探究汽車換檔規(guī)律及其應(yīng)用

摘 要：根據(jù)汽車的換擋規(guī)律，而研制出的汽車換擋指示器，可以為駕駛員提供最佳的換擋時(shí)機(jī)、最佳的車速以及合理的檔位等操作信息。汽車換擋指示器對(duì)于汽車駕駛技術(shù)的提高有著重大的促進(jìn)作用，同時(shí)也獲得了一定的節(jié)油效果。文章將重點(diǎn)論述汽車的換擋規(guī)律，并對(duì)汽車換擋指示器的組成原理進(jìn)行簡單的講解。

關(guān)鍵詞：汽車；換擋規(guī)律；換擋指示器

1 前言

目前，國內(nèi)外的各汽車制造廠商，都致力于傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)，以及傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的匹配性的改進(jìn)，以求在一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)盡可能地接近最佳的工作點(diǎn)，達(dá)到使汽車處于最優(yōu)的燃料經(jīng)濟(jì)狀態(tài)之下的目的。要達(dá)到最優(yōu)的燃料經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，可以從兩方面進(jìn)行：一方面是在汽車的設(shè)計(jì)制造中，使用自動(dòng)變速器，該方法已經(jīng)被普遍應(yīng)用于輕型汽車和小轎車；另一方面是應(yīng)用換擋指示器，為駕駛員提供換擋時(shí)機(jī)、車速以及檔位等信息的參考，該方案具有設(shè)計(jì)、制造簡單，可靠性高，成本低，不改變汽車整體結(jié)構(gòu)等的優(yōu)點(diǎn)。

2 汽車的換擋規(guī)律探析

一般來說，在最佳的換擋時(shí)機(jī)選擇最佳的檔位，可以使汽車保持良好的動(dòng)力并且能節(jié)約燃油。在普通道路條件下，應(yīng)當(dāng)保持換擋的穩(wěn)定，減少換擋次數(shù)。在某些特殊的道路條件下，應(yīng)當(dāng)減少相鄰檔位間不斷進(jìn)行轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

2.1 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性

汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車的一個(gè)重要性能，燃油經(jīng)濟(jì)性一般用油行程或油耗量兩種方式來表示。耗油量指汽車在滿載情況下，單位行駛里程中所需要的燃油體積，該表示法的數(shù)值越小，燃油經(jīng)濟(jì)性越好；油行程指汽車在滿載情況下，單位體積的燃油所能行駛的里程，該表示法的數(shù)值越大，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。

為了使汽車保持最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性，可以從汽車的設(shè)計(jì)制造、使用及維修等方面進(jìn)行探究。在駕駛技術(shù)中，對(duì)檔位的合理運(yùn)用，對(duì)最佳換擋時(shí)間的把握以及對(duì)最佳車速的控制，這三方面符合換擋規(guī)律的基本要求，因而能對(duì)汽車節(jié)油產(chǎn)生明顯的效果。

2.2 汽車的換擋規(guī)律

對(duì)于汽車的換擋規(guī)律，傳統(tǒng)的研究簡單地劃分為經(jīng)濟(jì)性換擋和動(dòng)力性換擋兩類。

2.2.1 經(jīng)濟(jì)性換擋，是在保證最好燃油經(jīng)濟(jì)性的情況下，進(jìn)行的換擋。它在每個(gè)檔位行駛的最低車速時(shí)進(jìn)行換擋，也就是說在高檔位行駛的可能性沒有時(shí)才入低檔位。

2.2.2 動(dòng)力性換擋，是在保證最大動(dòng)力性的情況下，進(jìn)行的換擋。它以相鄰檔位的牽引力-速度曲線的交點(diǎn)作為轉(zhuǎn)換點(diǎn)，也就是說在低檔位行駛的可能性未盡之前不換入高檔位。

動(dòng)力性換擋規(guī)律，是使汽車牽引力得到最為充分的利用，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率得到最大的發(fā)揮來進(jìn)行換擋的規(guī)律。它具有如圖1所示的兩種基本情況。

（a） （b）

圖1 動(dòng)力性換擋規(guī)律示意圖

圖1中（a）圖反映的是在相同的油門開度下，相鄰檔位的牽引特性曲線不相交的情形，各檔位以最高的車速作為換擋點(diǎn)，Ⅰ檔換Ⅱ檔就應(yīng)當(dāng)以Ⅰ檔的最高車速作為換擋點(diǎn)，最高車速為V1；（b）圖反映的是在相同的油門開度下，相鄰檔位的牽引特性曲線相交的情形，應(yīng)以相鄰檔位的牽引特性曲線的交點(diǎn)作為各檔位之間的最佳的換擋點(diǎn)，Ⅱ檔換Ⅲ檔的車速應(yīng)為其交點(diǎn)的車速，即V4。

實(shí)際操作中，換擋過程不是一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的情況，嚴(yán)格意義上來說，應(yīng)當(dāng)以加速度的特定曲線來確定最佳的動(dòng)力換擋點(diǎn)。

