汽车|还在考驾照的你知道汽车是怎么动起来的吗？( 二 )
力矩与作用力的关系 | 来源：wiki
发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩 ， 它反映了汽车在一定范围内的负载能力 。 外部的扭矩叫转矩或者叫外力偶矩 ， 由摩擦力等产生；内部的叫内力偶矩或者叫扭矩 ， 由发动机工作产生 。
对汽车运动做一个简要的力学分析 ， 假设这是一辆后轮驱动车 ， 对于后轮C ， 曲轴提供扭矩带动轮胎转动 ， 轮胎与地面产生的摩擦力——抓地力抵抗轮胎的旋转 ， 从而转化为汽车前进的动力 。 如果没有摩擦生成的阻力 ， 轮胎就无法推动汽车前进 。 摩擦产生的抓地力越大 ， 阻力越大 ， 汽车就能更快地行驶和转向 。 在汽车正常启动和行驶的情况下 ， 这种摩擦可以理解为静摩擦力 ， 因为在轮胎与地面接触的点A处没有发生相对滑动 。 假设圆心C点处速度为：
则根据无滑滚动的条件 ， A点速度为：
再将上式对时间求导数得：
以C为基点 ， 可求出轮胎上任意一点P的速度：
可以看出汽车的行驶速度与轮胎的转速紧密相关 。 由于摩擦力提供牵引力 ， 最后输出到轮胎上的扭矩在数值上等于轮胎半径R与摩擦力f的乘积 。 根据牛顿第二定律 ， 在轮胎半径R固定以及摩擦力小于最大静摩擦力的情况下 ， 扭矩越大 ， 汽车的加速性越好 ， 也就是所谓的“推背感”越好 。
图源：PCauto
发动机转速表
当然 ， 在汽车上扭矩与摩擦力和驱动力的关系远没那么简单 ， 通过多个齿轮的耦合 ， 最终汽车才可以动起来 。 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 ， 手动挡模式换挡时 ， 换的就是齿轮的大小比率 。 如下图所示 ， 1档时虽然增大了力 ， 但是根据
， 驱动轮转速是发动机转速的1/4 ， 发动机转速有限 ， 因此行进的速度也受限 ， 最多是20～30km/h ， 想要提高速度便需要通过换高挡来降低齿比提高驱动轮的转速 。
1档～4档使用的齿轮组一览 | 图源：《汽车是怎样跑起来的》
第二次则由主减速比决定 ， 在传动系中起降低转速 ， 增大转矩作用的主要部件是主减速器 。 相同的发动机 ， 如选择更大的主减速比 ， 可获得更大的最大扭力 ， 加速时可以获得较好的加速性能 ， 不过牺牲的是最高车速 。
扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与主减速比的相乘倍数 ， 并且算上一些机械损耗 。 扭矩=引擎输出扭矩×变速箱齿比×主减速比×机械效率 。 发动机的功率=牵引力×轮胎半径×轮胎转速；而扭矩=牵引力 × 轮胎半径 ， 故得出功率=扭矩×轮胎转速 。
总之 ， 扭矩指的是力本身 ， 而功率是指做功量 。 扭矩表示爆发力的大小 ， 因此简单来说是由排气量的大小决定的 。 功率表示做功量 ， 它与汽车能够行驶得多快多远（即速度）有关 。 即使是排气量小、扭矩小的发动机 ， 只要能提高转速 ， 也能够增大功率 。
烧胎现象 | 图源：pixabay
汽车与路面的唯一接触点就是轮胎 ， 因此轮胎的性能以及地面的状态对汽车的行驶来说十分重要 ， 安全行驶需要轮胎与地面保持无滑滚动的状态 ， 这种状态只有静摩擦力存在 。 静摩擦力有一定的限度 ， 驱动力和加速度也受到了限制 。 当轮胎的转动加速度时 ， 轮胎与地面会发生滑动摩擦 ， 比如在结了冰的路面、下过雨的路面都容易打滑 ， 甚至在起步时油门轰得过快 ， 也会发生轮胎部分空转 。 我们在行驶过程中一定要随时留意轮胎状态和路面情况 ， 谨慎驾驶 。
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