在車圈有這樣一句廣為流傳的老話:“增加10馬力,不如減重1公斤。”雖然這句話有一定的誇張成分,但迴歸日常,汽車廠商在打造性能車或跑車的時候,也無一例外會在輕量化上“剋剋計較”。那麼問題就來了,單純通過減重這一個途徑,究竟能對性能起到多大的提升呢?下面我們就通過幾組海外媒體實際進行的減重試驗來一探究竟!
直線加速是一項最能直觀體現車輛動力性能的測試項目,所以咱們先來看看減重對於直線加速性能會產生多大影響。首先登場的是海外一檔叫做ChrisFix汽車欄目的博主,起初他準備開着一台大齡寶馬E46 330xi四驅版去參加當地的24小時耐力賽,為了滿足比賽的性能需求,他必須對車輛進行一些改裝升級,而他操作中的第一步就是給車輛進行減重。在減重前,這台E46 330xi的重量為1529kg,在車輛純原廠的狀態下,經過3次測試得出的0-97km/h平均加速時間為6.83秒。而當車輛減掉196kg重量後(減重方法後面會單獨介紹),車重只有1333kg的330xi,經過3次0-97km/h測試,平均成績已經提升到了6.06秒,比減重前快了0.77秒,並且三次測試中的最好成績甚至已經跑進了6秒以內,達到了5.97秒!
除了上述這名博主外,英國汽車媒體《Car Throttle》也進行了減重對於加速性能影響的測試。他們選擇了一台只有70馬力的迷你MPV(比小型MPV還小一個級別)--三菱Space Star作為測試車,在原廠1160kg的車重下,這台車的0-97km/h加速時間只能做到13.95秒。而當車輛減掉305kg的“肥肉”之後,它的0-97km/h加速成績直接提高到了11.65秒,比減重之前足足快了2.3秒!
通過上面兩個案例可以發現,給車輛減重確實可以帶來相當可觀的加速性能提升。那減重會直接提升加速性能這件事,又該如何通過嚴謹的物理學解釋呢?其實這裏面的原理跟“馬力”這個單位的定義息息相關,具體是這樣的:1782年英國發明家詹姆斯·瓦特正式獲得了蒸汽機的專利,當時他為了衡量蒸汽機的性能,於是決定以當時代步工具--馬車中的馬匹作為標準。經過瓦特的計算,一匹強壯的馬,可以在1秒鐘將75kg的物體提高1米(如上圖所示),於是瓦特便以1馬力=75千克力·米/秒來定義了“馬力”這個單位。
為了方便理解,我們經過一系列數學換算後,也可以將“1馬力”的定義等同於:在1秒時間內,將1.5噸的汽車向前移動5cm,也就是1馬力=1500kg x 5cm/秒。
根據這個公式我們可以得出,如果在移動物體重量和移動距離不變的情況下,將馬力放大10倍,那移動5cm的用時將從1秒縮短為0.1秒;而如果不變的是馬力和移動距離,單純將移動物體重量減輕10%,也就是將移動的1.5噸汽車重量降低至1.35噸,那在同樣1馬力帶着移動5cm的情況下,用時就會縮短至0.9秒了。也正因如此,在車輛馬力不變的前提下只進行減重操作,這台車的加速性能同樣也會得到提升。
上:福克斯RS / 下:Zenos E10 R
而在量產車領域,更是有無數實際案例驗證着馬力公式中,移動物體重量對於移動用時造成的影響。像是福克斯RS和Zenos E10 R使用的都是350馬力的2.3T福特EcoBoost發動機,但由於Zenos E10 R的重量只有750kg,甚至連福克斯RS的1569kg車重一半都不到,所以Zenos E10 R的0-97km/h加速做到了3.0秒,相比於福克斯RS的4.6秒性能車成績,Zenos E10 R則直接可以比肩超跑了。
由此可見,單憑馬力大小並不能判斷一輛車的性能強弱,所以才誕生了“推重比”這個直觀展示馬力和重量關係的性能指標。推重比的計算方法很簡單,就是用車重÷馬力,其所得數字越小,也就代表一匹馬力推動的重量越輕,理論上加速性能就會越好。比如福克斯RS的推重比為4.48kg/匹,而Zenos E10 R的推重比2.14kg/匹,相當於同樣1馬力在Zenos E10 R上推動的重量,連福克斯RS的一半都不到。
上:Exige S / 下:Mustang GT
一般來説,兩台推重比近似的車,在變速箱差距不大的情況下,其在0-100km/h這種極速不高的加速測試中所取得的成績應該也是近似的。像是搭載5.0L V8發動機的福特Mustang GT,其車重為1681kg、最大馬力466匹,用車重除以馬力得出的推重比為3.61kg/匹。而作為輕量化代表的路特斯Exige S,其搭載1.8L機械增壓發動機,車重為942kg,最大馬力260匹,推重比為3.62kg/匹,與福特Mustang GT幾乎一致,所以二者0-96km/h的加速時間也幾乎一致,其中福特Mustang GT為4.2秒、路特斯Exige S為4.1秒。
