马力和扭矩：汽车性能的核心指标解析
马力和扭矩：汽车性能的核心指标解析
马力和扭矩是评价汽车性能的两个核心指标，它们分别代表了发动机的输出功率和旋转力矩。本文将深入解析这两个概念的含义、区别以及它们如何影响汽车的加速和速度，同时探讨其他关键因素对车辆性能的影响。
马力详解
马力是工程技术上常用的一种计量功率的单位，其起源可追溯到詹姆斯·瓦特。公制马力下，1马力约等于735瓦特，相当于在1秒内完成75千克力·米的功。英制马力则为550英尺·磅力/秒，约等于0.746千瓦。马力并非直接测得的功率，而是通过测功机（马力机）测到的扭矩，再经过计算算出马力曲线。在操作马力机时，应将转速控制在扭矩峰值转速和马力峰值转速之间，以追求高动力性。而追求极致动力性时，则应将转速保持在马力峰值转速之前，以避免高温和高磨损。
从驾驶角度来说，当马力峰值转速过后，再继续踩油门踏板也不会带来更多的动力。而超过马力峰值的转速不仅不会带来更大的马力，还可能导致高温和高磨损。机械结构的磨损和温度升高都会对车辆的寿命和性能产生负面影响。因此，保持发动机的正确使用和保养至关重要。
扭矩详解
扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩，它是发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下，扭矩与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大。扭矩反映了汽车在一定范围内的负载能力，外部的扭矩叫转矩或者叫外力偶矩，内部的叫内力偶矩或者叫扭矩。
从引擎产生动力到轮子转动，大致流程如下：吸入新气、喷入燃料、控制点火，动力就会在缸内产生。减去泵气、摩擦等引擎内部损失后，就得到了曲轴上的扭矩。再减去缓冲等离合自身的损失后，得到了变速箱输入轴的扭矩。到了变速箱后，再减去变速箱自身的油液打滑、摩擦等损失后，就是变速箱的输出扭矩。
相比于自吸引擎，涡轮引擎的扭矩曲线有一个明显的区别，就是在自吸扭矩曲线上能找到一个峰值转速，而涡轮扭矩曲线的峰值多为宽泛的平台状。这是因为涡轮增压能在很大程度上解决随着转速提高，引擎换气时间越来越短、缸内残余废气比例越来越高的难题。
扭矩和马力是车辆综合动力的主要来源，而由于众多因素的综合作用，产生最大扭矩的转速会因发动机而异，最大动力转速也会不同。峰值功率是发动机在扭矩和转速都理想的情况下，那个转速最快的点。这也意味着动力是扭矩和转速的结合。发动机旋转的每分钟转速都具有一定的转动力量（扭矩），并且可以以这种力量每分钟旋转一定的次数，这就是动力。这就是为什么扭矩较大的汽车在低转速下具有良好的性能。
另一方面，虽然扭矩数值相对较低，但具有高转速能力的汽车，依旧能在一定转速范围内使驾乘人员感受到车辆很快。
除此之外，我们还要注意到吸入新气、喷入燃料、控制点火等细节，这些都是影响发动机性能的关键因素。随着科技的进步和设计的优化，未来的发动机将会有更好的性能和更高效的能源利用。
关于度量单位：BHP、磅英尺、牛顿米、PS、千瓦
在传统的认知里，制动马力（BHP）是英国人用来衡量发动机功率的单位，扭矩则以磅英尺（lb/ft）来衡量。而在德国，他们使用的是Pferdestärke，即马力（PS）。而在澳大利亚，千瓦（KW）通常是默认的单位。而在许多国家，牛顿米（NM）是用来测量扭矩的常见单位。
在美国市场，车辆可能会显示WHP，即轮上马力，这是指发动机经过传动损失后，传送到车轮上的功率。德语中Pferdestärke的马力数值与英国市场的BHP几乎相同，接近99%。例如，100bhp大约等于101ps。然而，千瓦与BHP的差别很大，大约低三分之一，因此，如果一辆车的千瓦数很高，在BHP显示方面就会显得非常大。
而牛顿米（Nm）的数值比磅英尺要高，每1磅英尺约为1.3牛顿米。虽然听起来差别不大，但800Nm的扭矩转换成磅英尺时约为590磅英尺，这样的换算还是有差距的。
对于汽车功率的衡量，有几种常见的单位。首先是飞轮功率，英国方面，绝大多数数据引用的是在飞轮上测量的数值，但这并非唯一可以测量功率的位置，不同位置测量的发动机功率之间的数值会有很大差异。而飞行路测时的车轮数据是通过计算得出的，关于飞轮数据的准确性存在很多争议，这也是为什么一些国家，尤其是美国和澳大利亚，很少在调校后的汽车上使用飞轮功率数值的原因。
而曲轴功率则几乎与飞轮功率相同，因为它是直接从原始发动机测量的。这也是标准量产车辆引用的数值。许多高度升级改装的汽车在安装引擎前也会进行发动机测功机测试。此外，还有轮毂功率和轮马力。轮毂功率是通过轮毂测功机测量的，直接安装在车辆的轮毂上，而不是车轮上，这消除了在高功率汽车上常见的轮胎打滑问题。轮毂功率数值低于曲轴和飞轮功率数值，但略高于车轮功率数值。最后是轮上功率，被认为是汽车的真实功率，毕竟只有车轮是与地面直接接触的。然而，由于传动箱、差速器和其他传动部件中损失了相当多的功率，车轮功率往往比飞轮/曲轴上的读数低10%至25%。
