选车必看：汽车动力详细计算实例（2）

(本文代表我个人观点，仅供读者参考)

详细分析一辆车的动力参数有利于对目标车型实际使用时出现的各种情况作出预测，这对于注重汽车性能的中国成熟汽车消费群体来说很有必要。我们将采用计算汽车驱动力、结合行驶速度、风阻系数、公路坡度和乘员数量等参数深入分析汽车动力，和车友从运动理论角度分享爱车的动力情况，在新购买车辆时可以选到既满足需要，性价比也合适的车型。

物理学知识告诉我们：所有阻碍车辆行驶的力量被称为行驶阻力，推动汽车行驶的力量被称为驱动力，当驱动力大于行驶阻力时车辆就行驶。我们来分享一下这两个“力”。

一、驱动力演绎

1、计算驱动力的基本公式

专业人员和资深玩友都知道这个计算汽车驱动力的基本公式：

驱动力=（输出扭矩×挡位速比×主减速器速比×机械传动效率）/车轮半径

仔细解读这些参数有利于加深我们对整个汽车动力原理的理解。整个参数运用的算法停留在乘法和除法层面，没有走出四则运算的范围，所以，只要手上拿个计算器，不要按错键，大家都可以轻松计算出正确结果。下面我们就来一一解读这些参数的意思。

2、驱动力

就是推动汽车行驶的力量。从发动机曲轴输出扭矩开始，经过减速器、变速箱、传动轴、最后到车轮转动为止就是驱动力的整个传递路线。一般只计算“最大驱动力”，给出一个汽车动力的上限，这关系到汽车的最高行驶速度、最大载重量和最大上坡角度等众多参数。我们在平时驾驶时用到的是相应转速下的驱动力，理解这个问题需要先看看发动机特性图。

3、输出扭矩

多数情况下，发动机转速是在变化过程中的，随着转速不同，发动机输出的扭矩也不相同，产生的驱动力也不相同。参数表中只给出最大扭矩和最大扭矩转速，对于自然吸气发动机和涡轮增压发动机来说，最大输出扭矩的转速和类型是不一样的，所以驱动力的情况也不相同。我们还是先从发动机外特性图来理解它们的区别：

这是自然吸气发动机的发动机特性图。红线代表扭矩、黑线代表功率，下边的数字是发动机转速，左边的数字是输出扭矩，右边的数字是输出功率。当转速=1000时，输出扭矩只有100Nm左右，随着转速增加扭矩也增大；到4300转时扭矩增高到143Nm的最大值，持续到5000转时开始下降。扭矩是驱动力的动力源，输出扭矩低时产生的驱动力也相对小，当输出最大扭矩时产生的驱动力也最大。这台发动机的最大驱动力出现在4300-5000转区间内。多数自然吸气发动机只有一个山峰型的最大扭矩值，最大驱动力也只出现在与峰值对应的转速。

这是一张普通进气管喷射涡轮增压发动机的发动机特性图。最大扭矩从2500转开始，持续到4500转开始下降，因此，最大驱动力可以位于2500-4500转的区间内。在其它转速时的驱动力和输出的扭矩相吻合，这对理解不同车速时的驱动力大小很重要。

计算输出扭矩时单位要使用公斤（kgf.m）,需要把最大扭矩转化一下。按照1公斤（kgf.m）=9.8扭(N.m)计算，200N.m=200/9.8=20.4082kgf.m。

4、挡位速比

变速箱内六组（五挡变速）齿数的齿轮相互组合后可以改变曲轴传输来的转速，传入速度和传出速度之间的比值就是挡位速比。对于五挡变速箱来说，共有1、2、3、4、5和倒挡六个速比。变速箱有两个作用，一是可以改变曲轴输出的转速高低，二是可以改变曲轴输出的扭矩大小。

