问题

汽车的最高时速由什么决定?最大功率还是最高转速?

回答
这个问题很有意思,很多朋友在讨论汽车的时候,常常会把最高时速、最大功率和最高转速搅混在一起。其实,要说汽车的最高时速,这三者都有关系,但 决定性因素是动力系统能否持续输出足够的功率来克服空气阻力等各种阻碍前进的力,而这个持续输出功率的上限,最终是由发动机的最大功率和变速箱的传动比决定的。 最高转速更多的是一个发动机的性能指标,它指向的是发动机能达到的最高运转速度,但不直接等于最高时速。

咱们把这个问题拆开来好好捋一捋。

1. 最高时速的本质:力量与阻力的博弈

想象一下你骑自行车,你想骑得越快,需要付出的力气就越大,对吧?汽车也是一样。汽车在前进的过程中,会遇到各种各样的“阻力”,主要有这么几项:

空气阻力: 这是最主要的阻力,而且它会随着速度的平方急剧增加。速度越快,风阻就越大,你需要的力量也就越大。你看那些跑车都设计得那么流线型,就是为了尽可能减小空气阻力。
滚动阻力: 这是轮胎与地面接触产生的阻力,和轮胎的材质、胎压、车辆的重量都有关。虽然不像空气阻力那样随速度平方增长,但也是一个不小的阻碍。
传动阻力: 变速箱、传动轴等传动系统本身也会消耗一部分能量,产生一定的阻力。
机械损耗: 发动机内部摩擦、轴承摩擦等也会产生损耗。

汽车要实现最高时速,就是要让它的动力系统输出的“推力”能够正好抵消掉所有这些阻力。 当输出的推力刚好等于阻力时,车辆就会匀速前进,这个速度就是它的最高时速。如果动力输出大于阻力,车辆就会加速;如果小于阻力,车辆就会减速。

2. 最大功率:能输出多少“干劲”

发动机的最大功率,简单来说,就是发动机在特定转速下能够输出的最大能量。功率是衡量发动机“能干多少活”的指标,单位通常是马力(hp)或千瓦(kW)。

最大功率直接决定了你的车在理论上能够输出的最大“干劲”。 你可以把最大功率想象成一个人能举起的最大的重量,或者一个人能跑的最快速度(不考虑耐力)。一个功率更大的发动机,意味着它在某个转速下能产生更大的扭矩,或者在更高的转速下保持较大的扭矩输出,从而能够产生更大的牵引力来克服阻力。

但是,单纯的最大功率并不能直接决定最高时速。 为什么呢?因为最高时速是一个 速度 的概念,而最大功率是一个 能量输出速率 的概念。它们之间还需要一个“翻译器”,这个翻译器就是 变速箱和传动系统。

3. 最高转速:发动机的“冲刺极限”

最高转速,顾名思义,就是发动机能够安全运转的最高转速,单位是rpm(每分钟转数)。发动机的转速越高,通常情况下输出的扭矩和功率也会变化。很多发动机在达到最高转速之前,功率就已经达到最大值了,然后可能还会保持一段时间,直到达到最高转速附近的某个点,功率开始下降。

最高转速本身并不直接决定最高时速,但它影响了发动机能工作在哪个转速区间。 如果一个发动机的最高转速很低,那么它可能在较低的速度下就已经达到了它的功率峰值,然后就很难再通过提升速度来获得更大的功率来对抗日益增长的空气阻力了。

4. 变速箱的作用:连接功率与速度的桥梁

这就引出了变速箱的关键作用。变速箱就像一个“齿轮组”,它能够改变发动机的转速与车轮转速之间的比例,也就是 传动比。

低挡位(大传动比): 发动机转速高,车轮转速低。这能产生巨大的扭矩,适合起步和爬坡。
高挡位(小传动比): 发动机转速低,车轮转速高。这能让车辆在相同的发动机转速下跑得更快,更省油。

汽车的最高时速,通常发生在变速箱的最高挡位(最有利的传动比),并且此时发动机的转速接近或者刚好能够输出其最大功率的那个点。 为什么是这样呢?

在高挡位下,车轮转速与发动机转速的比例最大, 意味着在相同的发动机转速下,车轮转得更快,车辆速度就越高。
但是,随着速度的增加,空气阻力会急剧上升。 要想让车速继续提升,发动机就需要输出更大的功率来对抗这个增加的阻力。
当发动机输出的功率恰好等于克服所有阻力所需的功率时,车速就达到了最高。 如果发动机能够在这个速度点上,通过调整挡位或者利用其最大功率输出区间,就能达到理论上的最高时速。

简单来说,最大功率决定了你能“使出多大的劲儿”,而变速箱的最高挡位和传动比,以及发动机在这种状态下是否能持续输出其最大功率,则决定了“这股劲儿能把轮子转多快,从而让车跑多快”。

举个例子:

假设有两辆车:

车A: 发动机最大功率 150 马力,最高转速 6000 rpm,但变速箱在高挡位下的传动比设计得比较保守,或者发动机在速度达到 180 km/h 时,即使转速还能往上走,但能输出的最大功率已经不足以克服此时巨大的空气阻力了。
车B: 发动机最大功率 120 马力,最高转速 7000 rpm,但它的变速箱在高挡位下的传动比更适合高速行驶,而且发动机在 200 km/h 时还能继续保持较强的功率输出,或者达到一个功率峰值。

