在车迷圈子中,有一句广为人知的俗语:“增加10马力,不如减重1公斤。”这句话虽然有些夸张,但对于汽车制造商来说,轻量化确实是提升性能车和跑车表现的关键策略。那么,单靠减重,真的能显著提升汽车性能吗?我们通过一些海外媒体的实际测试来探讨这个问题。
直线加速是评估汽车动力性能最直观的方式。首先,我们来看一个来自ChrisFix汽车栏目的博主案例。他准备用一辆老款宝马E46 330xi四驱版参加24小时耐力赛。为了提升性能,他决定先进行减重。在减重前,这辆车重1529kg,0-97km/h的平均加速时间为6.83秒。减重196kg后,车重降至1333kg,加速时间缩短至6.06秒,最佳成绩甚至达到了5.97秒,提升明显!
英国汽车媒体《Car Throttle》也进行了类似的测试。他们选用了一辆只有70马力的三菱Space Star迷你MPV,原厂车重1160kg,加速时间为13.95秒。减重305kg后,加速时间大幅缩短至11.65秒,提升了2.3秒!
从以上案例可以看出,减重确实能显著提升加速性能。这背后的原理与“马力”这一概念有关。1782年,詹姆斯·瓦特通过计算得出,一匹强壮的马可以在1秒内将75kg的物体提升1米,因此定义了1马力=75千克力·米/秒。
为了便于理解,我们可以将1马力转换为在1秒内将1.5吨的汽车向前移动5cm的动力,即1马力=1500kg x 5cm/秒。
根据这个公式,如果保持移动物体重量和移动距离不变,将马力增加10倍,移动5cm的时间将从1秒缩短至0.1秒;如果保持马力和移动距离不变,仅将移动物体重量减轻10%,即从1.5吨减至1.35吨,那么在1马力下移动5cm的时间将缩短至0.9秒。因此,在马力不变的情况下,减重可以提升加速性能。
在量产车中,福克斯RS和Zenos E10 R都搭载了350马力的2.3T福特EcoBoost发动机,但Zenos E10 R的车重仅为750kg,远低于福克斯RS的1569kg。因此,Zenos E10 R的0-97km/h加速时间仅为3.0秒,比福克斯RS的4.6秒快得多,几乎可以媲美超跑。
由此可见,仅凭马力大小无法判断汽车性能。因此,推重比(车重÷马力)成为衡量性能的重要指标。推重比越小,意味着每匹马力推动的重量越轻,加速性能越好。例如,福克斯RS的推重比为4.48kg/匹,而Zenos E10 R的推重比为2.14kg/匹,后者每匹马力推动的重量不到前者的一半。
推重比相近的车辆在低速加速测试中通常表现相似。例如,搭载5.0L V8发动机的福特Mustang GT和轻量化的路特斯Exige S,推重比分别为3.61kg/匹和3.62kg/匹,因此它们的0-96km/h加速时间几乎相同,分别为4.2秒和4.1秒。
然而,在高速加速中,马力更大的车辆会占优。因为车速越高,克服风阻所需的动力越多。例如,80km/h时克服风阻需要60%的动力,而200km/h时则需要85%。因此,在100-200km/h的加速测试中,Mustang GT的成绩为9.9秒,而Exige S则为14.1秒。这表明,对于小马力车型,减重对加速性能的提升主要集中在低速区间,轻量化并不能完全替代大马力。
相比加速性能,减重对操控和赛道圈速的提升更为显著。这是因为在赛道上,车辆需要频繁过弯和制动,而这些场景对马力的需求不如直线加速那么大。轻量化车身可以大幅降低刹车负担和提升过弯能力,从而显著影响成绩。下面我们来看具体案例。
ChrisFix博主在对330xi减重196kg后进行了制动测试。减重前,330xi的97-0km/h平均制动距离为52米,减重后缩短至42.8米,提升了9.2米!
《Car Throttle》对三菱Space Star减重305kg后进行了制动测试。原厂车重的制动距离为39米,减重后缩短至33米,接近保时捷911的水平!
《Car Throttle》还对Space Star进行了赛道圈速测试。原厂车重的圈速为44.16秒,减重后提升至41.4秒,提升了2.76秒。对于40秒级的小赛道,这是一个巨大的进步!
这些案例表明,减重可以显著提升车辆的制动和操控性能。其原理基于牛顿第一定律(惯性定律)和第二定律(加速度与质量成反比)。车辆越轻,改变加速度和方向就越容易,从而在弯前更容易减速和过弯。反之,车辆越重,制动和拐弯就越费力。
此外,动能定理表明,车辆的动能与重量成正比,随速度的增加呈平方级增长。重量大的车辆在高速度下具有更大的动能和惯性,因此在过弯时需要更低的车速。相比之下,重量轻的车辆由于惯性较小,更容易改变行进方向,从而在赛道上可以以更高的速度过弯。
轻量化的车辆不仅刹车距离更短,过弯速度更高,还能获得更好的出弯加速性能。相比之下,推重比相同但重量更大的大马力车辆在弯道中无法充分利用其马力优势,因此在弯道多、直道少的赛道上,车手更倾向于选择轻量化的车型。这就是为什么“增加10马力,不如减重1公斤”在赛道圈被视为真理的原因。
那么,如何在实际操作中有效减重呢?
减重的核心是拆除。最简单的操作是拆除备胎,通常可以减重15kg,再加上千斤顶和扳手等换胎工具,可以再减5kg。
在不影响舒适性的前提下,可以将铅酸电瓶更换为锂电瓶,铅酸电瓶重18-22kg,而锂电瓶仅2-2.5kg,换装后可减重16-20kg。
进一步的减重可能会影响日常使用,比如拆除座椅。前排座椅总重约60kg,后排座椅约30kg,拆除所有座椅可减重90kg,并用重量仅8-10kg的桶椅替换主驾驶位的座椅,从而实现约80kg的减重。
拆除座椅后,可以拆除隐藏在座椅下的隔音棉和盖板,进一步减重10kg。经过以上操作,车辆可以减重130kg。以手动飞度为例,原厂车重1058kg,减重后变为928kg,推重比从8.08kg/匹提升到7.08kg/匹,性能超越了1.5T手动思域的7.21kg/匹。
为了追求极致减重,可以拆除气囊、音响、地毯、中控台等部件,并用四点式安全带替换三点式安全带,继续减重45kg。如果不介意舒适性,还可以拆除止震板,再减重10kg,但会导致明显的金属共振和轮胎卷起砂石的声音。
最后,可以拆除内饰顶棚和天窗。内饰顶棚重约5kg,普通小天窗重20kg,全景天窗重25kg。拆除天窗并用铁皮补上缺口,可以减重19-24kg,并降低车辆重心,提升过弯操控性。
在实际赛事中,1.5T 10代手动思域通过拆除备胎、座椅、隔音材料、内饰装饰件、止震板、内饰顶棚和天窗,并换装铁皮后,可以减重214kg,最终车重约1063kg,推重比从7.21kg/匹提升到6kg/匹,性能接近258马力的宝马330i的5.7kg/匹。在短距离加速和赛道圈速上,减重后的思域表现不俗。
总的来说,减重对汽车的操控、刹车和动力性能提升效果显著。然而,对于大多数家用车来说,在不影响日常使用的前提下进行减重并不容易。因此,汽车制造商一直致力于轻量化研究,力求在不影响使用体验的情况下提升性能和节油效果。下次再看到某款车比同级别车轻时,别急着说它是偷工减料,说不定厂家为了这几十公斤的减重付出了巨大努力呢!
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