什么限制了汽车的速度？

从工程角度来看，什么限制了普通车可以达到的最高速度？我了解，出于安全原因，一些速度更快的汽车的行驶速度不得超过250公里/小时，但这不是我的问题。

我可以想到几个原因，但不确定其中哪些是相关的：

1. 如转速表上的红色标记所示，如果我提高转速，则由某个部分（哪个？）设定的极限值是否被打破？
2. 还是说您不能以足够快的速度加油以保持转速增加？
3. 还是随着您的加速摩擦/阻力增加而引擎无法克服它，因为它只能产生最大的力/扭矩？如果是，那么扭矩/力的大小取决于什么？

有几个简单的原因可能会限制车辆的速度（尽管有路况）：

1. 齿轮 -具有传统变速箱的量产车辆的齿轮数量有限。对于大多数现代汽车来说，通常为5或6，而较老的车辆可能只有2或3。如果最高档位的齿轮比太低（“低档”齿轮表示为较大的数值比），则完全是可能在空气阻力完全成为影响因素之前，发动机会红线。这与您在转速表上红色区域的第一点联系在一起。如果达到红线（这是引擎的最高转速），但是没有更高的档位可挂入，那么您就不能在不损坏引擎的情况下加快行驶速度。

2. 阻力 -像任何物理物体一样，汽车也会受到空气阻力和其他阻力来源（滚动阻力等）的影响。如果汽车上的阻力超过了发动机能够产生的力量，那么您的速度将再次受到限制。

3. 速度限制器 -值得一提的是，出于安全或法律原因，生产车辆几乎总是在ECU（发动机控制单元）中限制速度。如果ECU检测到车轮正在以足够快的速度旋转，它将切断发动机的动力，以防止车辆行驶得更快。可以通过售后ECU或对现有的ECU进行修改来规避这种保护。例如，本田思域的某些车型年限速限制在120 mph（190 km / h）左右。

4. 轮胎额定值 -所有轮胎都具有一定的速度额定值，这可能比车辆的实际最高速度低得多。速度额定值是单个字母，是轮胎代码的一部分（有关更多信息，请参见此处）。例如，临时备胎在即将遭受爆胎的危险之前可能会限制为仅80 mph（130 km / h）。

5. 稳定性/空气动力学 -从工程学的角度来看，它比实际的观点要少，但是对于“常规”汽车，在某种程度上说，悬架和其他部件不足以使汽车在道路上直行。安全时尚。支持这一点的轶事证据来自一个关于70年代老式全尺寸美国汽车的故事，当它以三位数的速度行驶时，就没有空气动力能力将前轮保持在地面上。简而言之，从汽车下方移动的空气所产生的升力将前轮抬离地面，变成了一个可怕的高速“车轮”。尽管此过程从技术上讲并没有导致汽车减速，但确实使以该速度进行控制变得困难。

因此，限制速度的是两件事的结合：来自发动机的动力和传动装置以及滚动阻力和空气阻力。

最高时速约40英里/小时，滚动阻力是最大的阻力，但高于该速度时，空气阻力是主要因素，并且越快行驶阻力越大。

发动机功率是固定的（可微调等），但传动装置也很重要-200bhp的发动机既可以为农用拖拉机提供动力，也可以为整洁的跑车提供动力。

一旦总阻力等于车轮上的可用功率，您就不会再走得更快了。

物理学阻止了你。骑过自行车吗？25英里/小时的速度很容易，30英里/小时的速度很困难，需要40档特殊齿轮或非常抽气的车身，而50英里/小时几乎是不可能的。为什么在这么小的速度增加下努力如此之大？空气。

气动阻力

当您的汽车行驶缓慢时，滚动阻力是主要因素-这就是为什么它们很难推动的原因。但是，在更高的速度下，决定因素是空气阻力。那是因为滚动阻力相当线性。空气阻力不是，至少是第二因素-它像货运列车一样以较高的速度出现。实际上，我听说过煤炭火车可以以40 mph的速度行驶，只能空载35英里。那是因为每辆空煤车都是大风头，随风而去。火车的滚动阻力几乎为零。

可用功率

显然，空气阻力与引擎可施加的力量相平衡。如果他们将机车放上四倍，它们可以使空煤火车的速度达到每小时70英里。

您是在谈论汽车，所以这取决于电池可以提供多少电量以及电动机控制器可以推动而不损坏的问题。或者，因为您假设使用的是燃料驱动的汽车，那就是发动机可以通过多少空气。添加适量的燃料很容易。气流是通过调整来决定的-进气/排气管/端口/共振，气门尺寸和数量，凸轮，类似的东西。（还有引擎红线（最大RPM），但是如果您调整了风道/共振，那么提高红线会有所作为，那么该引擎在大街上的运转将非常差。）

齿轮传动也可能是一个因素。我有一辆速度最快的汽车。四挡太高，无法加速。第三档超越了它的马力峰值，所以你走的越快，马力就越小。传动装置在速度上全都错了，但是对于街头驾驶的乐趣，完善和MPG来说却是极好的，这就是我所付出的。

像福特Flex这样的典型非运动型街车很可能在达到计算机将要达到的转速极限或MPH极限之前达到空气动力学阻力的物理极限。

对于在2000年左右以后生产的现代高性能汽车，直到今天（2018年），答案很简单：轮胎抓地力。

发动机的性能和管理已达到可以超越轮胎在路面上抓地力的水平。当您尝试施加比轮胎无法承受的更多能量时，会发生车轮打滑。

大多数人会从站立开始（例如在赛车比赛中）和汽车缓慢行驶（人们故意燃烧橡胶）时就熟悉车轮打滑。通过让CPU控制制动器（牵引力控制）可以消除这种打滑现象。

接下来是我们关注的车轮打滑。高速行驶时车轮打滑。对此的传统解决方法是修改汽车的空气动力学特性并增加下压力，以基本上将汽车推向道路。

现在我们已经到了增加更大的下压力会增加阻力并降低性能的阶段。但是我们性能最好的引擎仍然会产生车轮打滑。

但是，与发动机开发并行的是，化学和轮胎设计的进步也通过提高轮胎在失去抓地力之前能够应付的速度来提高汽车的最高速度。现在我们已经达到了最好的引擎可以连续使轮胎失效的地步，当前的限制因素是轮胎的抓地力。

为了找到完全取决于轮胎的滚动阻力和空气阻力的极限的纯粹理论极限。这是工作。

公式

• $F_d = \dfrac{1}{2}pA\mu_d v^2$
• $f_s = \mu_s mg$

注意：我使用的是Tesla模型3的值。

已知值

• A = 0.23 m ²
• g = 9.80665 m / s ²
• m = 1611公斤
• $\mu_s$
• $\mu_d$
• p = 1.2754千克/米³

假设条件

• 汽车完全垂直于重力。
• 车在海平面上。
• 条件是理想的。
• 引擎的力量是无限的。

结果

$V_{theo} = 1280.9\text{ mph}$

您没有指定齿轮驱动（直驱）汽车。即使对于直驱车辆，极限速度最终也通过设计空气动力学来设定，以防止汽车起飞和飞行。

最后，我检查了陆地速度记录，其中包括采用喷气发动机或火箭发动机的极端设计汽车，以及令人难以置信的专用车轮和制动器（标准碟片在涉及的高转速下会飞散）。

总之，随着新材料的强度质量比不断提高，陆地速度记录可能会继续被打破。