这是车友发在网上的一张变速器各挡位的速比表，我们在计算时只找到具体车型的速比表就可以了。

5、主减速比

主减速比是主减速器齿轮组合的比值，是一个固定参数。找到变速箱的速比表通常就有这个数据了，上图最下面一栏就是主减速比。我们可以把主减速比理解为通过减小速度来放大输出扭矩和增加驱动力的机械方法。

6、机械效率

扭矩从曲轴输出以后，经过变速箱、减速器等机械传动装置最终到达车轮时肯定会有损耗。例如曲轴输出了100Nm,到了车轮时剩下95Nm，机械效率就是0.95。现在生产汽车时把发动机、变速箱和减速器作为一个动力单元，称为动力总成，大幅提高了使机械效率。这个数据不太好找，可以根据车型整体质量选择0.95-0.98的数字。

7、车轮半径

我在“选车必看：汽车动力分析实例（1）”中谈到轮胎时重点在轮胎宽度上，这里要强调轮胎的半径。半径越大、车轮上驱动力就越小，半径越小、车轮上驱动力就越大。计算车轮半径的公式是：

车轮半径=（轮胎宽度×高宽比×2+25.4×轮毂值）/2

205/60 R16车轮的半径=（205×0.6×2+25.4×16）/2=326.2mm，代入公式计算时单位要用米，所以车轮半径=0.3262m。

8、实例计算

我们使用前面A3变速器的传输速比表和网站参数表里的数据为例计算：最大输出扭矩160Nm（16.3265kgf），最大扭矩转速3900rpm，一挡速比3.546，主减速比3.938，机械效率0.96（估算），车轮半径205/55R16=0.31595m。

最大驱动力=（16.3265×3.546×3.938×0.96）/0.31595=692.7256kgf

这是在使用一挡和转速在3900rpm时才能获得的驱动力。如果是其它挡位就需要带入相应的挡位速比计算；如果转速不同，就要带入计算转速下的输出扭矩值计算。

我们再算算3900转使用五挡（速比=0.769）时的驱动力：

驱动力（5挡4200）=（16.3265×0.769×3.938×0.96）/0.31595=150.2270kgf

计算驱动力时必须把具体挡位的速比和具体转速时的输出扭矩作为参数计算，不能笼统的使用最大值。

二、行驶阻力演绎

前面罗嗦了半天很容易让人犯瞌睡。现在就开始谈怎么用那个驱动力公式来判断自己钟爱已久的车型。还是以A3为例来计算。

首先，我们还是先来看看构成三大行驶阻力的因素是哪些？（1）在无风条件下高速行驶时，行驶速度=风速，我们把它称为风阻；（2）汽车上坡时，爬坡的角度可以形成阻力，公路上使用百分比计算，每100米升高1米时按照1%计算；（3）汽车的重量在行驶时会和路面产生滚动摩擦力，是用路面摩擦系数乘上车重来计算。

行驶阻力的计算公式是：

行驶阻力=路面摩擦系数×车重+风阻系数×迎风面积×速度?+坡度×车重

路面摩擦系数可以在网上查；不同车型的风阻系数不一样，要查具体车型的；坡度使用百分比方便运算。

1、最大驱动力

最常用到的是上坡或者载重，我们以上坡为例进行计算。

A3的整备质量=1360kg，当驾驶员体重=75kg时，车重=1435kg；风阻系数=0.27，迎风面积=（高度-离地间隙）×车宽=2.3448m?；假设上坡路面是干土路面，滚动摩擦系数=0.025-0.035（取0.03）；行驶速度取10km/h；根据前面计算用一挡+3900转时的最大驱动力=692.7kgf最大爬坡角度：

