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两字之差却天壤之别?10000N·m的轮上扭矩是怎么来的?

2022年01月21日 12:46:02
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来源:买车大师

2017年,当特斯拉发布Roadster 2时,除了亮眼的2.1秒破百加速外,10000N·m的扭矩数据也引发一系列激烈的讨论。很多人在确定是10000而非是多写了个“0”后,都在惊呼特斯拉的可怕,毕竟我们认知中的民用车扭矩也就在200、300左右,从来没见过哪个厂商宣传的扭矩可以达到5位数。

但事实上,这只不过是Elon Musk在发布会上玩的文字游戏罢了。在官网上找到这10000N·m的出处后,我们就能发现,扭矩的前面还有两个字:轮上。千万别小瞧这两个字,如果Roadster 2的电机输出扭矩真有10000N·m话,那么Roadster 2可以媲美小型发电站所使用的电机能力了。

而最近,很多自主品牌又开始把“轮上扭矩”当成了卖点,拿出来混淆消费者视听。所以,我们认知中的扭矩和轮上扭矩到底是什么关系呢?

混淆视听

我们先从引起误区的源头——扭矩来说起。

汽车产生扭矩的原理很简单,就是发动机内燃油爆燃后推动气缸做功而产生的力。这个力又经过连杆施加于曲轴上,并驱动曲轴旋转。而曲轴产生的力,就是我们所说的发动机“扭矩”了。

所以,我们认知中说到的“扭矩”,指的皆是“曲轴扭矩”,即发动机输出轴上力的大小,这个数值反映着车辆在一定范围内的负载能力。

而这个力有多大呢?以雷克萨斯ES200的说明书为例,里面标注了其发动机最大扭矩为208N·m。按照上述的“扭矩”来源,发动机扭矩可以理解为物理里面的力矩。扭矩=力x力臂,我们假设在发动机输出轴端装个1米长的扳手,并在扳手上施以208N也就是20.8kg的力,初中物理的理论知识告诉我们,这个反向力便可以抵消掉一台雷克萨斯ES200发动机所产生的静态扭矩。

听起来是不是危言耸听,这么小的力为什么能驱动一台庞大的汽车?

千万别忘了,发动机不是产生了一个208N·m的静态扭矩,而是以每分钟少则几百转多则几千转的频率持续产生这样的力。这股力也不是直接去驱动车轮,因为208N·m扭矩是无法直接驱动汽车行驶的,毕竟汽车在起步时的阻力一般在800N·m以上。

那么,在这种情况下如何让发动机驱动汽车行驶呢?这就要利用传动系统来给发动机降速增扭,将发动机扭矩放大。发动机后面还有什么?当然是变速箱、主减速器、差速器。

当车辆起步时,变速箱处于低挡位,变速箱会将发动机动辄几千转的转速降低数倍,再经主减速器,最终到车轮上的转速可以被降到很低。在汽车功率固定的条件下,扭矩和发动机转速成反比,转速越大、扭矩越小;转速越小、扭矩越大。

所以,发动机的扭矩×挡位的减速比×主减速比后,最终得到的是经过放大几十倍后的轮上扭矩(忽略机械损失)。而我们经常遇到的家用车,一般在1挡时的轮上扭矩都可以达到5000N·m以上,而那些具备分动箱的硬派越野车,还可以再次将轮上扭矩放大数倍。

同样以特斯拉为例,按照上述的计算公式,特斯拉官方给出Model S P100D的电机扭矩是 1072N·m,减速比是9.73。忽略机械损失的话,Model S P100D的轮上扭矩已经达到了10430N·m,已经超越了Roadster 2的10000N·m了。

千万不要被电动车10000N·m的轮上扭矩吓到,其实燃油车可以做到更加极致。我们拿道奇Ram 3500 HD举例,其搭载的康明斯6.7L柴油直六发动机最大扭矩1365N·m,爱信AS69RC变速箱的1挡传动比3.75,主减速比4.1,忽略传动损耗,轮上扭矩达到了20987N·m。这还没完,如果在挂上4L低速四驱后,扭矩可以再放大2.64倍,最终的轮上扭矩可以达到恐怖的55405N·m。

也就是说,发动机/电机的扭矩数据与轮上扭矩不完全挂钩,甚至不能相提并论,通过轮上扭矩来衡量一款车型动力性能没有实际意义。夸张的轮上扭矩数据,只是各家厂商为了博消费者眼球而玩的文字游戏罢了。

为什么自主品牌又借机宣传?

特斯拉也好,最近一些自主品牌开始主推的搭载DHT变速箱的混合动力车型也罢,为什么开始包装起轮上扭矩来了?

不为别的,在纯燃油车时代,内燃式热机的热效率普遍很低,最好的丰田A25系列发动机的热效率也仅在40%左右。活塞与其他运动结构运转时产生的阻力以及进排气过程中消耗的热能,都造成了动力的过量损耗,最终曲轴输出的扭矩也普遍很低。

进入电动化时代,汽车装备的电动机都有超过同级燃油车的扭矩,原因不在于电动机结构有什么特殊性,或者减速器齿轮组都在刻意放大扭矩。核心因素就是电动机电磁场转化动力并不是受到温度与空气的影响,悬浮的转子与轴承也几乎没有运行阻力,运行中产生的热能被冷却液吸收并不会降低扭矩,所以电动机的转化率可以达到95%以上。

并且,电动机还具有低转高扭的特性且响应速度极快。在一定的转速区间内,电动机的转矩是不变的,这与发动机要到中高转速才输出最大扭矩的特性截然不同。在一定的转速区间内,电动机的转矩并不会因为转速改变而改变,哪怕每分钟只有几十转的时候,其最大扭矩也几乎不变。

而发动机的最大扭矩需要转速支持,例如涡轮增压发动机,其最大扭矩转速区间一般在1600转/分-4400转/分。所以,发动机想要爆发最大扭矩,转速必须要拉到1600转/分以上,而在之前的低转速工况时并不能输出最大扭矩。

相较于大功率发动机的高成本,大功率电动机的制造技术成熟且成本低,并且还有大量的供应商可以生产制造。再加上自主品牌DHT混合动力专用变速箱的大规模量产,这种电动机+发动机的组合可以在很低的成本下,得到十分漂亮的综合输出功率。

一些厂家为了放大自家产品的卖点,故意把轮上扭矩拿出来吸引眼球,也无可厚非。毕竟,面对产品差异化越来越小的汽车产品,总要找一些卖点进行包装。而扭矩无非就是个力,大家可别被一个超出传统认知的数据所吓到。

大师观察

说了这么多,最终想要告诉大家的是,看车、选车,不要以单一的参数作为唯一评价标准。车辆性能是由诸多因素影响的,就拿加速来说,轮上扭矩大并不一定代表车辆加速快,还有轮胎因素、空气阻力、机械阻力等等诸多因素。所以,不论是纯电动车还是燃油车,车辆动力系统的总体表现,不是单一看某个功率或者扭矩参数就能判断的。

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