汽车的扭矩和功率的认知

汽车的扭矩和功率的认知

常见的汽车参数有扭矩和功率，那么如何理解他们呢？(以便更好的挑选适合自己的汽车)

1. 扭矩的定义
     扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩，属于力矩的范畴。那为什么要定义力矩这个不太好理解的东西呢？
     那是因为光靠力来描述不够！
     如下图，有一个磨盘。箭头表示作用力的方向，如果使用F(A)的方向，不管多大力，都推动不了磨盘；如果用F(B)，可以推动磨盘，但是需要很大的力；如果用F©，可以很轻易推动磨盘。为什么呢？因为使物体产生转动的是作用力和力臂的共同作用，即"力矩"的作用，力矩=力*力臂，这里F(A)不管多大，垂直于力臂的方向的力始终为0，所以力矩始终=0，无法使物体转动；F©的力臂比F(B)长，所以要使磨盘有等效的转动，所需的力很小。

  
  那扭矩是什么呢？如下图所示为发动机的工作原理GIF图:
  
  从侧面看发动机(如下图)：主轴围绕自身轴心旋转，用于动力输出；曲轴突起与主轴轴心有一定的距离，用于产生力臂。当活塞上下运动时，连杆对曲轴突起有一个作用力。此作用力与刚才所说力臂产生了力矩，推动了曲轴的旋转，此处的力矩即是所谓的扭矩。
  
  所以说我们平时看到的汽车扭矩参数就是表示发动机使主轴转动的能力大小，那具体怎样体现在我们比较好理解的“动力”上呢？下节见分晓。

2. 扭矩与动力的关系
   下面介绍扭矩与动力的关系，我们平时所说的动力具体指什么呢？其实指的就是：a) 加速快不快，用加速度表示(没学过加速度的回去初中重新学) b) 加速能力是否能在任何速度都持久有力
   总之就是加速度快不快！
   这里要引用初中物理的姿势：
   F=ma 其中F表示作用在物体上的力，m表示物体的质量，a表示加速度。
   也即一定质量的物体，加速度与作用在它身上的力成正比，那么看加速度快不快，就看作用力了！

  如下图，发动机的动力是通过齿轮，或者类似齿轮的装置传动到轮胎上的。我们知道力的作用是相互的，就如下图中齿轮A和齿轮B在传输力的时候齿轮A对齿轮B有一个F(A)的作用力，那么齿轮B同样对齿轮A有一个F(B)=F(A)的力。就这样，通过层层传递，最终这个力传递给轮胎，轮胎当然就传给地面了。轮胎对地面的作用力是向后的，则地面对轮胎有一个向前的力。又轮胎与汽车是一个整体，不能单独往前走，于是就牵引着汽车前进。

  绕了一大圈，你会发现：汽车的牵引力就是发动机输出的力！
  那发动力曲轴突起上的力怎么计算呢？ 扭矩=扭力*力臂，一般汽车的扭矩是标准参数，那我们只需要知道力臂就能知道扭力的值了嘛。
  力臂怎么知道呢？一般汽车参数会介绍发动机的行程，就是活塞从最顶部到最底部行走的距离，这个不就是曲轴突起旋转的直径嘛！活塞在最上面的时候，曲轴突起也在主轴最上面；活塞在最下面的时候，曲轴突起也在主轴的最下面；活塞上下运动的距离刚好=2个曲轴突起的半径。
  所以：力臂=行程/2
  以2019款BMW 3系举例，下表是在太平洋汽车网查询的：
  已知最大扭矩=270N×m，行程=94.6mm，则力臂=94.6/2=47.3mm=0.0473m。
  代入公式： 270N×m=扭力×0.0473m ==> 扭力=5708N (汽车的牵引力为5708N)
  代入加速度公式F=ma : 5708N=1570kg×a ，则加速度a=3.64m/s²
  怎么样，是不是算出来了？大家应该知道为什么扭矩与加速度有强相关，而不是功率了吧。当然，以上全是理想情况，实际过程会有动力传输损耗、风阻、轮胎是否打滑、扭矩什么时候能达到最大等问题，不过基本可以以上理想模型来考虑，除非特别极端情况，否则误差不会太大。

  那么，功率与动力、扭矩又有什么关系呢？请见下节介绍

3. 功率与动力、扭矩的关系
     可以简单的说，功率是对扭矩的一种补充。它表示汽车持续保持高动力的能力，通俗讲就是车速高了以后，想继续快速加速，就得看功率了。
     例如A车扭力10000，但是最大功率只有100kw；B车扭力5000，但是最大功率有200kw。从0到100km/h的加速你会发现A动力比较强，加速比B快；但是当超过100km/h后想继续加速，A车就感觉动力不足，加速很慢甚至加速不上去了；但是B车依旧可以保持很快的加速。这个就是最大功率的作用。
     为什么会出现这种情况呢？