692.7=0.03×1435+0.0027×2.3448×10?+坡度×1435

坡度=（692.7-43.05-0.6331）/1435=0.45=45%（≈24°）

理论上说，当A3上只有一名75公斤重的驾驶员，用一挡/3900转，在干土路面上可以爬坡的最大角度不超过24°。

实际驾驶过程中，可能会遇到陡坡上熄火后起步的情况。如果是新手会心慌，甚至怀疑汽车的动力太差上不去陡坡，因此首先计算过爱车的最大驱动力后，就可以知道在最大扭矩转速时可以爬上多大角度的坡。还是用A3为例，起步时先要把转速提高到3900转再慢慢放离合给油，此时已经达到了驱动力的最大值，还上不去就要拖了。如果是脚刹和油门配合不好，手刹配合也不熟练，最后可以这样做：先在后轮下垫个东西，放手刹让车停稳，然后再把发动机转速加到3900转，顶住油门，慢放离合器即可。

2、最高车速

汽车参数表中有“最高车数”一栏，有的车型做了标注、有的没有。只要能找到足够的参数，我们也可以在买车前就估算出备选车型的最高车速的大体情况。来看看A3的最高车速能有多高：

最高车速自然要使用最高挡行驶，A3是五挡变速器，就选择五挡的速比；第二点是路面的滚动摩擦系数，应该是高速路面，在网上查到高速路面的滚动摩擦系数=0.12；第三点是车重，上高速最好两个人，按照计算公式体重对最高车速的影响不大，就用整备质量+150kg(75×2)；最后是坡度，高速路面基本是平路、上坡和下坡三种情况，就按照平路计算会公平些。根据前面计算五挡在最大扭矩转速的驱动力=150.227kgf为标准，找出那个小于等于驱动力的最高速时就是A3的最高车速。

高速平路：

当一人使用五挡驾驶A3在坡度为0的高速路上行驶，150.227kgf驱动力可以驱动汽车行驶的最大速度是：

150.227kgf=滚动摩擦力×车重+风阻系数×迎风面积×行驶速度?+0

150.227=0.012×1435+0.0027×2.3448×行驶速度?

行驶速度=144.94

问题来了，与五挡144.9km/h行驶匹配的转速为3700转，这个转速的输出扭矩是140Nm，比最高扭矩143Nm少了3Nm。

理论上讲，如果你驾驶A3以120km/h行驶，需要超车时速度提高幅度不会超过144.9km/h；如果你已经接近144.9km/h速度行驶，就没有任何提速所需的储备驱动力了。

我们再计算一下使用4挡时的最高车速情况。先使用4挡速比计算发动机转速在最大输出扭矩转速区间的最大驱动力：

驱动力（4挡4200）=（16.3265×0.972×3.938×0.96）/0.31595=189.88kgf

最高车速=（0.012×1435+0.0027×2.3448×行驶速度?）/189.88=165.14km/h。

当四挡行驶到165km/h时,发动机转速约5350转，对应的输出扭矩约140Nm，处于最大扭矩下降初期，所以，使用4挡驾驶最高行驶速度不超过165km/h。

与三挡150km/h时速匹配的发动机转速约6700转，超出了最大扭矩和最大功率范围，就不再计算了。

这里需要和大家商讨一个问题：最大功率（马力）和最大扭矩，谁更能代表输出动力？我们从两张发动机特性图中可以看出当达到最大功率转速时，输出扭矩已经开始下降。

我们还是用四挡来计算一下发动机转速达到6000转时的驱动力和阻力情况。从发动机特性图中可以看到6000转时输出扭矩下降到约128Nm（13.0612kgf）：

驱动力（4挡6000转）=（13.0612×0.972×3.938×0.96）/0.31595=151.9073

与四挡6000转对应的行驶速度是187km/h：

行驶阻力=0.012×1435+0.0027×2.3448×187?=17.22+221.39=238.61

行驶阻力-驱动力=238.61-151.91=86.7kgf

你看，还需要增加86.7kgf的驱动力才能克服行驶阻力。显然，和我在其它说客中解释的情况一样，应该把最大输出扭矩作为评估动力的基本标准，最大输出功率（或马力）只是个功耗标准。

（本来还要接着写“坡度对最高速度的影响”和“中低速度下影响动力的因素分析”，由于计算没有完成，只能等等了）

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