車の速度を制限するものは何ですか？

エンジニアリングの観点から、通常の車で到達できる最大速度を制限するものは何ですか？高速車のいくつかは、安全上の理由から、250 km / hと言うよりも速く走らないように制限されていることを理解していますが、それは私の質問ではありません。

いくつかの理由を考えることができますが、これらのどれが関連するのかはわかりません：

1. rpmメーターの赤いマークで示されているように、rpmを上げると、一部（これは？）によって制限が解除されますか？
2. それともむしろ、rpmを上げ続けるのに十分な速さで燃料を得ることができないということですか？
3. それとも、スピードアップすると摩擦/抗力が増加し、エンジンは最大量の力/トルクしか生成できないため、これを克服することはできませんか？はいの場合、このトルク/力の量は何に依存しますか？

車両の速度（道路状況にもかかわらず）が制限される理由はいくつかあります。

1. ギアリング -従来のトランスミッションを備えた量産車のギア数には限りがあります。ほとんどの現代の車では、これは通常5または6です。一方、古い車には2または3しかありません。空気抵抗が要因になる前にエンジンがレッドラインになる可能性があります。これは、タコメーターのレッドゾーンに関する最初のポイントと関連しています。エンジンの最大回転速度であるレッドラインに達したが、シフトするギアがそれ以上ない場合、エンジンを損傷することなく速く進むことはできません。

2. 抗力 -物理的なオブジェクトと同様に、車は空気抵抗やその他の抗力源（転がり抵抗など）の影響を受けます。車の抵抗が、エンジンが車輪に生成できる電力量を超えると、速度が再び制限されます。

3. スピードリミッター -生産車両は、安全性または法律上の理由から、ECU（エンジンコントロールユニット）でほぼ常に速度制限されていることに注意してください。ECUが車輪が十分に速い速度で回転していることを検出した場合、エンジンへの電力をカットして、車両の高速化を防ぎます。アフターマーケットECUまたはストックECUの修正により、この保護を回避することが可能です。例として、ホンダシビックの一部のモデル年は、約120 mph（190 km / h）に速度制限されています。

4. タイヤの定格 -すべてのタイヤには一定の速度定格があり、車両の実際の最高速度よりもはるかに低い可能性があります。速度定格は1文字で、タイヤコードの一部です（詳細については、こちらをご覧ください）。たとえば、一時的なスペアタイヤは、パンクに陥るという差し迫った危険にさらされる前に、わずか80 mph（130 km / h）に制限される場合があります。

5. 安定性/空気力学 -これは実用的なものよりも工学的な観点ではありませんが、「通常の」車の場合、サスペンションや他のコンポーネントでは車を道路をまっすぐに運転するのに十分ではないという特定のポイントがあります安全なファッション。この点を裏付ける逸話的な証拠は、70年代の古いフルサイズのアメリカ車についての物語の形をとっており、3桁の速度になったときに前輪を地面に固定する空力能力がなかったというものです。要するに、車の下を移動する空気からのリフトが前輪を地面から持ち上げて恐ろしい高速「ウイリー」にした。このプロセスは技術的に車の速度を低下させることはありませんでしたが、確かにその速度での制御を困難にしました。

そのため、速度を制限するのは、2つのことの組み合わせです。エンジンからの動力とギアリング、および転がり抵抗と空気抵抗です。

最大約40mphの転がり抵抗が最大の抵抗ですが、その速度を超えると空気抵抗が支配的な要因となり、速く走るほど増加します。

エンジンの出力は固定されています（チューニングなど）が、ギアも重要です-200bhpのエンジンは、農業用トラクターまたはきちんとしたスポーツカーのいずれかに動力を供給できます。

総抵抗が車輪で利用可能な電力に等しくなると、それ以上速くなりません。

物理学はあなたを止めます。自転車に乗ったことはありますか？25 mphは簡単、30は硬い、40は特殊なギアまたは非常にポンプアップしたボディが必要で、50はほとんど不可能です。このような小さな速度の増加に対して、なぜ努力がそれほど急になるのですか？空気。

