자동차의 속도를 제한하는 것은 무엇입니까?

엔지니어링 관점에서 일반 차량으로 도달 할 수있는 최대 속도를 제한하는 것은 무엇입니까? 나는 더 빠른 자동차 중 일부는 250km / h보다 빨리 달리지 않는 안전상의 이유로 이해하지만 그것은 내 질문이 아닙니다.

몇 가지 이유를 생각할 수 있지만 다음 중 어떤 것이 관련이 있는지 잘 모르겠습니다.

1. rpm 미터에 빨간색 표시로 제안 된 것처럼 rpm을 높이면 일부 (어떤?)에 의해 설정된 한계가 있습니까?
2. 아니면 rpm을 계속 증가시킬만큼 연료를 빨리 얻을 수없는 것입니까?
3. 아니면 속도를 높이면 마찰 / 드래그가 증가하고 엔진은 최대 힘 / 토크 만 생성 할 수 있으므로이를 극복 할 수 없습니까? 그렇다면,이 양의 토크 / 힘은 무엇에 의존합니까?

차량 속도 (도로 상태에도 불구하고)가 제한 될 수있는 몇 가지 간단한 이유가 있습니다.

1. 기어링 -기존 변속기가 장착 된 생산 차량에는 기어 수가 제한되어 있습니다. 대부분의 현대 자동차의 경우 일반적으로 5 또는 6이지만 오래된 차량은 2 또는 3에 불과할 수 있습니다. 가장 높은 기어의 기어비가 너무 낮은 경우 ( "낮은"기어는 더 큰 숫자 비율로 표시됨) 완전히 공기 저항이 전혀 없어지기 전에 엔진이 다시 작동 할 수 있습니다. 이것은 타코미터의 빨간색 영역에 대한 첫 번째 지점과 연결됩니다. 엔진의 최대 회전 속도 인 레드 라인에 도달했지만 기어를 더 높은 기어로 전환하지 않으면 엔진을 손상시키지 않고 더 빨리 갈 수 없습니다.

2. 드래그 -물리적 물체와 마찬가지로 자동차에는 공기 저항 및 기타 드래그 소스 (구름 저항 등)가 적용됩니다. 자동차의 드래그가 엔진이 바퀴에 생성 할 수있는 동력의 양을 초과하면 속도가 다시 제한됩니다.

3. 속도 제한 기 -생산 차량은 안전 또는 법적 이유로 ECU (엔진 제어 장치)에서 거의 항상 속도 제한이 있음을 언급 할 가치가 있습니다. ECU가 휠이 충분히 빠른 속도로 회전하는 것을 감지하면 차량의 속도가 빨라지지 않도록 엔진의 동력을 차단합니다. 애프터 마켓 ECU 또는 재고 변경으로이 보호 기능을 우회 할 수 있습니다. 예를 들어, 혼다 시빅의 일부 모델 년은 약 120mph (190km / h)로 제한됩니다.

4. 타이어 등급 -모든 타이어의 특정 속도 등급은 차량의 실제 최고 속도보다 훨씬 낮습니다. 속도 등급은 단일 문자이며 타이어 코드의 일부입니다 ( 자세한 내용 은 여기 참조 ). 예를 들어, 임시 스페어 타이어는 폭발이 발생할 위험이 있기 전에 80mph (130km / h)로 제한 될 수 있습니다.

5. 안정성 / 공기 역학 -이것은 실제적인 것보다 공학적 관점은 아니지만 "일반적인"자동차의 경우 서스펜션 및 기타 구성 요소로 인해 자동차가 도로를 똑바로 주행하는 데 충분하지 않다는 특정 지점이 있습니다. 안전한 패션. 이 점을 뒷받침하는 일화적인 증거는 70 년대 풀 사이즈 미국 자동차에 관한 이야기의 형태로 나온다. 최대 3 자리 속도에 도달했을 때 전륜을지면에 유지시키는 공기 역학적 기능이 없었다. 요컨대, 차 아래로 움직이는 공기에서 나온 리프트는 전륜을지면에서 들어 올려 무서운 고속 "휠리"로 옮겼습니다. 이 과정이 기술적으로 자동차 속도를 늦추지는 않았지만 확실히 그 속도로 제어하기가 어려웠습니다.

따라서 속도를 제한하는 것은 엔진의 동력과 기어링 및 구름 및 공기 저항의 두 가지가 결합 된 것입니다.

최대 약 40mph의 회전 저항이 가장 큰 저항이지만,이 속도보다 높은 속도의 공기 저항이 가장 중요한 요소이며 더 빨리 갈 수 있습니다.

엔진 출력은 고정되어 있지만 (오크 튜닝 등) 기어링도 중요합니다. 200bhp의 엔진은 농업용 트랙터 또는 깔끔한 스포츠카에 동력을 공급할 수 있습니다.

총 저항이 바퀴에서 사용할 수있는 힘과 같으면 더 빨리 가지 않습니다.

물리학이 당신을 막습니다. 자전거를 탄 적이 있습니까? 25mph는 쉬우 며, 30는 단단하고, 40은 특수 장비 또는 매우 펌핑 된 바디를 필요로하며, 50은 거의 불가능합니다. 그렇게 작은 속도 증가를 위해 노력이 왜 가파르게 되나요? 공기.

