别是车型A：3.941、车型B：4.06和车型C：4.529；配置的车轮半径是车型A：0.3015米、车型B：0.3262米和车型C：0.3173米。车型A用的是小减速比+小车轮半径策略、车型B用的是较小减速比+大车轮半径策略、车型C用的是较大减速比+中等车轮半径策略。这样的设计在行驶中有什么特点？
　　车型A的主减速比+车轮半径很适合起步和提速瞬间时的行驶需要，较低的减速比可以提高车轮转数，较小的车轮半径又保证了驱动力。对于起步和提速比例较高的市区行驶来说，车型A是比较合适的；但是，换个角度看，这样的设计伴随的问题是小半径车轮的周长也随之缩短，也就是在行驶相同距离时需要的车轮转数会比大半径（车型B）车轮多一点，所以，长途行驶时就没有多少优势了。另外在通过像减速带这样的小沟坎时有点影响，车轮半径较大时影响会小许多。车型A的车轮宽度（185mm）也是经过周密设计的，窄车轮减震会差一些，如果增加行驶时的车重就可以掩盖这个问题，如果考虑到乘员不会在意减震效果因素，这款车型的用途应该是公共交通工具。
　　车型B的主减速比+车轮半径似乎没有车型A那么讨巧，如果把档位减速比和发动机参数一起考虑就可以窥视到设计者的理念。人们通常认为车轮大一些减震效果好、舒适、以利于通过小沟小坎，相同距离条件下半径较大的车轮滚动次数也比小半径车轮少一些。在满足注重享受的消费者需求的同时又不能加重耗油量负担的设计方案有几种，分别把主减速比和档位减速比稍稍提高一点就是其中一种。当然，车型B的设计师还做了其它优化来平衡动力、速度和耗油量，我们在下一篇动力部分中会详细阐述。
　　车型C的设计会使驾驶者感觉很舒服。把主减速比设计的高一点可以感受到汽车的动力性较好，车轮半径在车型A和车型B之间是很独特的。如果分别驾驶这三款车进行比较，从起步、加速到跑长途，不少人会认可车型C；仅仅从主减速比和车轮参数看，车型C在获得起步、提速和行驶优势的同时也会带来较高的耗油量，结果究竟怎样我会在下一篇关于动力的说客中继续和大家讨论。
　　有的改装爱好者在没有改动整个系统的情况下仅仅通过加大车轮尺寸来增加通过性，结果是汽车动力下降，耗油量上升，起步情况比改装前差了许多。其实，只要把主减速比根据车轮的情况适度增加一些，除了耗油量会有所增加外，动力变化不会太大。
　　（2）档位减速比与车轮的关系
　　把三款车放在一起讨论有助于加深对档位减速比的理解。
　　一档：用于起步
　　车型A的总减速比=13.616、是最低的，匹配的车轮半径也是最小，所以起步时动力基本够用，顶多稍稍带一下油门就行；车型B的总减速比=14.535、居中，匹配的车轮半径是最大的，起步动力和车型A相比差不多；车型C的总减速比=16.055，是最高的，但是一档的速比低于车型B，可以把这个设计看成是一种“校正”，匹配的车轮半径居中，起步时的动力优于车型A和车型B。
　　二档：低速行驶
　　车型C的档位速比最低，结合总减速比考虑，车型C还是用“校正”的方法来控制低速行驶时的耗油量。
　　三档：加速档
　　车型C的档位速比仍然最低，总减速比最高，车轮半径居中，加速效果可能会优于车型A和车型B。车型A和车型B的情况比较接近。
　　四档：中高速行驶
　　这是在市区行驶中经常使用的档位。车型A保持了一二三档的设计风格；车型B提高了输出动力，利于快速过渡到高速行驶阶段，在这个档位上的提速性能优于车型A和车型C；车型C的档位速比最低，总减速比（4.389）首次低于主减速比（4.529）。这说明车型C的设计师最大限度地利用了发动机曲轴转速，在降低耗油量的同时保证输出动力。
　　五档：高速行驶挡
　　五档主要用于高速行驶，三款车型的总减速比最接近。大家稍微注意就会发现此时三款车的总减速比均小于主减速比，也就是说车轮转速是大于发动机曲轴转速的，通过减低发动机转速来提高输出动力的设计到此为止。汽车在高速匀速状态下的行驶近似于“惯性运动”，档位速比的作用基本达到极限，相反其它因素的作用开始占据主导。
　　由于车辆在高速行驶时受到的最大阻力是风阻，所以，我们需要继续从车辆行驶阻力和发动机输出动力角度来对三款车型进行分析。
　　有兴趣的车友可以接着看关于动力部分的讨论。
　　

大洪

　　
　　（本文代表我个人观点，仅供读者参考。温馨请求：驾车时勿将垃圾抛出窗外）
　　二、整车动力链
　　汽车的整车动力链是根据所有影响动力和耗油量的因素进行分析。首先看一下三款车型的相关参数：
　　

　　1、发动机、速比/车轮的关系
　　发动机是整车动力链的源头，不断提高发动机输出动力一直是各大汽车企业追求的目标。我们从动力的角度观察，能够更彻底的认识整车动力链。
　　（1）最大驱动力
　　最大驱动力是在最高总减速比（一挡）+最高扭矩（在最高扭矩转速）条件下把油门踩到底时出现的，根据汽车驱动力计算公式（可以在我前面的说客里找到）就可以计算出汽车的最大驱动力了。用到最大驱动力的情况很少，例如满载时上陡坡，把油门踩到底，转速达到最大扭矩转速（各车的具体转速不同，参数表中有）就可以达到最大扭矩。
　　

