感谢 @刘尧 邀请。
一般印象中,无论是传统内燃机汽车还是电动汽车,其驱动系统(内燃机或电机)的强弱直接决定了加速性能。但加速性能的“极限”并不是由驱动系统决定的,而是由轮胎和地面决定的——在驱动系统的动力过强的情况下,车轮与地面就会“打滑”,此时不用说2个电机没用,就是2万个也没用(除非车辆飞起来,但车轮脱离了地面,就不符合“汽车”的概念了)。
这个道理可用拔河作为类比: 臂力不足的小学生拔河,臂力大的一方胜;臂力充足的大学生拔河,在鞋底与地面状况相同的情况下,就是体重大的一方胜。也就是说,拔河的瓶颈一般不在于臂力,而在于地面所能提供的“附着力”。 当然,回到车辆加速的事情上,由于加速度还要除以车重的,因此在动力充足的前提下,加速性能与车重基本无关。
下面,我们首先讨论一下,加速性能的“极限”是多少。
1. 常见的干燥水泥路面上,普通车轮与地面的“附着系数”在φ=0.7~1.0之间。(数据来源:附着系数_百度百科)。“附着系数”对于非专业人士来说是一个新名词,简单地可理解为就是“静摩擦系数”,就是说超过这个值,车轮与地面就打滑了。
2. 若驱动系统功率足够、车轮驱动力分配控制得当,那么加速性能的极限可以用一个很简单的公式求出来: t = 目标车速/g/φ。式中,g是重力加速度。在φ=0.7~1.0的情况下,百公里加速性能的“极限”可以算出来是t = 2.8~4.0s.
3. 若φ取平均值0.85, 则百公里加速时间t= 3.3s,与特斯拉公布的3.2秒只相差0.1s,是不是很巧?
4. 而特斯拉公布的是60mph加速性能,也就是96km/h加速性能,重新算一遍得到t=3.2s —— 这已经不是巧了,而是此车就是这样设计的。
也就是说,特斯拉的新车,通过使用2个电机的方式,在加速性能上达到了理论上的“极限”。那么问题来了,挖掘……。嗯~问题其实是:
问题a) 1个电机情况下,加速性能的“极限”是多少?
问题b) 多于2个电机,是否会进一步提升加速性能的“极限”?
问题c) 特斯拉作为一个新兴汽车公司,短短几年就达到了加速性能的“极限”,是否说明这个公司强得逆天了?
问题d) 似乎记得某些超级土豪车的百公里加速超越了2.8s的“极限”,如何做到的?
回答a) 加速性能属于“纵向”动力性能,只分前后,不分左右——这也很好理解,谁敢在一脚油门踩到底的时候还拐弯呢?谁在跑百米比极限速度的时候使用弯道呢?
若只有1个电机,那么这个电机要么在前轮,要么在后轮。
(经@Xuyang Sha 与 @maomaobear 指出,一个电机或发动机也是可以驱动四轮的,此处是我没考虑到。不过,单电机四驱与双电机四驱的效果是不一样的,我会在后续进行补充——2014.10.13)
而车辆的重量只有一部分分配在前轮或后轮上,假设前轮分到a%,后轮分到b%。若电机在前轮上,此车的加速极限约为3.2s / a%。若a%=60%(一般来说,驱动轮所在轮分配的车重较大),则t=5.3s。
差不多就是在这个级别,更准确的计算还需要考虑到加速情况下的载荷转移等,在此就不深入了。
回答b) 刚才提到,加速性能属于“纵向”动力性能,只分前后。2个电机就已经可以100%地照顾到前后了,可以达到“极限”了,再多就没用了。
回答c) 电动汽车可以没有离合器,可以没有变速箱,这大大降低了提高百公里加速的难度。对于传统车来说,离合器与变速箱是必需品。而提高加速性能,难点可能在变速箱上——想想普通车换档需要多长时间吧! 特斯拉是一个逆天的公司,我也很喜欢,但达到加速性能的“极限”对于电动汽车来说不是很难的事。当然也不简单,主要是要做好TCS(traction control system)——使每个车轮都处于“即将打滑而未打滑的状态”。
回答d) 传说布加迪威航的百公里加速时间为2.5s,明显低于2.8s的“极限”。如何做到的呢? 细节上我不清楚,但肯定是使用了特制车轮行驶在特定路面上,使φ>1了——也就是说,即使土豪买得起布加迪,但要是想达到加速极限,还得先修路啊!
题主原问题中的“性能”没有指明是“加速性能”,而我私自这样理解——以上作答也只是针对“加速性能”。
若泛指“性能”,4轮与2轮相比的操纵性啊什么的,那就要说的多了去了,不好答了。
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新问题: 单电机四驱与双电机四轮在加速性能上的区别? ——先留着,待有空时补充。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:张抗抗
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