汽車的加速分析

1、 各種汽車加速度性能的對比研究武漢一中，高一(1)班研究性學習物理組成員：舒曠 盧寅璽 牛心妍 桂靖恒 湯菁薈 程果 胡峻國 顧欣 徐鵬飛一、課題背景在街道上，我們可以看到：許多車輛在等紅燈，可在信號燈變綠后，為什么在同一條線上等待的車，有的首先沖到了前面，而有些車卻被落在后面，除了司機精力是否集中外，主要是因為不同的車加速性能有所不同。衡量一輛汽車的好壞標準中，加速性能是其中一個重要因素，更是跑車好壞的最重要因素。如何評價汽車的加速性能，每一位車主、準車主都很關心。實際上，汽車技術性能指標上的加速性能只是一個參考值。很多人都知道力、質量與加速度加速之間的關系，但汽車的加速性能與很多因素有關。

2、汽車性能參數(shù)中有許多和性能有關的數(shù)據，如功率，扭矩，100km/h加速時間等等?？墒羌铀俣仁侨绾斡嬎愠鰜淼哪?？這不禁使我產生疑惑。二、課題目的了解影響汽車加速性能的主要因素有哪些，在得到相關知識的同時，能夠開發(fā)我們的創(chuàng)新思維，提高觀察能力和動手能力。三、課題研究方法1.查找資料：上網查找，翻閱書報，收集資料。2.實地調查：對行人、司機的采訪。3.總結整理：整理資料，分析內容。四、課題研究過程(一)資料收集據網上資料，影響加速度性能的因素有如下幾個： 1、汽車的重量 2、發(fā)動機的扭矩 3、發(fā)動機的轉速 4、空氣阻力與地面的摩擦力等阻力.扭矩扭矩是使物體發(fā)生轉動的力。發(fā)動機的扭矩就是指發(fā)動機從曲軸

3、端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)動機轉速成反比關系，轉速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽車在一定范圍內的負載能力。啟動時或在山區(qū)行駛時，扭矩越高汽車運行的反應便越好。以同類型發(fā)動機轎車做比較，扭矩輸出愈大承載量愈大，加速性能愈好，爬坡力愈強，換擋次數(shù)愈少，對汽車的磨損也會相對減少。尤其在轎車零速啟動時，更顯示出扭矩高者提升速度快的優(yōu)越性。在活塞發(fā)動機中，活塞做往復運動，曲軸做旋轉運動，他們之間由連桿相連。在做工沖程我們可以發(fā)現(xiàn)，其實可以把連桿和曲軸的連接軸中心到曲軸旋轉中心的距離看做是力臂，氣缸做工向下運動就是力，力經過連桿施加到曲軸上，驅動曲軸旋轉，也就成了我們所說的扭矩。.功率功率

4、是指物體在單位時間內所做的功。功率越大轉速越高，汽車的最高速度也越高,常用最大功率來描述汽車的動力性能。最大功率一般用公制馬力(PS)或千瓦(kW)來表示，1PS等于0.735kW。功率密度即比功率(比功率是衡量汽車動力性能的一個綜合指標，具體是指汽車發(fā)動機最大功率與汽車總質量比)。（二）相關數(shù)據車型車重發(fā)動機排量變速箱最大車速Lamborghini Gallardo1380kg5.2L 中置V10自然吸氣發(fā)動機功率419kW8000r/min扭矩540Nm6500r/min5.2L6檔 自動325km/hSmart fortwo770kg1L 后置L4渦輪增壓發(fā)動機功率 62kW 5250r

5、/min扭矩 120Nm 2000-4750r/min1.0L5檔半自動155km/hBMW R 1200 RT229kg1.2L 水平對置雙缸發(fā)動機功率 80.3kW 7500 r/min扭矩 115.26Nm 6000r/min1.2L6速螺旋齒輪250km/hBuggetti Veyron1888kg8.0T 中置W16 4渦輪增壓發(fā)動機功率 736kW 6000r/min扭矩 1250Nm 22005500r/min8L7檔雙離合430km/hBenze S 500 L2199kg5.5L 前置V8自然吸氣發(fā)動機功率 285kW 6000r/min扭矩 530Nm 28004800r/

