加速和極速你懂多少?論馬力和扭力的誤區

無論是購車、還是改裝一輛車，車迷的口中少不了提到「馬力」這項數據，的確，它是重要的參考數據，但絕對不是你誇誇其談的資本；你會說「起步靠扭力，加速靠馬力」，你又會說「馬力大-極速高，扭力大-加速好」。那麼，現在拋下兩個問題讓大家思考——

1， 引擎輸出的動力是如何轉化為推動車輛前進的驅動力？

2， 到底是「馬力」重要，還是被冷落的「扭力」比較重要呢？

其實，上述「人云亦云」的觀點是有些片段的，車輛的前進力一定是靠引擎扭矩所發揮作用，為什麼？我會在此本文會做一個全面解答，當中會出現很多信息量——包括各種物理公式、汽車功率、扭矩換算公式等等內容，最終讓你會明白——購車之時，我不需要過於看重「馬力」和「扭矩」數據...

首先，回顧一下中學時期的物理內容「槓桿原理」，你突然會發現，原來汽車扭矩的概念早已出現在課本上了：其公式是【力矩=垂直方向的力x旋轉中心的距離】，力矩的公制單位用Nm (牛米)表示，對於經歷黑暗高中歲月的同學而言，「牛米」並不陌生吧？現在你是不是覺得「學好數理化，走遍天涯也不怕」了？哪有…

而中學課本所說的「力矩」和「汽車扭矩」有何關係呢？再次回到物理概念上就很容易理解——汽車扭矩是指引擎從曲軸輸出的力矩，說白了，也就是「扭轉所需要的力矩」嘛。引擎功率不變的前提下，扭矩與引擎轉速成反比關係，轉速越快、扭矩越小，反之則越大，這些都很好理解吧？理解不了，那就死記硬背吧（物理老師是這樣教的）！

了解「扭矩」之後，我們還需要一個知識儲備——牛米除以重力加速度可換算成國人最熟悉的單位kgm (公斤米)，美國人最常用的是英制單位磅呎(lb-ft)，此時，要想轉換為公制單位，只要將lb-ft乘以0.13826，如果記不住這串數字，那就用lb-ft除以7.22也可以。例如下方的「例如」:

【單位轉化參考】

9.8m/sec2（重力加速度）

1kgf＝9.8N

1kgf.m=9.8Nm（簡化寫法：1kgm=9.8Nm，kgm表示公斤力，又讀「公斤米」）

1lb-ft＝1.355Nm

1lb-ft＝0.13826kgm

例如：新款卡羅拉1.6L的最大扭矩為154Nm，換算公式——154÷9.8=15.71kgm；

例如：凱迪拉克ATS 2.0T的最大扭矩為260lb-ft，換算公式——260*0.13826=35.94kgm。

接著說——汽車驅動力的計算方式：

簡單而言，引擎內部的曲軸扭轉所產生力矩就能推動車輛前進，我們得到上述的kgm單位值之後，就知道如果轉換成實際推動汽車的力量了，公式同樣很簡單，就是將扭矩的數值除以一個長度單位，而這個長度單位就是——輪胎半徑，但是，你必須知道輪胎半徑的公式...

舉例說明：卡羅拉1.6L引擎的最大扭矩為15.71kgm，配備195/65R15的原廠輪胎，輪胎半徑約為0.32m（公式及計算見下方），經由車輪「釋放」的推進力量為15.71÷0.32=49kgf，由於我們處於地球赤道的附近，1kg的物體所受到的重力是9.8N（牛頓），所以，還需要用49kgf乘以9.8N，得到的結果是480.2N。

【輪胎半徑】計算公式：輪胎半徑=（橫截面寬度*扁平比*2+輪圈直徑*635px）÷2

卡羅拉輪胎規格：195/65R15

公式計算：195*65%*2+15*25.4=253.5+381=634.5÷2=317.25mm≈0.32m

補充說明：1英寸=25.4毫米，15寸*25.4=381mm

不用想像也知道，49kgf的力量去推動1噸重的汽車是一件相當困難的事情，而且你別忘記鑽進駕駛室看看怠速時候的轉速表，引擎轉速平均都有1000rpm，此時，再想像一下——車輪達到1000rpm、4000rpm的情景，那豈不是要起飛上天的節奏了？是的，這不科學嘛！幸好人類發明了齒輪的部件、德國人發明了變速箱，其中，變速箱內部所搭配大、小形狀的齒輪組合，它們可以將旋轉的速度降低，並且將扭矩放大。這是因為——齒輪的圓周比是齒輪的半徑比，當小齒輪帶動大齒輪時，小齒輪轉動速度降低的比率和扭矩放大的倍數等於兩個齒輪的齒數比例（所謂的齒輪比）。

