马力 VS 扭矩

• 马力 (P) / 功率 (KW)
• 扭矩 / torque / NM

一般说的都是发动机输出的功率/马力, 通过传动后到轮上的另外讨论, 会有损耗

• 力 (force): 1牛=1千克物体获得1m/s^2加速度所需的力, 如何感知力? 牵引同等物体的加速度
• 功 (work): 1焦耳=1牛米, 千瓦时=度
• 功率 (power) / 马力 (horse power): 做功的速度, 千瓦(KW) (瓦=焦耳/秒), 1PS (公制马力单位) = 0.735KW
• 扭矩 (torque): 单位Nm, 牛米, 不同于功的牛米或焦耳概念. 因为动力输出都是旋转的, 对比扭力扳手
  • 扭矩 = 扭力 * 力臂
• 发动机转速 (rounds per minutes, RPM)

换算

• P = FV
• V = 2*Pi*RPM / 60
• P = T * 2*Pi*RPM / 60
• 马力 = 扭矩 * 转速

低转速高扭矩

高转速低扭矩

马力曲线图: 转速 x 扭矩, 马力

实际上只看扭矩即可, 因为马力(OR功率)由转速扭矩唯一决定了

马力机/dynamometer, 测量的是轮上马力, 相对发动机输出马力有损失

发动机

内燃机 / 外燃机: 燃烧是在发动机内部/外部区分. 蒸汽机 (火力发电站): 外部烧水, 蒸汽推动发动机产生机械能.

四冲程 / 旋转两周 / 奥托循环

缸体 - 活塞 - 连杆 - 曲轴 (凸轮轴) - 飞轮 - 离合/传动/…

柴油: 压燃, 空燃比高, 燃烧效率高, 震动大, 转速慢 / 汽油: 点燃

涡轮/机械增压: 推动涡轮, 增大进气量, 对比 自吸, 可以小排量实现同马力

气缸排列

• 直列(L型)
• V型 (节约纵向空间, 容易加长冲程, 缺点需要两套曲轴+传动)
• 水平对置发动机 (Boxer / 优点重心低 / 缺点成本高, 润滑偏差 / 911 & 斯巴鲁)

为什么重心低操控好? 重心低, 越稳定, 四轮载荷差异小. 同理前后配重比越接近50:50越理想. 底盘离地间隙越低重心越低, 簧上质量中心越低重心越低.

缸径比

• 冲程 / 行程 / stroke (上止位-下止位), 深
  • 一个冲程带动曲轴转180度, 连杆长度=冲程/2. 缸径也限制了容许的连杆半径, 不能无限加冲程.
  • 因此等于作用到曲轴的力臂
  • 冲程也决定了压缩比=上止位时容积/下止位时容积 (其他因素: 燃烧室容积)
• 缸径 / bore, 直径, 宽

长冲程/高缸径比: 力臂越长, 输出扭矩越大, 从而低转速达到所需马力. 高压缩比, 高热效率, 多用于民用车.

短冲程/低缸径比: 同转速, 冲程越长, 活塞运动速度越快, 压缩比越高, 压力越大, 曲轴承受的力越大, 对于润滑/机械强度要求越高. 同活塞运动速度限定下, 短冲程, 可达到更高的转速, 从而实现更高的速度. 性能取向, 赛车.

为什么要离合/换挡

发动机转速有上限, 换挡实现更高极速

发动机输入功率不变 (即转速不变, 输出扭矩不变) 下: 升档, 提高输出转速, 但是扭矩降低, 输出力降低; 低档位, 转速低, 扭力大.

为什么升档掉转速?

• 换挡瞬间速度是不变的, 换挡后需求发动机转速掉了, 整车惯性认为是远大于发动机输出轴惯性, 因此发动机被动降转速, 当然这个减速过程会有个体感加速过程
• 变速箱同步器
• 换挡过程也会先断油门, 发动机转速减速
• 变速箱自动匹配确保换挡前后发动机转速匹配, 减少顿挫感

假设前进的阻力固定, 速度越高, 需要的轮上马力越高; 实际上速度越高, 阻力 (主要是空气阻力) 越大, 需要的扭矩越大.

挡位越多, 越高级/顺滑, 不可能无限多 -> CVT

齿比

尾牙 = 最终齿轮比 / Final Drive Ratio / 大尾牙, 加速快.

