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1、各种汽车加速度性能 的对比研究武汉一中，高一（1）班研究性学习物理组成员：舒旷卢寅玺牛心妍 桂靖恒 汤菁荟 程果胡峻国顾欣徐鹏飞、课题背景在街道上，我们可以看到：许多车辆在等红灯，可在信号灯变绿 后，为什么在同一条线上等待的车，有的首先冲到了前面，而有些车却被落在后面，除了司机精力是否集中外，主要是因为不同的车加速 性能有所不同。衡量一辆汽 车的好坏标准中，加速性能是其中一个重 要因素，更是跑车好坏的最重要因 素。如何评价汽车的加速性能，每一位车主、准车主都很关心。实际上，汽车 技术性能指标上的加速性 能只是一个参考值。很多人都知道力、质量与加速度 加速之间的关系，但汽车的加速性能与很多因素有
2、关。汽车性能参数中有许多 和性能有关的数据，如功率,扭矩，10Okm/h加速时间等等。可是加速度是如何计算出来的呢？这不禁使我产生疑惑。二、课题目的了解影响汽车加速性能的主要因素有哪些，在得到相关知识的同 时，能够开发我们的创新思维，提高观察能力和动手能力。、课题研究方法1 .查找资料：上网查找，翻阅书报，收集资料。2 .实地调查：对行人、司机的采访。3 .总结整理：整理资料，分析内容。四、课题研究过程（一）资料收集据网上资料，影响加速度性能的因素有如下几个:1 、汽车的重量2 、发动机的扭矩3 、发动机的转速4 、空气阻力与地面的摩擦力等阻力.扭矩圜幅中心排气门上止点连汗图中“R”就是力臂,
3、称为曲柄 扭矩的大小和曲柄的长度有关 而曲柄长短由活塞冲程决定TltA扭矩是使物体发生转动的 力。发动机的扭矩就是指发动 机从曲轴端输出的力矩。在功 率固定的条件下它与发动机转 速成反比关系，转速越快扭矩 越小，反 之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。启动时或在山区行驶时，扭 矩越高汽车运行的反应便越好。以同类型发动机轿车做比较，扭矩输出愈大承 载量愈大，加速性能愈好，爬坡力愈强，换挡次数愈少，对汽车的磨损也会相 对减少。尤其在轿车零速启动时，更显示出扭矩高者提升速度快的优越性。在活塞发动机中，活塞做往复运动，曲轴做旋转运动，他们之间由连杆相连。 在做工冲程我们可以发现，其实可以把连杆
4、和曲轴的连接轴中心到曲轴旋转中 心的距离看做是力臂，气缸做工向下运动就是力，力经过连杆施加到曲轴上， 驱动曲轴旋转，也就成了我们所说的扭矩。.功率 功率是指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高，汽车的最 高速度也越高，常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用公制 马力（PS）或千瓦（kW）来表示，1PS等于0.735kW。-功率密度即比功率（比功率是衡量汽车动力性能的一个综合指标，具体是指 汽车 发动机最大功率与汽车总质量比）二）相关数据0-100km/h加速时间时间车型车重发动机排量变速箱最大车速Lamborgh iniGallardo1380kg5.2L中置V10自然吸气发动
5、机功率 419kW8000r/min扭矩 540Nm6500r/min5.2L6档自 动325km/hSmartfort wo770kg1L后置L4涡轮增压 发动机功率 62kW 5250r/min扭矩120Nm2000-4750r/min1.0L5档半自动155km/hBMWR1200 RT229kg1.2L水平对置双缸发 动机功率 80.3kW 7500r/min扭矩 115.26Nm6000r/min1.2L6速螺旋齿轮250km/hBuggettiVeyron1888kg8.0T中置W164涡轮增压发动机功率 736kW 6000r/min扭 矩 1250Nm2200 5500r/mi