不過需要注意的是,雖然在0-100km/h這種極速不高的加速中,推重比相似的車所取得的成績是近似的,但如果繼續將車速提升,那在同樣推重比下馬力、車重更大的那位,就會在加速方面佔據優勢了。這是因為車速越快,就需要消耗更多的動力去對抗風阻,像是在80km/h的時速下,克服空氣阻力大約需要消耗60%的動力,而當車速達到200km/h時,車輛將會有85%的動力消耗在克服風阻上。此時由於馬力更大的車在扣除用於抵抗風阻的那部分動力損耗後,所剩的馬力依然更大,所以自然就能在高速區間內佔據加速優勢了。
像是在100-200km/h的加速測試中,福特Mustang GT的成績為9.9秒,而路特斯Exige S則需要14.1秒。由此可見,對於馬力較小的車型而言,減重對加速性能的提升會主要集中在高速以下的速度區間。這也就意味着,輕量化在加速性能方面並不能完全取代大馬力。
相較於加速性能的提升,減重對於車輛操控、以及賽道圈速方面的提升會更加立竿見影。這是因為相較於單純的直線加速,車輛在崎嶇賽道里還要面臨繁多的過彎、制動場景,而這些場景對於馬力的需求並不會像直線加速那麼大,反而是可以大幅降低剎車負擔、以及提升過彎能力的輕量化車身會對成績產生很大影響。下面咱們來看具體案例。
前面提到的那檔名為ChrisFix欄目的博主在做完加速測試後,他還對減輕了196kg的330xi進行了制動測試。在相同測試環境下,這台剎車系統已經嚴重老化的330xi的3次97-0km/h平均制動距離,從減重前完全不合格的52米,直接縮短至了勉強能看的42.8米。也就是説,這台20歲高齡的老3系,單純憑藉196kg的減重,就縮短了9.2米的制動距離!
此外,上面對三菱Space Star進行了305kg減重的英國媒體《Car Throttle》,也在減重前後分別進行了制動測試。在原廠1160kg車重的狀態下,這台家用MPV的97-0km/h制動距離為39米,算是家用車的正常水平。而在大幅減重305kg之後,這台重量僅為855kg的MPV,制動距離竟然直接縮短至了33米,這個可以比肩保時捷911的成績了!
與此同時,《Car Throttle》還對這台三菱Space Star進行了賽道圈速測試。在原廠1160kg車重的狀態下,車輛的圈速成績為44.16秒;而在減輕305kg後,這台重量僅為855kg的MPV的圈速則提升到了41.4秒,比原廠狀態快了2.76秒。跑過賽道的朋友一定知道,對於一條40秒級別的小賽道而言,2.76秒的圈速提升已經非常大了!
通過上述兩個案例不難看出,給車輛減重可以大幅提升車輛的制動和操控性能,那這個提升又該如何通過嚴謹的物理學來解釋呢?其中的原理是這樣的,根據牛頓第一定律,即慣性定律可知,當車輛行駛時,自身運動所產生的慣性會讓車輛朝着原來的行駛方向移動,直到外力迫使它改變運動狀態為止;此時再結合牛頓第二定律,物體的加速度大小和作用力成正比,但跟質量成反比可以得出,車輛越輕,想要改變它的加速度、以及力的方向也就越容易,相當於車輛會更容易在彎前實現減速,並會更容易通過改變力的方向來過彎。反之,越重的車在制動、拐彎時就會越費勁。
此外,如上方所示的動能定理公式還告訴我們:車輛的動能(E),與重量(m)成正比關係,車輛越重,動能越大,並且這個動能還會隨着車輛速度(v)的增加呈平方級別的增長。這也就意味着,慣性本來就大的高重量車輛,疊加更高的車速,那就會帶來更大的動能,而更大動能所帶來的更大慣性就會使車輛更難改變行進方向,因此在過彎時就必須得把車速降得比低重量車型更低,才可以保證車輛能正常過彎。此時反觀重量更輕的車,由於其自身具備的慣性更小,所以要想改變車輛的行進方向也就會更容易。實際體現在賽道中,就是在其它環境不變的情況下,體重越輕的車,就越可以用更高的車速過彎。
除了更短的剎車距離、以及更高的過彎速度外,重量更輕的車還可以獲得更好的出彎加速性能。而反觀重量更重,但推重比和輕量化車型一樣的大馬力重車,由於其更大的馬力無法在彎前制動、以及過彎時為車輛提供幫助,且更大的重量還會起到副作用,並抹平出彎時的大馬力優勢,所以在彎道多、直道少的賽道駕駛或比賽時,車手都會更傾向於選擇馬力尚可、但重量更輕的車型。畢竟更輕的重量,對於車輛性能的提升是全方位的,不會像大馬力那樣具有很強的使用場景侷限性。這也是為啥“增加10馬力、不如減重1公斤”這種略帶誇張成分的話,在賽道圈卻會被奉為真理一般對待的原因。
在講完輕量化對車輛加減速、圈速等方面的提升後,那在實操層面我們又該如何對車輛進行有效減重呢?