6、min5.5L7檔手自一體250km/h(電子限速)對比發(fā)現(xiàn)，直接影響汽車加速性能的有汽車質量，發(fā)動機排量、布局、型式（決定功率和扭矩），變速箱的檔位（決定齒比的疏密，影響輸出功率）。 (三)結果分析發(fā)動機的扭矩是隨著轉速的變化而變化的。所以，汽車的最大扭矩往往與轉速同時標記，例如甲車最大扭矩150牛頓米（4000轉/分）、乙車最大扭矩150牛頓米（4500轉/分），同樣是150牛頓米的最大扭矩，兩車在發(fā)動機轉速相同的情況下，加速性能將有所區(qū)別。研究數(shù)據可知，一般發(fā)動機最大扭矩輸出對應一個區(qū)間，區(qū)間越大，隨著加速轉速上升，最大扭矩保持輸出的時間更長，因而百公里加速數(shù)據更優(yōu)秀。而F1賽車使用的均

7、是1.8T渦輪增壓發(fā)動機，除工藝精細外結構與普通家用轎車無異，但F1賽車之所以更迅猛的原因，是因為其最大18000 r/min的最高轉速，有了更大的寬扭平臺，自然F1可以在大直道中加速到323km/h的極速。最大扭矩指標對應的是發(fā)動機的轉速而不是汽車的速度。發(fā)動機輸出的動力要通過傳動系統(tǒng)減速增扭，然后作用于驅動輪，才會產生汽車加速所需要的力。不同車型的傳動系統(tǒng)不同，因此在發(fā)動機最大扭距相同的情況下，加速特性也不一定相同。多家汽車公司如BENZE、BMW開發(fā)的8速自動變速箱，通過更密的齒比來實現(xiàn)動力的精巧輸送，確保發(fā)動機始終保持在最佳轉速工作，實現(xiàn)充沛動力與保護發(fā)動機壽命的雙贏。又如VW開發(fā)的6

8、速7速DSG雙離合變速箱，其擁有兩套相同的齒輪，(可以理解為12或14檔，但其中有七個檔位重復)當?shù)谝惶X輪輸出動力時，第二套齒輪在行車電腦的控制下處于待命狀態(tài)，換擋的實質是兩套齒輪系統(tǒng)的互相切換，這樣有了更短的換擋時間，保證動力的連續(xù)順滑輸出。汽車中還有許多其他的因素會影響汽車加速性能，如夏天開啟空調制冷系統(tǒng)后，車輛會犧牲一部分的功率去驅動空調壓縮機，在爬坡或超車過程中，會明顯的有汽車力不從心的感覺，而現(xiàn)代的B級車以上中會有許多電子設備，部分也會影響加速性能。目前，還有通過在驅動軸上并聯(lián)電機的混合動力車型，由電機在最初即能輸出95%以上的功率，汽車在加速階段通過電機發(fā)動機同時工作，會有更迅猛

9、的加速表現(xiàn)。分析牛頓第二定律 F=maa=，這是加速度的定義式，m是車輛的總質量，所以整車廠商尤其是賽車生產廠家都會進行車輛的減重工作，例如使用較鋼更輕的碳纖維車身，拆去無用的電子設備如空調等等（這是參加WTCC，達喀爾拉力賽等才使用的）。有效減小m，加速度就會更大，而汽車業(yè)界還有類似的如此描述，就是功率質量比。同上理a不只與m有關更與F有關，公式中的力 F 是合力，包括路面阻力、風阻可能還有為增加汽車勢能而需要克服的引力。由于有這么多因素在起作用，那么想要求得汽車的百米加速度只能在理想條件下進行：假設汽車在平直路面上由靜止開始做勻加速運動，阻力等于車重的0.1，設汽車的質量為1噸，如果要求在

10、10秒內速度從0加速到100公里/小時，則由V=at2.778 m/，有牛頓第二定律得F=ma=2778 N考慮阻力（1000 N）的影響，實際驅動力為F= F+f=3778 N加速路段的長度S=138.9 m加速全程耗費的功W=FS= 524764.2 J功率為P= 52476.4 w假設汽車發(fā)動機的轉速一直為4000轉/分（實際上不可能），所需的扭矩為M=125.3 N·m綜上，如果假設不變，由上述計算過程可知，所需的扭矩與車重成正比。即車重增加或減少，所需扭距成正比增減。五、課題研究結論 要提高車輛加速性能，可著力于改善車輛質量，采取輕量化手段；減少車輛的行進阻力，可使用熱熔半熱熔的輪胎，采取流線型車身，使用空氣動力學套件，改變后視鏡樣式；提高發(fā)動機性能，優(yōu)化進氣，提高壓縮比，采用燃油直噴技術等等。六.收獲與體會雖然0-100公里加速越