舉例說明：假設小齒輪的齒數為15齒，大齒輪的齒數為45齒， 當小齒輪以3000rpm的轉速旋轉，傳遞至大齒輪的轉速便降低了1/3，當變成1000rpm的轉速時，扭矩被放大了三倍；如果小齒輪在3000rpm所產生的扭矩為10kgm，此時的扭矩變成30kgm。由此得知，引擎扭矩的基本原理是——經由變速箱來降低轉速並放大扭矩的過程。

而引擎輸出至汽車輪胎的過程中，一共有兩次扭矩的放大，第一次出現在變速箱的檔位作用，第二次則是最終齒輪比（最終傳動比）。扭矩的總放大倍率就是變速箱齒比與最終齒輪比的相乘倍數。

【公式】扭矩的總放大倍率=變速箱齒比x最終齒輪比。

舉例說明：手排八代思域的一檔齒輪比是3.142，最終傳動比是4.294，而引擎的最大扭矩為17.8kgm/4300rpm，計算結果為17.8*3.142*4.294≈240.15kgm，一檔的最大扭矩經過放大，比原來的引擎自身（17.8kgm）還要放大了13倍；其配備的原廠輪胎尺寸為205/55R16，計算的輪胎半徑是0.32m，此時，再用240.15kgm除以0.32m獲得推力是750kgf（四捨五入）。八代思域（自動擋）的一檔齒輪比是2.666，最終傳動比是4.438，公式計算得到的推力是658kgf（四捨五入）。

然而，這裡計算出來的數值並不是實際的推力，因為每經過一個齒輪傳輸，都會產生一次動力損耗，手動變速箱的機械效率約在95%左右，自排變速箱約在88%左右，而傳動軸的萬向接頭效率約為98%，例如：峰值馬力達到200匹的豐田86，真正到輪上的馬力只有170匹左右（視不同馬力機的測試不同而不同）也是其中的道理之一。所以，這個過程中的損耗（機械效率）的因素考慮進去。下方是汽車的驅動力公式，各位車迷可以直接計算一下，看就知道實際的推力還剩多少了。

【汽車的驅動力公式】

汽車驅動力=（扭矩*變速箱齒比X最終齒輪比*機械效率）÷輪胎半徑

注意：計算驅動力時必須把具體擋位的速比和具體轉速時的輸出扭矩作為參數計算，不能籠統的使用最大值。

擴展閱讀【扭力帶】

在解釋這個較為抽象的「扭力帶」名詞之前，首先我們要明白扭矩和轉速有何關係，引擎扭矩數據也就是說，引擎曲軸運轉的時候能夠產生多大的旋轉力，而在相同引擎排量的前提下，兩款不同車型卻是在不同轉速下獲得相同的扭矩值，這就扭矩「扭力帶」曲線圖不無關係了。

下圖的藍色線是一條寬廣的扭力帶，這樣的好處是稍松油門踏板再輕踩下去的時候油門反應不會遲滯，車輛起步和加速的時間較短，寬廣的扭矩轉速區間給汽車帶來更加迅速和直接的加速。大家都希望得到大馬力的數字，但其實，它僅僅是一個參考指標而已，有時候，令人感覺該車的馬力不止帳面上的匹數，就是受惠於寬廣的扭力帶，它讓動力輸出變得線性，而廣闊的扭力帶也使車輛變得更容易駕駛（因為它擁有良好的低、中轉速扭矩）。如果你想改變引擎的輸出特性，那麼，就要將加速的扭力帶提前或者延後，此時，通過對ECU電腦進行程序刷寫，在任意規定轉速內達到目的。

通過上圖的引擎的扭矩曲線圖，我們可以從這三條不同顏色的扭矩曲線得到怎麼樣的汽車引擎的扭矩特性呢？

藍色扭矩曲線，它像是一款渦輪車型的扭矩輸出，在引擎在2800轉時輸出峰值馬力，但中高速之後隨之扭矩下降，車子變得後段無力；

灰色曲線，這是VTEC引擎扭矩的輸出特性，圖中有兩段扭矩輸出，引擎在3000轉時獲得130Nm的扭矩輸出，而在4600轉時，第二段扭矩的輸出達到180Nm，車子更加有勁，車主可應對更多路況駕駛起來更加得心應手；

紅色曲線，它更像是賽事取向的扭矩曲線的設定，這種情況如果運用在日常代步的民用車身上，車輛起步無力，在走走停停的道路行駛，車子開起來會非常辛苦。

所以說，通過觀察扭力帶曲線可以了解一款引擎特性，例如寬廣的扭力帶（灰色）擁有良好的低、中轉速扭力響應，不過，大家可以通過修改汽車的扭矩曲線來改善引擎的扭力不足問題，也就是——通過刷寫ECU程序之後得到的寬闊的扭力帶。

