小钢炮5秒破百? 呵呵!

                                                                                 小钢炮五秒破百是不可能滴。

                                                                                                                                                                                 ——艾萨克·牛顿


市面上80%的乘用车都是前驱车,因为这种动力总成布置形式成本低、效率高、空间大,是普通经济型家用轿车的理想型。

 

Golf MK1 GTI 0-100km/h 9.2s

 

在这些车里面,有一些不太安分的刺头,我们称之为小钢炮,他们有着家用车的基本设定,但是却有一颗想要日天日地的心,以及一颗能够日天日地的芯。

 

Civic Type-R FK2 0-100km/h 5.7s

 

从小钢炮鼻祖大众Golf MK1 GTI的110马力,到现在本田Civic Type-R的306马力,40多年各大车企的兢兢业业和相互抬杠,马力提升到了之前的3倍,但是百公里加速成绩只是从9.2秒提升到了5.7秒。

 

5.7秒,对于家用车来说,已经远超“动力够用”的范畴了,但是和那些能跑进3秒的超跑相比,还是相去甚远呀!


那么,假如一台前驱车,能够塞进一台更大马力的发动机,它的性能可以和那些超跑匹敌吗?

 

接下来,我们不妨来探索一下这种可能性。

 

首先,我们来找一台小钢炮的标准体格,以最具代表性的7代GTI为例,他的关键参数是:


轴轴距距:2631mm

整备质量:1430kg

最大功率:162kW

最大扭矩:350N·m

重心高度:约550mm


然后一个学过高中物理还没完全忘光的同学眼中,这辆车可能会是这样的。



为了搞清楚F1和F2的关系、F1和f1的关系,我们还需要补充一点信息,比如说一台前驱车的前后轮轴荷分配,比如说路面的附着力。


这张表是各种道路附着系数的参照表,大家都知道,道路越好,跑加速成绩会约快,那么我们就以沥青路面新路的附着系数最大值1.00来作为计算值。

 

而一台前置前驱车的轴荷分配,通常在60:40,因为发动机放在前面,很难做的前后更均匀,同时要让小钢炮拥有不错的操控性,也不可能做的前轴轴荷太大。

 

在补充了这两个信息以后,我们就可以估算出,一台GTI静止停在路面上的受力状态。


总质量的话需要加上一个75kg的驾驶者体重,按照60:40的比例,得到了前轮后轮的静态受力,这很好计算吧!

 

但0-100km/h加速是一个动态过程,我们要给这个参考系加上一个加速度a,这个a一旦存在,整辆车就会发生大家所说的“重心转移”现象,事实上重心一直在那里并没有转移,转移的只是轴荷而已。

 

那么具体会变成一个怎样的新局面呢?


加速度a我们不知道它有多大,我们只能用未知数来表示它。轴荷转移的量为M·a·h/L=314.6a(N)其中M是总质量1505kg,h是重心高度550mm,L是轴距2631mm。

 

事实上,在整辆车做加速的时候,前轮的轴荷会变成F1=8850-314.6a(N),后轮则是F2=5900+314.6a(N)。


但是后轮负荷不太重要,因为它不提供驱动力,只会产生一个非常小的滚动阻力,因为这个力并不大,所以我们对它忽略不计。

 

然后,我们要用到牛顿力学里最为经典的公式了:


F=M·a

 

这台前驱小钢炮的加速完全要凭借前轮上的驱动力f1,而f1=M·a≤F1·μ(μ取1.00)=8850-314.6a(N)


这个公式的意思是:车的加速度完全凭借前轮的抓地力,而前轮的抓地力不超过轮胎和路面的附着极限。

 

于是,我们对这组进行简单的换算:


f1=1505a≤8850-314.6a

1819.6a≤8850

a≤4.864m/s2

 

得到了一个很简单明了的结果:


a≤4.864m/s2

 

可能有些同学看到这里已经看明白了,前驱车的加速能力是有一个物理上限的。就算马力再大,也就只能把前轮的抓地力用尽,大概就只能做到4.864m/s2这个水平。

 

而这个水平换算到百公里加速的话,会是什么样的成绩呢?

 

100km/h其实就是27.78m/s,那要从0加速到27.78m/s,以全程4.864m/s2的水平,需要5.71s。


这个成绩,恰好就是十代思域Type-R的水平,是不是很巧?

 

经过里40多年的争奇斗艳,小钢炮们已经摸到自己的天花板了,再往上就得违背物理定律了。


其根本原因是,前轮驱动的小钢炮车型,加速越快,前轮的附着力会变得越小,这个物理关系限制了其加速能力的上限。

 

所以,前驱车的马力设计的再大,都是没有办法把加速做到更快的。


马力超过一定的数值,在0-100km/h的范围里是发挥不出来的。这个我们也可以简单算一个结果出来:

 

要保障一台总重(算上车手)1505kg的车在100km/h时还有4.864m/s2的加速度,那么这台车的功率至少要达到:


P=F·v=7320N·27.78m/s

=203.4kW≈276ps

 

从另一个角度来说,一辆前驱车如果超过276马力,那在0-100km/h这个区间也不会有什么额外的优势。


所以,我们看到的绝大多数的前驱车,动力都不会无限做大,因为多出来的马力是无处安放的。


以下是一些具有代表性的前驱性能车数据,相信大家可以看出一些端倪。


最后,我们总结一下得到的三个有趣结论:

 1  前驱性能车难以突破5.7s的百公里加速成绩;

 2  前驱性能车的马力太大没啥意义,300马力基本上管够了;

 3  300马力6秒破百的车现在被我国的制造商弄到16w起售了。

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