從工程角度看,什麼限制了普通車可以達到的最高速度?我知道出於安全原因,一些更快的汽車的運行速度不能超過250 km / h,但這不是我的問題。
我可以想到幾個原因,但不確定其中哪些原因是相關的:
- 是否增加了轉速(如轉速表上的紅色標記所示),是否超出了某個部分(哪個?)的限制?
- 還是是不是您無法以足夠快的速度獲得燃油以保持轉速增加?
- 還是隨著您的加速而增加了摩擦/阻力,並且發動機無法克服這一阻力,因為它只能產生最大的力/扭矩?如果是,此扭矩/力的大小取決於什麼? ol>
從工程角度看,什麼限制了普通車可以達到的最高速度?我知道出於安全原因,一些更快的汽車的運行速度不能超過250 km / h,但這不是我的問題。
我可以想到幾個原因,但不確定其中哪些原因是相關的:
有幾個簡單的原因可能會限制車輛的速度(儘管有路況):
齒輪系傳統的變速器具有有限的齒輪。對於大多數現代汽車,通常為5或6,而較舊的汽車可能只有2或3。如果最高檔位的齒輪比太低(“低檔”齒輪表示為較大的數字比),在空氣阻力成為根本因素之前,發動機可能會紅線。這與您在轉速表上紅色區域的第一點聯繫在一起。如果達到紅線(這是引擎的最高轉速),但是沒有更高的檔位可以挂擋,那麼您就不能在不損壞引擎的情況下加快行駛速度。
阻力-像任何物理物體一樣,汽車也會受到空氣阻力和其他阻力源(滾動阻力等)的影響。如果汽車上的阻力超過了引擎能夠產生的力量,那麼您的速度將再次受到限制。
限速器-值得一提的是,出於安全或法律原因,生產車輛幾乎總是在ECU(發動機控制單元)中限制速度。如果ECU檢測到車輪正在以足夠快的速度旋轉,它將切斷發動機的動力,以防止車輛行駛得更快。可以通過售後ECU或對現有的ECU進行修改來規避這種保護。例如,本田思域的某些車型年限速限制在120 mph(190 km / h)左右。
輪胎評級-所有輪胎都具有一定的速度等級,該速度等級可能比您車輛的實際最高速度低得多。速度額定值是一個字母,並且是輪胎代碼的一部分(有關更多信息,請參見此處)。例如,臨時備用輪胎可能在即將發生爆胎的危險之前可能僅限於80 mph(130 km / h)。
穩定性/空氣動力學 –從工程角度看,這比實際角度要小,但是對於“常規”汽車,有一點要說明,懸架和其他部件不足以使汽車在行駛中直行安全的時尚。支持這一點的傳聞證據來自一個關於70年代老式全尺寸美國汽車的故事,當它以三位數的速度行駛時,就沒有空氣動力能力將前輪保持在地面上。簡而言之,從汽車下方流動的空氣所產生的升力將前輪抬離地面,變成了一個可怕的高速“車輪”。儘管從技術上講,此過程並不會導致汽車減速,但確實使其難以以這種速度進行控制。
因此,限制速度的因素是兩方面的結合:來自發動機的動力和傳動裝置以及滾動阻力和空氣阻力。
直到大約40 mph,滾動阻力是最大的阻力,但高於該速度時,空氣阻力是主要因素,並且會增加您的行駛速度。
發動機功率是固定的(可以進行微調),但傳動裝置也很重要-200bhp的發動機既可以為農用發動機提供動力拖拉機或整潔的跑車。
一旦總阻力等於車輪上的可用功率,那麼您走得不會更快。
物理阻止了您。騎過自行車嗎? 25英里/小時的速度很容易,30英里/小時的速度很困難,需要40檔特殊齒輪或非常抽氣的車身,而50英里/小時幾乎是不可能的。為什麼在這麼小的速度增加下努力如此之大?空氣。
當汽車行駛緩慢時,滾動阻力是主要因素-這就是為什麼它們很難推動的原因。但是在更高的速度下,決定因素是空氣阻力。那是因為滾動阻力相當線性。氣動阻力不是 ,至少是一個二階因素-它像貨運列車一樣以較高的速度出現。實際上,我聽說過煤炭火車可以以40英里/小時的速度行駛,只能空載35英里/小時。那是因為每輛空煤車都是大風頭,隨風而去。火車的滾動阻力幾乎為零。
很明顯,空氣阻力與發動機可施加的動力相平衡。如果他們將機車放上四倍,它們可以使空煤火車的時速達到70英里/小時。
您所說的是汽車,所以這取決於電池可以提供多少電量以及電動機-控制器可以推動而不會損壞。或者,由於您假設使用的是燃料驅動的汽車,因此,發動機可以通過的數量空氣 。添加適量的燃料很容易。氣流是通過調整來決定的-進氣/排氣管/端口/共振,氣門尺寸和數量,凸輪,類似的東西。 (也可以是引擎紅線(最大RPM),但是如果您對風道/共振進行了調整,那麼提高紅線會有所作為,那麼該引擎在大街上的運轉將非常差。)
齒輪也可能是一個因素。我有一輛速度最快的汽車。四擋太高,無法加速。第三檔超越了它的馬力峰值,所以你走得越快,馬力就越小。傳動裝置在速度上全都錯了,但是對於街頭駕駛的樂趣,完善和MPG來說卻是極好的,這就是我所付出的代價。
像福特Flex這樣的典型非運動型街車很可能在達到計算機可重新限製或MPH限制的點之前達到空氣阻力的物理限制。
對於2000年以後直到今天(2018年)生產的現代高性能汽車,答案很簡單:輪胎抓地力。
發動機性能和管理已經達到了可以超越輪胎在路面上抓地力的水平。當您嘗試施加比輪胎無法承受的更多能量時,會發生車輪打滑的情況。
大多數人會從站立開始(例如在賽車比賽中)和汽車緩慢行駛(當人們故意燃燒橡膠)。通過讓CPU控制制動器(牽引力控制)可以消除這種打滑現象。
接下來是我們要關注的車輪打滑現象。高速行駛時車輪打滑。傳統的解決方法是修改汽車的空氣動力學特性並增加下壓力,以將汽車基本推向道路。
現在,我們已經達到了增加更大的下壓力會增加阻力並降低性能的階段。但是我們性能最好的發動機仍然可以產生車輪打滑。
但是,與發動機開發並行的是,化學和輪胎設計的進步也通過提高輪胎的速度來提高汽車的最高速度。在失去抓地力之前進行處理。現在我們已經達到了最好的引擎可以連續使輪胎失效的地步,當前的限制因素是輪胎的抓地力。
找到完全取決於輪胎的滾動阻力和空氣阻力的純粹的理論極限。所以這是工作。
注意:我使用的是Tesla模型3的值。
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一件事,您沒有指定齒輪驅動(直驅)汽車。即使對於直驅車輛,極限速度最終也通過設計空氣動力學來設定,以防止汽車起飛和飛行。
上次檢查時,陸地速度記錄是由極端設計的汽車(噴氣或火箭驅動的),特別令人難以置信的專用車輪和製動器(標準光盤會在涉及的高轉速下飛散)設置的部分。
總而言之,隨著新材料的強度質量比不斷提高,陸上速度記錄可能會繼續被破壞。