공기 역학적 항력

롤링 저항은 자동차가 느리게 움직일 때 가장 중요한 요소입니다. 그러나 더 빠른 속도에서 지배 요인은 공기 역학적 항력입니다. 구름 저항이 상당히 선형이기 때문입니다. 에어로 드래그는 아닙니다 최소한 2 차 요소입니다. 더 빠른 속도로화물 열차처럼옵니다. 실제로 40mph를 적재 할 수있는 석탄 열차는 약 35 개만 비울 수 있다고 들었습니다. 그 이유는 각각의 빈 석탄 자동차가 바람을 잡는 큰 특종이기 때문입니다. 그리고 열차의 회전 저항은 거의 없습니다.

가용 전력

분명히 에어로 드래그는 엔진이 적용 할 수있는 힘과 균형을 이룹니다. 기관차를 4 배로 올리면 빈 석탄 열차를 최대 70mph까지 얻을 수 있습니다.

자동차에 대해 이야기하고 있으므로 배터리를 얼마나 많이 공급할 수 있고 모터 컨트롤러가 손상을 입지 않고 밀어 넣을 수 있는지 여부가 중요합니다. 또는 연료로 구동되는 자동차를 가정하고 있기 때문에 엔진이 통과 할 수있는 공기 의 양 에 관한 것입니다. 입니다. 정확한 양의 연료를 추가하는 것은 쉽습니다. 공기 흐름은 흡기 / 배기 덕트 / 포팅 / 공명, 밸브 크기 및 수, 캠 (camming) 등의 튜닝에 의해 결정됩니다. (또한 엔진 레드 라인 (최대 RPM)이지만 덕트 / 공명을 조정하여 레드 라인을 높이면 차이가 발생하면 엔진이 거리에서 상당히 잘 작동하지 않습니다.)

기어링도 고려할 수 있습니다. 나는 최고 속도로 어려움을 겪고있는 차를 가지고 있었다. 네 번째 기어가 너무 커서 가속 할 수 없었습니다. 세 번째 장비는 마력 최고점을 넘어 서기 때문에 속도가 빠를 수록 마력이 줄어 듭니다 . 기어링은 속도가 잘못되었지만 거리 주행 재미, 세련미 및 MPG에 탁월했습니다.

Ford Flex와 같은 일반적인 스포티하지 않은 거리의 자동차는 컴퓨터가 rev-limit 또는 MPH-limit가 될 지점에 도달하기 전에 공기 역학적 항력의 물리 한계에 도달 할 가능성이 있습니다.

2000 년 전부터 오늘 (2018 년)까지 제작 된 현대식 고성능 자동차의 경우 답은 간단합니다. 타이어 그립 .

엔진 성능 및 관리는 이미 도로에서 그립 타이어의 성능을 능가하는 수준에 도달했습니다. 타이어가 처리 할 수있는 것보다 더 많은 에너지를 공급하려고 할 때 발생하는 일은 휠 슬립입니다.

대부분의 사람들은 서기 시작 (드래그 레이싱에서와 같이)에서 자동차가 느리게 움직일 때 (사람들이 고의적으로 고무를 태울 때) 바퀴 미끄러짐에 익숙 할 것입니다. 이러한 유형의 슬립은 CPU가 브레이크를 제어하게하여 (트랙션 제어) 제거되었습니다.

다음은 우리가 우려하는 휠 슬립입니다. 최고 속도로 움직이면서 휠 미끄러짐. 이에 대한 기존의 수정은 자동차의 공기 역학을 수정하고 기본적으로 자동차를 도로로 밀어 넣는 힘을 추가하는 것입니다.

이제 더 많은 다운 포스를 추가하면 드래그가 증가하고 성능이 저하되는 단계에 도달했습니다. 그러나 우리의 최고 성능 엔진은 여전히 ​​휠 슬립을 생성 할 수 있습니다.

그러나 엔진 개발과 병행하여 화학 및 타이어 설계의 발전은 타이어가 그립을 잃기 전에 처리 할 수있는 속도를 높여 자동차의 최고 속도를 높이는 데 기여했습니다. 이제 최고의 엔진이 지속적으로 타이어 고장을 일으킬 수있는 지점에 도달 했으므로 현재 제한 요인은 타이어 그립입니다.

타이어의 회전 저항과 공기 저항의 한계에 전적으로 의존하는 순전히 이론적 한계를 찾는 것. 여기 작업이 있습니다.

방식

• $F_d = \dfrac{1}{2}pA\mu_d v^2$: 이것은 항력의 공식입니다.
• $f_s = \mu_s mg$: 정적 마찰력에 대한 공식입니다.

참고 : Tesla 모델 3의 값을 사용하고 있습니다.

알려진 값

• A = 0.23m ²
• g = 9.80665m / s ²
• m = 1611 kg
• $\mu_s$ = 0.7
• $\mu_d$ = 0.23
• p = 1.2754 kg / m ³

가정

• 자동차는 중력에 완벽하게 수직입니다.
• 자동차가 해수면에 있습니다.
• 조건이 이상적입니다.
• 엔진의 힘은 무한합니다.

결과

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

기어 구동 (직접 구동) 차량을 지정하지 않았습니다. 다이렉트 드라이브 차량의 경우에도 제한 속도는 공기 역학을 설계하여 자동차의 이륙 및 비행을 방지함으로써 궁극적으로 설정됩니다.

마지막으로, 육상 속도 기록은 다른 부품들 중에서도 엄청나게 특수화 된 휠과 브레이크 (표준 디스크는 높은 RPM에서 날아갈 것임)와 함께 극단적 인 디자인의 자동차, 제트 또는 로켓 구동 식으로 설정되었습니다.

요컨대, 질량 대 질량 비율이 더 높은 새로운 재료가 개발됨에 따라 육상 속도 기록이 계속 깨질 가능성이 있습니다.