汽车驱动理论

汽车驱动理论
马力与扭力哪一项最能具体代表车辆性能？有人说「起步靠扭力，加 速靠马力」，也有人说「马力大代表极速高，扭力大代表加速好」，其实这些都是片段的错误解释，其实车辆的前进一定是靠引擎所发挥 的扭力，所谓的「扭力」在物理学上应称为「扭矩」，因为以讹传讹的结果，大家都说成「扭力」，也就从此流传下来，为导正视听，
本文以下皆称为「扭矩」。

扭矩的观念从小学时候的「杠杆原理」就说明过了，定义是「垂直方向的力乘上与旋转中心的距离」，公制单位为牛顿-米(N-m)，除以重力加速度 9.8m/sec2之后，单位可换算成国人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制单位则 为磅-呎(lb-ft)，在美国车的型录上较为常见，若要转换成公制，只要将lb-ft的数字除以7.22即可。

汽车驱动力的计算方式：

将扭矩除以车轮半径即可由引擎马力－扭力输出曲线图可发现，在每一个转速下都有一个相对的 扭矩数值，这些数值要如何转换成实际推动汽车的力量呢？答案很简单，就是「除以一个长度」，便可获得「力」的数据。举例而言，一 部1.6升的引擎大约可发挥15.0kg-m的最大扭力，此时若直接连上185/ 60R14尺寸的轮胎，半径约为41公分，则经由车轮所发挥的推进力量为15/0.41=36.6公斤的力量(事实上公斤并不是力量的单位，而是重量的单位，须乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的标准单位「牛顿」)。

36公斤的力量怎么推动一公吨的车重呢？而且动辄数千转的引擎转速更不可能恰好成为轮胎转速，否则车子不就飞起来了？幸好聪明的人类发明了「齿轮」，利用不同大小的齿轮相连搭配，可以将旋转的速度降低，同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比，因此从小齿轮传递动力至大齿轮时，转动的速度降低的比率以及扭矩放大的倍数，都恰好等于两齿轮的齿数比例，这个比例就是所谓的「齿轮比」。

举例说明，以小齿轮带动大齿轮，假设小齿轮的齿数为15齿，大齿轮的齿数为45齿。
当小齿轮以3000rpm的转速旋转，而扭矩为20kg-m时，传递至大齿轮的转速便降低了1/3，变成1000rpm；但是扭矩反而放大三倍，成为60kg-m。这就是引擎扭矩经由变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。

在汽车上，引擎输出至轮胎为止共经过两次扭矩的放大，第一次由变 速箱的档位作用而产生，第二次则导因于最终齿轮比（或称最终传动 比）。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。举例来说，手排六代喜美的一档齿轮比为3.250，最终齿轮比为4.058，而引擎的最大扭矩为14.6kgm/5500rpm，于是我们可以算出第一档的最 大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm，比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m，即可获得推力约为470公斤。然而上述的数值并不是实际的推力，毕竟机械传输的过程中必定有磨 耗损失，因此必须将机械效率的因素考虑在内。

论及机械效率，每经过一个齿轮传输，都会产生一次动力损耗，手排变速箱的机械效率约在95%左右，自排变速箱较惨，约剩88%左右，而传动轴的万向接头 效率约为98%，各位自己乘乘看就知道实际的推力还剩多少。整体而 言，汽车的驱动力可由下列公式计算：

扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率
驱动力= ————————————————————
轮胎半径（单位为公尺）