很可能,车B虽然最大功率比车A小,但它的最高时速反而可能更高。因为车B的动力系统在高速时能够更有效地将发动机功率转化为前进的速度,并且有能力在更高的速度下继续对抗阻力。

所以,汽车的最高时速是由一个综合因素决定的:

发动机的最大功率: 提供驱动力的大小上限。
变速箱的传动比(特别是最高挡位): 将发动机的动力转化为车轮转速的效率。
发动机在不同转速下的功率输出曲线: 特别是它能否在高速状态下持续输出强劲的动力。
车辆的空气动力学设计: 影响风阻的大小。
车辆的重量和轮胎的滚动阻力: 影响整体阻力。

你可以这样理解:

最大功率 决定了你的车“能跑多快”的 上限潜力。
最高转速 是发动机“能转多快”的 极限,它决定了发动机输出功率的 工作范围。
变速箱的最高挡位 和 传动比 决定了你能不能把发动机的最大功率,在 某个速度下有效地传递到车轮上。

最终决定最高时速的是,在 最高挡位,当汽车速度达到一定程度时, 发动机能够持续输出的功率正好等于此时克服所有阻力所需的功率。 如果发动机的最大功率不足以支撑克服高速下的巨大阻力,或者变速箱的传动比在高速时“力不从心”,那么车辆就无法达到更高的速度了。

简单说, 最大功率是基础,但需要合适的变速箱来“释放”它,让它在最高挡位下,能把车推到那个能与阻力平衡的速度点上。 最高转速只是帮助发动机达到那个功率点的一个辅助条件。

网友意见

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这个问题我把几位同行大佬的回答都看了一遍,大家都很专业,结论也是很清晰的,最高时速由最大功率决定。

我来抖个激灵,换个角度解析一下:现在汽车的最高时速由工程师综合考虑车身各种零部件,人为设定的一个最高时速,超过这个时速就会自动断油,这么说,就有可能成了由转速决定了。

给大家看一下下面这个图,2022款的本田思域,低功率95kW的最高车速为200km/h,高功率134kW的最高车速也是200km/h,这就让大家很懵逼了,感情功率足足提升了39kW,都没有体现到最高车速上?

我找了思域/型格申报轻型汽油车环保信息,找到了他们的车轮道路载荷系数,根据F=f0+f1*v+f2*v^2计算了行驶阻力,然后P=F*V,计算了车辆在不同车速下所需要的轮上功率。

我们假定95kW的低功率版本在200km/h时,发动机已经处于最大功率了(实际应该还有有一点点余量),根据上面的行驶阻力公式,计算此时克服行驶的功率需要75kW,我们等效换算一下,假设本田传动系统(发动机、变速箱、半轴、轮胎等等)在最高转速的传动效率时80%,那么发动机净功率需要93.5kW,和本田低功率版本的铭牌净功率95kW对上了。

如果是1.5T高功率版本呢?高功率1.5T的净功率为134kW,和低功率版本使用同样的整车和变速箱,姑且认为传动效率还是80%,根据公式计算最高车速可以达到227km/h才是极限。

所以可以看出,本田把电子限速设定到200km/h,并不是因为发动机的最大功率实现不了。

通过看本田思域/型格的参数,1.5T高功率手动版最高车速可以达到208km/h,手动挡传动效率更高,理论上有超过230km/h的潜力。因此我估计是对其他硬件结构的保护,把手动挡的最高车速设定到208km/h,出于对CVT变速箱的转速保护,把自动挡最高车速设定到200km/h。

PS:当然,实际情况很复杂,需要考虑多个方面,本回答只是抖机灵。

我是天马行空,喜欢的点个赞加关注哈~

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最大功率。

功率是金标准。

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绝大部分车子的最高时速受限于发动机的扭矩。

首先,我们不考虑阻力。则汽车的最高时速取决于【发动机红线转速】、【变速系统的最小传动比】以及【轮胎外径】,就是发动机红线转速越高、最高档的传动比越小、轮胎尺寸越大,汽车的极速越大。

但是,现实中必须要考虑阻力。所以就有2个矛盾点:一是传动比越小,曲轴的输出扭矩转化成的牵引力就越小;二是车速越高,风阻越大。

然后就会出现一种情况,在某个车速时,阻力与牵引力相等了,发动机活塞无法推着曲轴转速继续提高了,此时就达到该车的最高车速了。这种情况下,最高车速被发动机扭矩限制了,如果此时可以继续提高扭矩,让车辆牵引力克服阻力,车速还能继续提高。所以,第二种情况就是发动机扭矩足够在最高档情况下仍然达到红线转速(不管用多长时间),此时决定车辆最高时速的就是第一段提到的3个因素。

举个例子:

某车重1.6吨,变速箱8AT,8档减速比0.673,主减速比2.802,则最高档传动比为1.885746;车辆轮胎周长2.1米,发动机红线转速6000rpm。理论上,如果发动机在6000rpm时仍可以输出789N.m扭矩的话,车速可以达到400km/h!实际上发动机输出不了这么大的扭矩,在8挡下(指平路,不是下坡哈)远远达不到6000rpm。

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