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馬力定義：單位時間內所能做功的大小，功率（KW）單位。從它的標準單位可以告訴我們，「馬力」也不是一種「力」，而是「功率」，我們已經知道「扭矩」通過變速箱內部的齒比放大變成的實際推力，現在再理解「公式」不太難，因為它也是「扭矩」計算出來的結果。改裝玩家會習慣用「馬力」表示「功率」，但不代表「馬力數值」等於「功率數值」，而是轉化關係。

那麼，功率（kW）要如何轉換成大家常見的「馬力」呢？首先，了解兩個馬力定義——

英制馬力（hp）定義：一匹馬於一分鐘內將200磅(lb)重的物體拉動165英呎(ft)，

計算結果為200X165=33000ft-lb/min；

公制馬力（PS）定義：一匹馬於一分鐘內將75公斤的物體拉動60公尺（米），

計算結果為75X60=4500kgm/min。

經過單位換算——

英制馬力1hp=10454kg*762px*33000ft-lb/min=4566kgm/min，與公制馬力1ps=4500kgm的計算結果有出入，如果以功率單位換算(1W=1Nm/sec=9.8kgm/sec)：又可得1hp=0.746KW；1ps=0.735KW，1KW=1.34hp；1KW=1.36ps，結果，我們得到了以上兩組不一樣的數據。不過話說回來，1ps與1hp相差1.5%，每一百匹馬力差1.5匹，差異並不大。200匹馬力以下的車型，兩者定義的差距只有3匹馬力左右，「100公裡和60英裡」道理相同，而現在，車廠公布的引擎輸出的參考值已經是絕對無爭議的功率（KW）。

公式：功率(kW)﹦2π*扭矩(Nm)*轉速(rpm)÷60÷1000；

或者是：功率(kW)=扭矩*轉速÷9549，

——詳解：功率(kW)=（扭矩*轉速）÷{(60*1000)÷(2*3.1416)}=扭矩*轉速÷9549

將上述獲得的馬力與功率換算方式代入功率與扭矩的換算公式，並且將扭矩的單位換算為kgm單位之後，可得下列結果：

英制馬力hp=扭矩(kgm)x引擎轉速(rpm)÷727

公制馬力PS =扭矩(kgm)x引擎轉速(rpm)÷716

【單位轉化參考】

1lb-ft＝1.355Nm

1lb-ft＝0.13826kgm；

1lb=0.454kg

1ft=30.48cm。

知道這些公式之後有什麼用呢？各位同學不要發困了~哪怕你們多麼不想知道這些複雜的公式，接下來才是延伸出你們所關心的事情——從「英制馬力=扭力×轉速÷727」公式可以知道，扭力不變的情況下，將6000rpm增加到8000rpm，相當於增加了33%，這也就說，如果解開引擎轉速的「封印」便能提升馬力的數值，但由於凸輪軸的限制使得8000rpm時的扭力下降10%，不過，其馬力依然增加19.7%，這說明了什麼呢？很簡單，通過修改ECU程序，解除斷油後便能大幅增加馬力。

接著，我們再從另外一個角度來想——如果在同樣的轉速下，增加50匹馬力，代表能增加多少推力呢？假如最大扭矩是5000rpm的情況下，我們將公式變換一下——增加的扭矩=50hp*727÷5000rpm=7.27kgm。以手排八代思域的一檔齒比進行計算，將這個結果代入汽車驅動力的公式：7.27*3.142（一檔齒輪比）*4.294（最終傳動比）÷0.31（輪胎半徑）=316kgf（未計算損耗率），對於1.2噸重的思域而言，這效果還是挺明顯；假如這輛思域只是增加5匹馬力的話，公式算出的推力更僅增加32kgf，可見5匹馬力根本也沒差多少提升，而市面上的進、排氣系統的升級部件都能達到10匹馬力的水準，至於提升至50匹的馬力水準，價格可是往上翻幾倍了，但是其「力道」肯定不同。

於是，你又多了一個疑問：到底大馬力的車子跑得快，還是大扭力的車子跑得快？我們依然能從上述的公式得到答案——高轉速的區域保證高扭力的水準，也就是說，要想得到大馬力，除了低轉速的扭矩表現好，高轉速的扭矩也得繼續維持，甚至是將各個轉速區域的扭矩值變大，這才是「大馬力取經」的真理，最後你會發現，爭論扭矩與馬力誰最重要根本是多餘的了。

而如果想要將引擎的轉速提高，需要加入更優異的引擎機件（如鍛造活塞、連杆），進排氣閥門的材質、重量加以強化和輕量化後，使得旋轉惰性、承受爆炸力得到提高，所以，鍛造類製品、渦輪套件、刷寫ECU程序等改裝項目都是性能之上玩家的必備補品。