6、n8L7档双离合430km/hBenze S500 L2199kg5.5L前置V8自然吸气 发动机功率 285kW 6000r/min扭矩 530Nm 2800 -4800r/min5.5L7档手自一体250km/h （电子限速）对比发现，直接影响汽车加速性能的有汽车质量，发动机排量、布局、 型式（决定功率和扭矩），变速箱的档位（决定齿比的疏密，影响输出功 率）。（三）结果分析发动机的扭矩是随着转速的变化而变化的。所以，汽车的最大扭矩往往与 转速同时标记，例如甲车最大扭矩150牛顿米（4000转/分）、乙车最大扭 矩150牛顿米（4500转/分），同样是150牛顿米的最大扭 矩，两车在发 动机
7、转速相同的情况下，加速性能将有所区别。研究数据可知，一般发动机最 大扭矩输出对应一个区间，区间越大，随着加速转速上升，最大扭矩保持输出 的时间更长，因而百公里加速数据更优秀。而F1赛车使用的均是1.8T涡轮 增压发动机，除工艺精细外结构与普通家用轿车无异，但F1赛车之所以更迅 猛的原因，是因为其最大18000 r/min的最高转速，有了更大的宽扭平台，自 然F1可以在大直道中加速到323km/h的极速。最大扭矩指标对应的是发动机的转速而不是汽车的速度。发动机输出的动力要通过传动系统减速增扭，然后作用于驱动轮，才会产生汽车加速 所需要的力。不同车型的传动系统不同，因此在发动机最大扭距相同的情况
8、下，加速特性也不一定相同。多家汽车公司如BENZE、BMW开发的8速自 动变速箱，通过更密的齿比来实现动力的精巧输送，确保发动机始终保持在最 佳转速工作，实现充沛动力与保护发动机寿命的双赢。又如VW开发的6速7速DSG双离合变速箱，其拥有两套相同的齿轮，（可以理解为12或14 档，但其中有七个档位重复）当第一套齿轮输出动力时，第二套齿轮在行车 电脑的控制下处于待命状态，换挡的实质是两套齿轮系统的互相切换，这样有 了更短的换挡时间，保证动力的连续顺滑输出。汽车中还有许多其他的因素会影响汽车加速性能，如夏天开启空调制冷系 统后，车辆会牺牲一部分的功率去驱动空调压缩机，在爬坡 或超车过程中，会 明显
9、的有汽车力不从心的感觉，而现代的B级车以上中会有许多电子设备， 部分也会影响加速性能。目前，还有通过在驱动轴上并联电机的混合动力车 型，由电机在最初即能输出95%以上的功率，汽车在加速阶段通过电机发动 机同时工作，会有更迅猛的加速表现。分析牛顿第二定律F=ma a=F，这是加速度的定义式.，m是车辆m的总质量，所以整车厂商尤其是赛车生产厂家都会进行车辆的减重工 作，例如 使用较钢更羟的碳纤维车身，拆去无用的电子设备如空调等 等（这是参加 WTC，C达喀尔拉力赛等才使用的）。有效减小m，加速度就会更大，而汽 车业界还有类似的如此描述，就是功率质量比。同上理a不只与m有关更与F有父，公式中的力F是
10、合力，包括路面 阻力、风阻可能还有为增加汽车势能而需要克服的引力由于有这么多因素 在起作用，那么想要求得汽车的百米加速度只能在 理想条件下进行：假设汽车 在平直路面上由静止开始做匀加速运动，阻力等于车重的0.1，设汽车的质量 为1吨，如果要求在10秒内速度从0加速到100公里/小时，则由 V=at a v 2.778 m/ s?，t有牛顿第二定律得F? =ma=2778 N考虑阻力（1000 N）的影响，实际驱动力为F= F? +f=3778 N加速路段的长度S=1 at2=138.9 m2加速全程耗费的功W=FS= 524764.2 J功率为P=w = 52476.4 w t假设汽车发动机的
11、转速一直为4000转/分（实际上不可能），所需的扭矩为52476.4M=4000 2 兀=125.3 N .m60综上，如果假设不变，由上述计算过程可知，所需的扭矩与车重成 正 比。即车重增加或减少，所需扭距成正比增减。五、课题研究结论要提高车辆加速性能，可着力于改善车辆质量，采取轻量化手段；减少车辆的行进阻力，可使用热熔半热熔的轮胎，采取流线型车身，使用空气 动力学套件，改变后视镜样式；提高发动机性能，优化进气，提高压缩比，采 用燃油直喷技术等等。六.收获与体会虽然0-100公里加速越快就越好。但在实际驾驶中，更多的消是 在交通 繁忙的城区。况且，大脚油门既浪费金钱又加剧了对环境的污 染。所以最高时 速只是一个数字、一个参考。在繁忙的城市中，开车时速直接关系到生命安 全。现实生活中，汽车毕竟是代步工具，而安 全永远是第一位的，而且一味 的追求车辆的加速性能也是没有必要的。毕竟提速稍慢一点没什么关系，安全 才是最重要的。