每个挡位齿比决定了每一档的极速, 以及加速 (输出转速区间), 自然加速快, 极速低; 加速慢极速高

提升齿比, 加速快, 极速慢

但是同样的加速区间, 换挡次数多

零百加速因素 / 直线尽速赛

• 减少换挡损失
• 减重
• 齿比需要和发动机马力表曲线匹配
• 避免打滑

但是正常赛道不是简单的直线加速, 有不同的弯道/走线/速度需求, 需结合具体赛道, 具体走线(跑法), 调教一个最优的齿比, 最大化加速度/极速过程

离合 / 变速箱

• MT / Manual Transmission / 手动
• AT / automatic transmission / 自动: 挡位越多越平顺, 越贵, 8AT, …

双离合 (DCT / dual-clutch transmission): 字面理解, 两个离合, 分别负责奇偶挡位, 换挡速度更快, 无动力中断

• 大众DSG

干湿离合: 换挡机制区别, 干=机械直接换, 湿=液压

CVT (Continuously Variable Transmission): 平顺, 钢链, 非齿轮传动结构, 不能承受高扭矩

序列式变速箱: 传动效率高, 没有离合, 换挡时间短, 多用于赛车, 贵, 寿命短, 体验差

丰田混动ECVT不是CVT, 是动力分流器, 行星齿轮并联电机/发动机动力输出OR充电.

挡位: P (park) 驻车 / R (rear) 倒挡 / N (netual) 空挡 / B (brake) 发动机制动挡 / D (drive) 前进挡 / S (speed) 性能模式 / …

发动机制动 轮子带动传动及发动机, 导致额外阻力, 下坡避免刹车过热失灵用

差速器

转弯时左右轮速不一致的问题, 以及内轮压力更大, 施加更大的扭矩

前差速器: 变速箱

四驱才有意义

• 后差速器: 后轮
• 中央差速器: 前后轮

悬挂

• 连杆: 调整轮子的转弯, 倾角
  • 独立: 麦弗逊 (单控制臂) / 双叉臂 (上下两A型连杆) / 多连杆 (>=4个连杆, 连杆=手指, 越多控制可越精细)
  • 非独立: 钢板悬挂 / 扭力梁
  • 防倾杆 / 防倾杆: 避免双轮差异过大
• 弹簧: 支持车重, 缓震
• 阻尼 / 减震器: 抑制弹簧震荡 (缓震 -> 弹性势能 -> 阻尼消耗掉)

万向节: 固定的传动轴 + 不断变动的轮轴

省油

发动机转速越高, 油耗越大? 是的. 但是转速是喷油的结果, 喷油越多, 油耗越大 (废话).

油门决定了什么? 加速踏板 -> 对于扭矩的需求, 扭矩 > 阻力, 加速, 扭矩=维持当前速度阻力, 巡航. 决定喷油量 (单次喷油时长), 进气量 (节气门开合大小), 合适的空燃比以充分燃烧. 喷油频率需要和转速匹配. 发动机转速是结果.

油耗看实际行驶距离.

定速情况下, 越高挡位, 转速越低, 越省油.

万有特性曲线图: 扭矩 x 转速 x 燃油消耗等位线.

为什么叫MAP图 (Meaningful Attribute Projection) 它是指将高维数据投影到低维空间中的可视化方法

马力曲线图是全油门条件下测得(2维), 外特性曲线, 或者说满负荷工作的表现. 万有特性图加入了喷油量维度的3维观测后的映射.

理论上发动机永远保持最省油的转速. 通过变速箱等机制匹配不同的速度/扭矩需求.

经济时速: 最省油转速下的巡航速度.

汽油标号=抗爆性, 压缩比越高的发动机需要越高标号汽油

轮胎

型号例子: 205/55R16 91V

• 205轮胎宽度(单位mm), 越宽抓地力越好
• 55扁平比=100*侧壁高/胎宽, 算出侧壁11mm, 扁平比越低, 缓冲减震效果越差, 运动性能越好
• R子午线轮胎(Radial, 内部连线层走向和轮胎行进方向垂直)
• 16 7J 轮毂直径, 单位英寸=40cm, 内槽宽7~18cm J代表槽形状, 轮胎实际
• 91载重指数(越大越高, 91=615kg)
• V速度等级 (字母表排序, V=240km/h, W=270km/h, S=180km/h M=130km/h)
• 220kPa 推荐胎压
• TRADEWEAR 耐磨指数
• TRACTION 湿地刹车性能
• DOT 四位数字=生产日期(周+年)
• 载重+最大安全胎压
• DUNLOP ENASAVE EC300+
• 米其林浩悦

轮胎形变能量损失

轮胎配方

• 雪地胎: 轮胎性能和温度严重相关, 雪地胎配方针对低温调整

花纹: 排水 (纵向排水槽) / 散热 / 不平路面增加摩擦 (横向花纹) / 胎噪抑制 (吸音仓?)

轮胎大小影响什么?

轮毂/扁平比 影响什么?