事實上,給車輛減重的核心就是一個字--拆!如果把車上與駕駛無關的所有配置和硬件全部拆除,那車重自然也就減下來了。其中,最簡單、同時也不會對日常使用產生太大影響的操作就是拆備胎。目前大部分車型的備胎都是鋼圈+非全尺寸備胎的組合,將其卸下至少可以減重15kg。如果再連帶將千斤頂、扳手之類的換胎工具拿走,整車還能再減掉5kg左右。
在保證車輛各項舒適性配置都可以正常使用的前提下,除了將備胎移除外,咱們還可以通過將原本的鉛酸電瓶更換成重量更輕的鋰電瓶來實現大幅減重。目前,家用車的鉛酸電瓶普遍重達18-22kg左右,而輕量化的鋰電瓶則只有2-2.5kg。也就是説,如果你願意花2000元去更換鋰電瓶,就可以為車輛減重16-20kg。
在拆除備胎和更換輕量化電瓶後,後續的減重操作就會多多少少影響到車輛的日常使用了。首先最常見的操作就是拆椅子。一般來説,前排兩張座椅的總重會達到60kg左右,而後排座椅由於大多隻是坐墊+靠背的結構、不像前排座椅一樣擁有堅固的金屬支架,所以整個後排座椅的重量一般只有30kg左右。那如果我們將所有座椅都拆掉,就能為車輛直接減重90kg。至於主駕駛位空缺的座椅,我們則會裝上重量只有8-10kg的桶椅,相當於通過對座椅進行操作,我們就能為車輛減重大約80kg。
在拆除座椅後,原本那些隱藏在座椅下方的隔音棉、蓋板就開始向我們招手了,將它們一併拆除又能帶來大概10kg的減重效果,再加上之前的所有減重操作,現在整台車已經足足甩掉130kg的“肥肉”了!此時如果我們的減重對象是一台擁有131馬力、車重僅為1058kg的手動飛度,那在減去130kg後,它的車重將會變為輕盈的928kg,並且推重比將會從原來的8.08kg/匹,提升到7.08kg/匹。要知道,擁有177馬力,重量僅為1276kg的1.5T手動思域的推重比不過7.21kg/匹。這也就意味着,一台GK5在不進行動力改裝,僅拆除備胎、座椅,更換鋰電瓶的情況下,推重比就能比1.5T原廠思域更大了。
如果你想繼續追求極致減重、在賽道上做出更好的圈速,那還可以將氣囊、音響、地毯、中控台等部件全拆掉,並使用結構簡單的四點式安全帶替換原廠鎖止機構較重的三點式安全帶,以上這些操作還能繼續減重45kg。當然,如果你一點不在意舒適性,那還可以將貼在金屬底盤上的止震板拆掉,這樣還能再減重10kg,不過缺點就是整台車開起來會出現十分明顯的金屬共振和擠壓聲音,並且輪胎捲起砂石打到底盤上的聲音也會更響亮。
當把車輛拆到這種地步後,車上還能大幅減重的地方就只剩內飾頂棚和天窗了。其中內飾頂棚大約重5kg,天窗要是普通小天窗的話,一般重20kg;全景天窗則重25kg。在將天窗拆除後,通常的操作方法是用0.5mm厚的鐵皮通過焊接的方式將缺口補上。以普通天窗大約0.3m²的面積來計算,填補天窗的鐵皮重量大約在0.9kg左右。這也就意味着,拆掉天窗大概可以優化出19-24kg。不僅如此,由於內飾頂棚和天窗都安裝在車身的最高點,所以拆除後還能降低車輛的重心,進而減少側傾、提升車輛的過彎操控性。
在現實生活中,像是在一些賽事中常見的1.5T 10代手動思域,在拆除備胎、座椅、隔音材料、內飾裝飾件、止震板、以及移除了內飾頂棚、天窗並換裝鐵皮之後,可以比原廠減重約214kg,最終車重只有大約1063kg。在1.5T發動機保持原廠177馬力不變的情況下,10代思域的推重比也會從原廠的7.21kg/匹,直接提升到6kg/匹。要知道,擁有258馬力的G20代寶馬330i,其推重比也不過5.7kg/匹,只比減重後的思域略強一點。也就是説,在不考慮輪胎抓地力,以及前驅這種驅動形式在加速方面的天生劣勢,一台經過偷輕的思域在0-100km/h這樣的短距離加速方面並不會比5.6秒破百的寶馬330i慢很多!更關鍵的是,思域減重後僅1062kg的“羽量級”體重,還會讓它在圈速方面比重達1610kg的寶馬330i具備不小的優勢!畢竟在過彎時,它所受到的慣性要遠遠小於1610kg的330i。
一番分析下來不難看出,減重對於操控、剎車、動力性能的提升效果是立竿見影的,不過對於絕大多數家用車來説,要想在不影響日常使用體驗的前提下去減重,確實也並非易事。正因如此,汽車廠商才一直致力於輕量化的研究,試圖在不影響使用體驗的前提下收穫性能和節油。所以在如今這個時代,大家可千萬不要因為某款車比同級車都輕,就噴它是偷工減料,説不定廠家工程師為了降低這幾十公斤重量,付出了我們難以想象的精力和成本呢!