空力抵抗

転がり抵抗は、車の速度が遅いときに支配的な要因です。そのため、プッシュするのが非常に困難です。しかし、高速では、支配因子は空力抵抗です。転がり抵抗がかなり線形だからです。エアロドラッグはそうではなく、少なくとも二次的な要因です-それは高速で貨物列車のようになります。実際、40 mphの負荷をかけることができ、約35の空しかできない石炭列車を聞いたことがあります。それは、空の石炭車がそれぞれ大きなスクープで、風をつかんでいるからです。また、列車の転がり抵抗はほとんどありません。

利用可能な電力

明らかに、その空力抵抗は、エンジンが適用できる力に対してバランスが取れています。4倍の機関車を乗せれば、空の石炭列車は最高時速70マイルになります。

あなたは車について話しているので、バッテリーがどれだけ供給でき、モーターコントローラーが損傷を受けることなく押すことができるかという問題です。または、燃料自動車を想定しているので、エンジンが通過できる空気の量についてです。正しい量の燃料を追加するのは簡単です。気流はチューニングによって決定されます-吸気/排気ダクト/ポーティング/共鳴、バルブのサイズと数、カム、そのようなもの。（エンジンのレッドライン（最大RPM）もありますが、ダクト/共鳴を調整してレッドラインを上げると違いが出る場合、そのエンジンは路上で非常に貧弱に動作します。）

ギアリングも要因となります。私は最高速度で苦労した車を持っていました。4番目のギアは高すぎて加速できません。3番目のギアは、馬力のピークを過ぎたので、速く行くほど、馬力は少なくなりました。ギアリングはスピードに関してはすべて間違っていましたが、ストリートドライビングの楽しみ、洗練、およびMPGには優れていました。

フォードフレックスのような典型的な非スポーティーなストリートカーは、コンピューターが回転制限またはMPH制限するポイントに達する前に、空力抵抗の物理的制限に達する可能性があります。

2000年頃から今日（2018年）までに製造された最新の高性能車の場合、答えは簡単です：タイヤグリップ。

エンジンの性能と管理はすでに、路面でのグリップタイヤの性能を上回るレベルに達しました。タイヤが処理できる以上のエネルギーを行使しようとすると、ホイールスリップが発生します。

ほとんどの人は、スタンディングスタート（ドラッグレースなど）からのホイールスリップや、車がゆっくり動いているとき（意図的にゴムを燃やすとき）に慣れています。このタイプのスリップは、CPUにブレーキを制御させる（トラクション制御）ことで解消されました。

次に懸念しているのは、車輪のスリップです。最高速度で移動中の車輪のスリップ。これに対する従来の修正は、車の空力特性を修正し、基本的に車を道路に押し出すために力を加えることでした。

ダウンフォースをさらに追加すると、抗力が増加し、パフォーマンスが低下する段階に到達しました。しかし、最高性能のエンジンでもホイールスリップが発生する可能性があります。

ただし、エンジンの開発と並行して、化学反応とタイヤ設計の進歩も、グリップを失う前にタイヤが処理できる速度を上げることで、車の最高速度を上げることに貢献しています。最良のエンジンが常にタイヤを故障させることができるようになったので、現在の制限要因はタイヤグリップです。

タイヤの転がり抵抗と空気抵抗の限界に完全に依存する純粋に理論的な限界を見つけること。これが作業です。

フォーミュラ

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

注：テスラモデル3の値を使用しています。

既知の値

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

仮定

• 車は重力に完全に垂直です。
• 車は海面にあります。
• 条件は理想的です。
• エンジンの出力は無限です。

結果

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

たとえば、ギア駆動（ダイレクトドライブ）車を指定していません。ダイレクトドライブ車の場合でも、最終的な制限速度は、車が離陸および飛行しないように空気力学を設計することによって設定されます。

最後に確認したところ、陸上速度の記録は、ジェットまたはロケットを動力源とする極端に設計された車、信じられないほど特化したホイールとブレーキ（標準ディスクは関係する高いRPMで飛ぶでしょう）で設定されました。

要するに、新しい材料がますます大きな強度対質量比で開発されるにつれて、陸上速度の記録は破られ続けるでしょう。