胎压

胎压高, 接触面低, 阻力低, 轮胎缓冲小, 响应好, 容易失去抓地力, 颠, 极速高; 胎压低, 抓地力强, 磨损快. 摩擦力和接触面积有关 (物理课上是理想情况)

前进需克服的阻力:

• 内耗: 传动系统每个环节的阻力
• 风阻: 速度平方关系
• 滚阻: 滚动阻力, 轮胎接触地面发生形变, 离开地面后置恢复
  • 迟滞现象: 变形的能量比复原的能量要大, 迟滞能量会以热的形式散失
  • 前向压力高于后向恢复弹力, 产生一个向后的力矩

机油

0W-20 SAE标准 (Society of Automotive Engineering) 机油温度越高越稀, 增加粘度改善剂 粘度计, 越高越稠 0低温时粘度表现 20高温(100°)时粘度表现 W=Winter

发动机

电喷 vs 直喷

• (缸内)直喷, 容易积碳, 动力足
• (多点)电喷, 省油

8ZR-FXE: 多点电喷

EA888:

涡轮: 燃烧室增压促进燃烧, 更强动力

驱动形式

• AWD / all wheel driving / 4WD / 四驱车
• FWD / front … / 前驱车
  • 便宜, 前置前驱(FF), 传动简单
  • 容易转向不足 ???
  • 有没有后置前驱: 叉车, 重心需要靠后, 且靠后轮转向
• RWD / real … / 后驱车
  • 容易转向过度 ???
  • 进一步按照发动机位置区分
  • 前置后驱(FR)
  • 后置后驱(RR) / 911
  • 中置后驱(MR) / 超跑
• 发动机纵置 / 横置 (多一层传动)

悬挂

前麦弗逊后双叉臂…杆子越多可调的越多

弹簧 / spring / 抑制侧倾 / 避免离地 / 避免颠 阻尼 / damping / 减少震动

悬挂高度

空气悬挂: 阻尼可调

簧下质量: 传动系统 / 轮毂 / … / 惯性力小, 加速快, 操控灵活 簧上质量主要当作下压力, 不用考虑运动惯性, 簧下质量减轻对于操控效果提升更加显著

抓地 / 漂移

摩擦力 = 摩擦系数 (G值) * 下压力

下压力: 车重, 空气动力学压力, 弹跳, 悬挂, 纵向G值

静摩擦 / 滚阻 / 抓地

动摩擦 / 打滑 / 漂移

• 转化为热能

静摩擦系数 >= 动摩擦系数

摩擦系数: 和轮胎配方/花纹, 地面, 轮胎接触面, 温度等相关

胎压

• 胎压低 = 接触面大, 摩擦系数高, 磨损快, 费油 (同等速度需求功率大)
• 胎压高 = 接触面小, 响应快, 抓地力弱, 容易爆胎, 省油

转弯摩擦分配: 前向 / 侧向

砂石路面: 动静摩擦系数差异不明显, 先漂移过弯摆正车头好出弯加速

过弯

轮胎失去抓地

• 转向过度 / oversteer / 甩尾 / spin / 漂移 / 后驱
• 转向不足 / understeer / 推头 / 前驱
• 车旋转角 vs 弯心旋转角

刹车减速-转向过弯-油门出弯

循迹刹车 / trail braking: 转弯同时刹车. 刹车减速时重心前移, 提高前轮抓地力

重心转移 (斯堪的纳维亚钟摆 / Scandinavian flick): 过弯时让重心更靠近外轮, 从而提供更大的下压力, 提高轮胎的摩擦力

打滑 / 漂移

漂移: 雨天/泥地等 摩擦力低路面 / 急弯

打滑时, 车辆打横, 动摩擦力更大?, 也出弯时直线加速

走线的艺术: 最小侧向分量, 轨迹最小转向角. 单个弯道外内外, 多个弯道路线拉直

逼近极限的同时, 犯更少的错误, 找到最晚的刹车点, 找到轮胎的摩擦力极限

倾角/束角

• 外倾角 / camber: 轮胎和地面法向的夹角
  • 结合悬挂, 尽可能的均匀的贴合地面, 胎内外温差尽可能小, 增大摩擦力
  • 正倾角 / positive camber / 倒八 / 避免过度转向?
  • 负倾角 / negative camber / 正八 / 直线抓力下降 / 过弯更大的轮胎接触面积提高摩擦力 / 避免转向不足
• 束角 / toe: 轮胎和车侧面的夹角
  • 正束角 / 外八 / toe out / 转向灵敏 / 转向过度
  • 负束角 / 内八 / toe in / 提高稳定 / 转向不足
  • 参考双板滑雪
• 以上两个都会影响轮胎寿命, 优化过弯, 不利于直道
• 后倾角 / 主销倾角 / caster: 轮子转向轴(避震延长线)和地面的夹角
  • 永远正角, 保持天然回正的趋势
  • 影响转向力回馈, 0度时转弯不会产生回正分力, 角度越大转向力越大