2.3 選擇合理的檔位

汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，是由其傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配狀況來決定的。在具體的操作過程中，可能會(huì)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性要求與動(dòng)力性發(fā)揮相矛盾的情況，具體表現(xiàn)就是最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和最佳動(dòng)力性不能同時(shí)兼得。合理選擇檔位，就可以在保證汽車的動(dòng)力性的同時(shí)，也能得到較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)有效燃油消化率gc、驅(qū)動(dòng)車輪的牽引功率Pw、傳動(dòng)率？濁r、車速V與單位行程的燃油消耗QS的關(guān)系如下：

QS=

由以上公式可以得知，當(dāng)傳動(dòng)率？濁T為常數(shù)時(shí)，在相同的阻力條件和車速下，Qs與gc成正比關(guān)系。在不同的道路阻力和車速條件下，傳統(tǒng)系統(tǒng)都能有與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的變速比，這樣的傳動(dòng)系統(tǒng)才較為理想。

經(jīng)濟(jì)性的檔位選擇要求為：盡量選擇高檔位，在高檔位不能滿足使用的情況下，再使用低檔位。其各檔位的v-WR曲線如圖二所示。

（a）不經(jīng)濟(jì)的 （b）經(jīng)濟(jì)的

圖2 合理的檔位選擇

在同一車速和道路條件下，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率相同，但是使用檔位越低，后備功率就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率就越低，燃油的消耗率就越高；若使用高檔位，則情況完全相反。實(shí)際中，應(yīng)當(dāng)依據(jù)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性來選擇合理的檔位。

2.4 確定最佳的換擋時(shí)機(jī)

汽車換擋時(shí)機(jī)的確定，應(yīng)當(dāng)綜合考慮燃油經(jīng)濟(jì)性和汽車的動(dòng)力性。從圖2中的（b）圖來看，最佳換擋時(shí)機(jī)是各檔位v-WR曲線的交點(diǎn)處。由此看來，換擋時(shí)機(jī)應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)力和車速兩方面因素，在相同車速下，應(yīng)以驅(qū)動(dòng)力要求來確定換擋點(diǎn)；在相同的驅(qū)動(dòng)力條件下，則應(yīng)以車速要求來確定換擋點(diǎn)。

2.5 最佳車速的控制

最佳車速的確定較為復(fù)雜，因?yàn)樗粌H與汽車結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能、交通狀況、道路條件有關(guān)系，還需要考慮生產(chǎn)效率、行車安全等因素。從汽車速度-油耗曲線來看，一般情況下，汽車油耗量隨著車速的提高而增加；汽車油耗量也隨著車速的降低而增加；在中低速情況下，汽車的油耗量最低，對(duì)應(yīng)車速可以認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)車速。

汽車的經(jīng)濟(jì)車速都相對(duì)較低，以CA1191L2型汽車為例，六檔的經(jīng)濟(jì)車速為32～35km/h。這說明在運(yùn)輸生產(chǎn)率和汽車燃油之間存有矛盾。為了提高生產(chǎn)效率，在道路和交通條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)提高車速，當(dāng)然這也必然會(huì)增加一定的油耗量。把生產(chǎn)效率與燃油經(jīng)濟(jì)性作為同等因素考慮，可以將比值Qs/v的增值Δ（Rs/v）變化最小的車速范圍作為最佳車速范圍。從CA1091L2型汽車六檔等速油耗的測(cè)量結(jié)果，可得知其最佳車速范圍為50～70km/h，其測(cè)量結(jié)果見表1。

表1 CA1091L2型汽車等速油耗的測(cè)量結(jié)果表

3 換擋指示器的組成原理及應(yīng)用

汽車的換擋指示器是由二次儀表、優(yōu)化檔位指示器和磁敏轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器三部分所組成的，如圖3所示。

將磁敏轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器安裝在汽車的傳動(dòng)軸上，可以對(duì)傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行測(cè)量。二次儀表由系統(tǒng)電源、單片機(jī)和接口電路三部分組成。接口電路主要用于模擬信號(hào)的傳入和傳出，目前的單片機(jī)普遍采用8031芯片。

換擋指示器的工作原理是通過對(duì)汽車傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果與存儲(chǔ)在單片機(jī)中的最優(yōu)運(yùn)行車速、檔位等參數(shù)進(jìn)行比較，然后確定出最佳的車速、合理的檔位、最佳的換擋時(shí)機(jī)，最后通過指示器進(jìn)行顯示，從而為駕駛員提供參考。

換擋指示器的實(shí)際使用結(jié)果和相關(guān)性能測(cè)試表明，其在改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，提高駕駛技術(shù)方面都起到了重要的促進(jìn)作用，對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化，有著明顯的作用，使得平均的節(jié)油率達(dá)到了10%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]巫世晶，朱恩涌，李群力等.汽車模糊控制換擋策略仿真研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，43（6）：756-761.

[2]韓致信，張秀秀，鐘斌等.基于汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的最佳換擋規(guī)律的研究[J].機(jī)械制造，2012，50（2）：30-33.

[3]徐立鵬.基于動(dòng)力性的汽車換擋規(guī)律的分析研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012，（4）：49-50，52.