汽車的加速度分析

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(xué)習(xí)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)車主都很關(guān)心。實際上，汽車技術(shù)性能指標(biāo)上的加速性能只是一個參考值。很多人都知道力、質(zhì)量與加速度加速之間的關(guān)系，但汽車的加速性能與很多因素有關(guān)

2、。汽車性能參數(shù)中有許多和性能有關(guān)的數(shù)據(jù)，如功率，扭矩，100km/h加速時間等等。可是加速度是如何計算出來的呢？這不禁使我產(chǎn)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(guān)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(wǎng)查找，翻閱書報，收集資料。2.實地調(diào)查：對行人、司機(jī)的采訪。3.總結(jié)整理：整理資料，分析內(nèi)容。四、課題研究過程(一)資料收集據(jù)網(wǎng)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(jī)的扭矩 3、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動的力。發(fā)動機(jī)的扭矩就是指發(fā)動機(jī)從曲

3、軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系，轉(zhuǎn)速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽車在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力。啟動時或在山區(qū)行駛時，扭矩越高汽車運(yùn)行的反應(yīng)便越好。以同類型發(fā)動機(jī)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(qiáng)，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(jī)中，活塞做往復(fù)運(yùn)動，曲軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)中心的距離看做是力臂，氣缸做工向下運(yùn)動就是力，力經(jīng)過連桿施加到曲軸上，驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，也就成了我們所說的扭矩。.功率功

4、率是指物體在單位時間內(nèi)所做的功。功率越大轉(zhuǎn)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(biāo)，具體是指汽車發(fā)動機(jī)最大功率與汽車總質(zhì)量比)。（二）相關(guān)數(shù)據(jù)車型車重發(fā)動機(jī)排量變速箱最大車速Lamborghini Gallardo1380kg5.2L 中置V10自然吸氣發(fā)動機(jī)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(jī)功率 62kW 5250

5、r/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(jī)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(jī)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(jī)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(zhì)量，發(fā)動機(jī)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(jié)果分析發(fā)動機(jī)的扭矩是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的。所以，汽車的最大扭矩往往與轉(zhuǎn)速同時標(biāo)記，例如甲車最大扭矩150牛頓米（4000轉(zhuǎn)/分）、乙車最大扭矩150牛頓米（4500轉(zhuǎn)/分），同樣是150牛頓米的最大扭矩，兩車在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相同的情況下，加速性能將有所區(qū)別。研究數(shù)據(jù)可知，一般發(fā)動機(jī)最大扭矩輸出對應(yīng)一個區(qū)間，區(qū)間越大，隨著加速轉(zhuǎn)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(jù)更優(yōu)秀。而F1賽車使用的

7、均是1.8T渦輪增壓發(fā)動機(jī)，除工藝精細(xì)外結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(biāo)對應(yīng)的是發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速而不是汽車的速度。發(fā)動機(jī)輸出的動力要通過傳動系統(tǒng)減速增扭，然后作用于驅(qū)動輪，才會產(chǎn)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(jī)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(jī)始終保持在最佳轉(zhuǎn)速工作，實現(xiàn)充沛動力與保護(hù)發(fā)動機(jī)壽命的雙贏。又如VW開發(fā)的

8、6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(fù))當(dāng)?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(zhì)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(diào)制冷系統(tǒng)后，車輛會犧牲一部分的功率去驅(qū)動空調(diào)壓縮機(jī)，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(shè)備，部分也會影響加速性能。目前，還有通過在驅(qū)動軸上并聯(lián)電機(jī)的混合動力車型，由電機(jī)在最初即能輸出95%以上的功率，汽車在加速階段通過電機(jī)發(fā)動機(jī)同時工作，會有更迅

9、猛的加速表現(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(zhì)量，所以整車廠商尤其是賽車生產(chǎn)廠家都會進(jìn)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(shè)備如空調(diào)等等（這是參加WTCC，達(dá)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(zhì)量比。同上理a不只與m有關(guān)更與F有關(guān)，公式中的力 F 是合力，包括路面阻力、風(fēng)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(jìn)行：假設(shè)汽車在平直路面上由靜止開始做勻加速運(yùn)動，阻力等于車重的0.1，設(shè)汽車的質(zhì)量為1噸，如果要求

10、在10秒內(nèi)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(qū)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(fèi)的功W=FS= 524764.2 J功率為P= 52476.4 w假設(shè)汽車發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速一直為4000轉(zhuǎn)/分（實際上不可能），所需的扭矩為M=125.3 Nm綜上，如果假設(shè)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(jié)論 要提高車輛加速性能，可著力于改善車輛質(zhì)量，采取輕量化手段；減少車輛的行進(jìn)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(xué)套件，改變后視鏡樣式；提高發(fā)動機(jī)性能，優(yōu)化進(jìn)氣，提高壓縮比，采用燃油直噴技術(shù)等等。六.收獲與體會雖然0-100公里加速越快就