　　计算得到的数据是车型C的驱动力最大、车型A第二、车型B第三；低速阶段（发动机1000转时）排列次序也一样，车型C的低速动力储备较大；转速到2000转时车型B最大，说明车型B此时有很好的动力储备；转速到3000转时车型A最大，有利于高速超车。最大驱动力受到车轮半径配置和总减速比设计的影响，从结果中可以看出三款车的动力输出都有自己的特色。
　　（2）车轮设计对最大驱动力的影响
　　有的改车族会通过改装车轮来调整动力和耗油量，我们来看看把车轮改大（都使用车型B的规格）和改小（都使用车型A的规格）会对驱动力有什么影响？
　　

　　当把车型A和车型C的车轮参数（半径）改成车型B（三款中最大）的规格后，最大驱动力和各转速时的驱动力明显降低。我们在购买汽车时在追求大车轮的气派和舒适时，会损失部分驱动力，部分车友把车轮改大后汽车动力也出现下降。把车型B和车型C的车轮改成车型A（三款中最小）的小轮径后情况是：
　　

　　车型B和车型C的驱动力明显增加，对于汽车加速和载重帮助很大。不过小车轮的通过性不如大车轮，过减速带就会引起方向盘抖动幅度增加，道路条件较差时减震也变差，有兴趣的朋友可以试试。
　　2、汽车行驶阻力和车速特点
　　汽车行驶阻力与车身参数和行驶速度密切有关。先看看这张表：
　　

　　（1） 整备质量
　　整备质量对行驶阻力的影响相对低一些，如果其它方面的潜力已经挖掘到极限，或者希望最大限度降低阻力，车身轻量化仍然是有效方式。车型A整备质量最小，对减少行驶阻力有正面帮助，车型B和车型C重量还有下降空间。现有的行驶阻力计算方法是否可以完全反应汽车的实际行驶情况也是一个值得关注的问题，也许可以通过修正来增加符合度，不过这个问题还是留给基础理论研究者吧。
　　（2）迎风面积和风阻系数
　　在高速行驶时，迎风面积和风阻系数是影响行驶阻力最大的因素。两项参数在形成阻力时是乘积关系，两项都增加或其中一项增加都会成倍增加阻力。阻力增加导致的直接后果是对冲了汽车动力和增加耗油量，所以尽量选择迎风面积小或/和风阻系数小的车型会比较省油，动力也会好一些。
　　迎风面积可以直接从参数表内查到，用车身高减去离地高度后再乘以车宽就可以得出一个初步数据；风阻系数通常不列入参数表，找起来麻烦一些。作为外形相近的车型风阻系数差别不大，找到一个也可以作为共同参数使用。
　　（3）行驶速度
　　根据汽车行驶阻力计算方法，行驶速度在计算时需要采用平方，例如行驶速度=40公里/小时，计算时就用40的平方=1600。当速度达到100公里/小时，结果是100的平方=10000，数量级从3位跳到5位。由此可见，汽车行驶速度超过100公里/小时后，阻力会迅速上升。
　　3、寻找输出动力和耗油量的妥协点
　　现在，越来越多的发动机新技术进入了汽车市场，比如缸内直喷技术、小排量涡轮增技术、双喷油嘴技术、双进气管技术、高压缩比技术…。这些技术的目的就是在不断提高输出动力的同时降低耗油量。我们继续分享这三款发动机的动力输出特点。
　　（1）降低耗油量策略
　　三款车型的综合耗油量分别是6.0-6.3L/100公里，基本处于同一水平。结合前面对各种参数的比较可以看出它们在降低耗油量时采用的策略还是有区别的：
　　车型A：
　　主要使用了车身轻量化（1120kg），较高输出转速（总减速比13.616），小轮径（185/60R15）和减小迎风面积（2.5078平方米）等技术；
　　车型B：
　　主要采用了高压缩比（11）发动机提高发动机扭矩贡献值获得较低的耗油量。较大的车轮在1-3挡提速可能稍弱，四挡应该比较强。通过综合设计加高性能发动机应该值得肯定。
　　车型C：
　　从发动机的压缩比看，技术应该是前两年的，获得这样低的耗油量不容易。设计人员应该在气门正时系统下足了功夫，同时最大程度地优化了动力传输系统，否则很难达到这样低的耗油量水平。
　　（2）扭矩贡献值
　　我在以前的说客中多次提到“扭矩贡献值”的概念，因为在评价发动机性能时，扭矩贡献值是一个非常苛刻的指标。随着各种新技术应用到发动机以后，使用升功率和升扭矩来评价发动机（特别是涡轮增压发动机）已经跟不上需要。扭矩贡献值代表的是每毫升燃烧室容积产生的扭矩，而燃烧室容积和混合气需要量是正比关系，是一个和耗油量相联系的评价指标。
　　

　　

　　

1987crown

学习了，知无不言，言无不尽

米修1123

最高车速    最大爬坡度    加速时间

liaotinghe

最高车速    最大爬坡度    加速时间

yinqing

谢谢了，这是我在《汽车之家》写的说客。只是个科普级别的，在这样的专业网站上发级别低了一点。要从专业解读讨论这个问题完全不一样了。
【说客】中国品牌中的神车有哪些？_汽车之家
http://shuoke.autohome.com.cn/article/26612.html

yinqing

以后转我的帖子写上出处。

ccttyy

分析的很专业啊，赞

Brounes

非常好的东西，让初学者对整车动力性和燃油经济经济性优化解决方案都有了一个初步的概念， 不知道楼主有没有对纯电动车型的研究

jetfire

赞一下！很专业1

liu_y_f

赞一个，很有帮助！多谢楼主分享！！！！！！！！！！！！！！！

skyxu2015

专业啊，有点看不懂

修车小匠

不错，不错

SXY123

非常专业，谢谢楼主的大公无私！点赞

搜索青春

分析的不错