车标

法系

• 标致 / PEUGEOT / 别儒家族
• 雪铁龙
  • DS / 法语中”女神”意思

奥迪

• A 轿车 A1 / A4 / A6 / …
• S 普通A改赛车
• RS racing sport (完全重新生产的赛车)
• Q / SUV车型
• TT / R 跑车

TFSI / FSI / TSI

• 发动机技术: T (turbo) 涡轮增压 / F (fuel) 燃油车 / S (stratified) 分层燃烧 / I (injection) 缸内直喷
• 基本等同于奥迪汽油车
• 35/ 40 / 45 加速度指标 TDI / 柴油车 (Diesel)

GOLF: MK1 … MK8

GOLF R32 / 3.2L排量 (2003 MK4 / 2005 MK5 / GTI), 2010后改为Golf R, GTI < R

GTI ~ Grand Touring Injection

R-Line: 运动装饰套件 vs S-Line: 奥迪运动套件

途锐 / TOUAREG / 撒哈拉少数名族名称 / R50 / 5.0L排量

斯巴鲁

• Impreza / Levorg
• WRX = World Rally eXperimental
• STI = Subaru Tecnica International

赛事

类型: 场地赛 (circuit) / 拉力赛 (rally) / 越野赛 (cross country / off-road ???) / 登山赛

apex = 顶点 / 弯心

欧洲人玩的 / FIA / fia.com

• F1 / F2 / …
• WRC / world rally championshop
• WRX / world rally cross
• WTCR / 房车
• 达喀尔

美国人玩的 / 简单暴力

• 大脚车
• 直线加速赛
• NASCAR / 纳斯卡 / 椭圆赛道场地转圈
• Gymkhana / 金卡纳 / 漂移技巧
• BAJA / 巴哈 / 墨西哥 / 越野赛事
• 派克峰爬山赛

不同赛事技术规格, 预算帽等, 从而确保”相对”公平竞争. 及安全/成本/节能等角度考量.

• WRC规格 (RALLY1): 1190KG, 380HP, 质量功率比 (weight/power) 3.1kg/hp, 1.6升直列四缸涡轮, 36mm节气门, 四驱
• F1规格: 800KG, 1000HP, 1.6升V6涡轮, 18000RPM, 后驱,
• TCR规格 (Touring Car Race): 前驱, 1250KG, 355HP, 4.2m, 2.0T发动机, BOP (balance of performance) 规则减少车辆导致的差异

FORZA HORIZON / 地平线相关

forza 有力的, 意大利语

Class / 车辆等级 计算

• PI / Performance Index / 车辆评分
  • D/C/B/A/S1/S2
• 分项评分
  • speed 极速
  • handling 侧向G值 / 过弯的极限
  • launch 零百加速用时 / 低速加速性能?
  • acceleration 加速性能 / 加速到极速用时? / 全速域的平均加速度?
  • braking 刹车距离
• 参数
  • power
  • torque
  • weight 车重, 越轻加速越快, 缺点会导致摩擦力不足
  • front 前后车重分配, 越平均越容易获得均衡的抓地力
  • displacement / 排量
  • lateral G / 侧向G值 / 横向抓地力=G值*车重 (离心力)

Car Types / 车辆类型

• Hot Hatch / 两厢轿车 / 掀背车
• saloon (British English) / sedan / 三厢轿车
• Offroad / Buggies / Sport Utility Heros (SUV)
• Rally
• Retro ~ / Classic ~ / Vintage ~ 复古
• Modern ~ / Super ~
• GT (src gran turismo / grand touring) 轿跑?
• Sports cars / Roaster / Spyder / Spider 两座运动
• Supercars ???
• Hypercars > Supercars

listing

• https://forza.fandom.com/wiki/Forza_Horizon_4/Cars
• https://forza.fandom.com/wiki/Forza_Horizon_5/Cars

主动安全系统

• ABS / anti-lock braking system / 防抱死制动系统
• TCS / TCR / / traction control rectifier / 牵引力控制系统
  • 适时减少驱动力, 或增加制动力, 以减少打滑
• ESP / ECS / STM / STABILITY CONTROL 电子稳定程序
  • 可分别独立控制车轮制动
  • 范畴上包含TCS/ABS系统

辅助驾驶: 车道保持 / 车道偏离警示 / 主动刹车 / …

Reference

https://www.bilibili.com/read/cv9045958/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/40625543

https://www.youtube.com/watch?v=UV3RwBPqznU