是什么让车跑得更快？
著名赛车手卡罗尔·谢尔比曾言，马力用于销售汽车，扭矩则决定比赛胜负。然而，这并非完全真实。实际上，马力几乎总是被视为首要因素。举例来说，过去的F1 V8引擎扭矩仅约300Nm，而第五代高尔夫TDI柴油车，扭矩则高达350Nm。然而，高尔夫TDI柴油车在比赛中无法击败F1赛车。因此，扭矩虽无法赢得比赛，但马力却可发挥关键作用。然而，扭矩的重要性不容忽视。假设两辆汽车动力相同，但其中一辆拥有更多扭矩，显然拥有更大扭矩的车会更快，尤其是在弯道和赛道上。即使其中一辆车的马力稍高，但扭矩明显较低，且扭矩差距较大，通常会弥补马力的小差距。所以，马力、扭矩与比赛胜负之间关系复杂，需全面考虑，马力与扭矩的平衡至关重要。
动力范围
一辆车的峰值数据确实引人注目，偶尔展示一番也无妨。然而，在大多数情况下，马力与扭矩在整个转速范围内的分布，才是决定车辆速度的关键。真正让车飞驰的，不是峰值数据，而是它们在整个转速区间内的表现。
想象一下，若你驾驶着一辆车，在高速公路上以六档巡航，若想获得更迅猛的加速，你需要的不仅仅是推介，还需要降档。降档三个档位，才能实现更强烈的推背感。同样，在低速档位下，例如低于60公里/小时，你需要降到一档或二挡，才能从发动机中获得最大的性能。
另一方面，我们注意到大多数道路上的车辆，大部分时间都在较低的转速下运行。在转弯较多的地方，保持高转速确实是个挑战。而现代的涡轮增压柴油车，其速度往往比性能数据所示要快，这得益于其限制在5,000转/分钟以下的转速。
相比之下，一些汽油车得益于大排量发动机加上涡轮增压，它们在快速驾驶时非常容易加速。但值得一提的是，无论是何种类型的车辆，动力传递的平稳性和渐进性都是非常重要的。
谈到大功率输出的车辆，我们需要关注的是其动力传递的平滑性。尽管高转速性能通常出现在改装车辆中，但在实际驾驶中，车辆在500转/分钟的范围内从无动力到绝对爆发的转速增长可能会面临牵引控制问题。因此，为了解决这个问题，离心式增压通常被视为解决方案。离心式增压的特点是增压随着转速线性增加。在低转速下，你会得到一小部分增压；随着转速的增加，增压值逐渐增加，直到在转速限制处达到全功率。这种方式最大化动力范围和牵引力，对于驾驶者来说无疑是一种福音。
了解动力曲线图
了解一辆车的动力性能，最简单的方法之一便是查看动力曲线图。通过分析这些图表，你能轻易看出车辆是具有高转速范围的动力输出，还是具有低转速却扭矩充盈，亦或介于两者之间。同时，动力曲线图对于制定不同的引擎和改装方案至关重要，甚至有助于对比引擎之间的优缺点。
动力曲线图上的每个元素含义直观，但与实际驾驶情况相结合时，可能不尽相同。如忽视代表功率和扭矩的线条走向，而仅关注顶部线条的高度和持续时间，可能会产生误解。在动力曲线图上，突然增加的功率或扭矩标志着主要动力范围的启动，而下降的地方则预示着动力峰值的结束。
然而，值得注意的是，即使350Nm的扭矩已相当可观，你有时可能无法真切感受到扭矩上升带来的驾驶体验。这并非由于扭矩不足，而是因为驾驶感受受多种因素影响，如车重、轮胎、驾驶风格等。
让车更快的其他方式
首先，轻量化是至关重要的。尽管功率是关键，但与重量相比，它却变得相对次要。这就是为什么许多摩托车尽管功率较低，但速度却能与超跑相媲美的原因。相反，这也是为什么大型公共汽车和卡车速度较慢，尽管它们拥有更多动力的原因。如果你能减少车辆的相当一部分重量，并移除一些豪华配置，那么一辆更轻的车就会成为一辆更快的车。特别值得注意的是，在一辆更轻的车上，低转速扭矩不足的问题会相应减少，因为较轻的载重会使得加速所需的扭矩减少。
再者，齿轮比也是影响加速性能的重要因素。普通车辆的齿轮比通常需要在性能和燃油经济性之间做出妥协。然而，通过更换齿轮和差速器的比例，我们可以显著提高加速性能而不改变发动机规格。对于后驱车来说，更换具有更短齿轮比的差速器是一个简单的方法，它可以直接提高加速性能，但可能会稍微降低最高速度。另一种方法是调整变速箱的各个齿轮比，虽然这个过程通常比较昂贵且需要专业安装竞技规格的变速箱。然而，通过调整齿轮比，车辆就可以拥有更强的加速性能，并且更容易保持峰值动力范围。许多竞赛车辆会采用较长的一挡和更接近比例的后续齿轮比，这降低了最高速度，但每个齿轮都能提供持续的强劲加速。
最后，牵引力是决定加速性能的关键因素。如果你的车在每个档位下的最强烈加速没法用到100％的牵引力，那么你就需要拥有更多的抓地力。四驱车之所以往往比前驱甚至后驱车辆更快，就是因为它们具有足够的抓地力来利用每一丝动力。然而，你并不一定需要全轮驱动来获得更好的抓地力。一套宽胎和具有黏性的赛道轮胎，或者使用限滑差速器对牵引力的改善也可以产生显著的变化。马力与扭矩是相辅相成的，你可以提高其中一项或两项，但不能将两者完全拆开考虑。因为在驾驶过程中，这两个因素是相互影响的，要获得最佳的输出效果，就需要对这两个维度进行通盘考虑。
（图片源自网络）