探究汽車換檔規律及其應用

摘 要：根據汽車的換擋規律，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機、最佳的車速以及合理的檔位等操作信息。汽車換擋指示器對于汽車駕駛技術的提高有著重大的促進作用，同時也獲得了一定的節油效果。文章將重點論述汽車的換擋規律，并對汽車換擋指示器的組成原理進行簡單的講解。

關鍵詞：汽車；換擋規律；換擋指示器

1 前言

目前，國內外的各汽車制造廠商，都致力于傳動系統和發動機的改進，以及傳動系統與發動機之間的匹配性的改進，以求在一個驅動循環中，使發動機的運轉盡可能地接近最佳的工作點，達到使汽車處于最優的燃料經濟狀態之下的目的。要達到最優的燃料經濟狀態，可以從兩方面進行：一方面是在汽車的設計制造中，使用自動變速器，該方法已經被普遍應用于輕型汽車和小轎車；另一方面是應用換擋指示器，為駕駛員提供換擋時機、車速以及檔位等信息的參考，該方案具有設計、制造簡單，可靠性高，成本低，不改變汽車整體結構等的優點。

2 汽車的換擋規律探析

一般來說，在最佳的換擋時機選擇最佳的檔位，可以使汽車保持良好的動力并且能節約燃油。在普通道路條件下，應當保持換擋的穩定，減少換擋次數。在某些特殊的道路條件下，應當減少相鄰檔位間不斷進行轉換的現象。

2.1 汽車的燃油經濟性

汽車的燃油經濟性是汽車的一個重要性能，燃油經濟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，該表示法的數值越小，燃油經濟性越好；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，該表示法的數值越大，燃油經濟性越好。

為了使汽車保持最佳的燃油經濟性，可以從汽車的設計制造、使用及維修等方面進行探究。在駕駛技術中，對檔位的合理運用，對最佳換擋時間的把握以及對最佳車速的控制，這三方面符合換擋規律的基本要求，因而能對汽車節油產生明顯的效果。

2.2 汽車的換擋規律

對于汽車的換擋規律，傳統的研究簡單地劃分為經濟性換擋和動力性換擋兩類。

2.2.1 經濟性換擋，是在保證最好燃油經濟性的情況下，進行的換擋。它在每個檔位行駛的最低車速時進行換擋，也就是說在高檔位行駛的可能性沒有時才入低檔位。

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

動力性換擋規律，是使汽車牽引力得到最為充分的利用，發動機的功率得到最大的發揮來進行換擋的規律。它具有如圖1所示的兩種基本情況。

（a） （b）

圖1 動力性換擋規律示意圖

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，Ⅰ檔換Ⅱ檔就應當以Ⅰ檔的最高車速作為換擋點，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，應以相鄰檔位的牽引特性曲線的交點作為各檔位之間的最佳的換擋點，Ⅱ檔換Ⅲ檔的車速應為其交點的車速，即V4。

實際操作中，換擋過程不是一個絕對穩定的情況，嚴格意義上來說，應當以加速度的特定曲線來確定最佳的動力換擋點。

2.3 選擇合理的檔位

汽車的經濟性和動力性，是由其傳動系統和發動機的匹配狀況來決定的。在具體的操作過程中，可能會出現經濟性要求與動力性發揮相矛盾的情況，具體表現就是最佳燃油經濟性和最佳動力性不能同時兼得。合理選擇檔位，就可以在保證汽車的動力性的同時，也能得到較好的燃油經濟性。發動機有效燃油消化率gc、驅動車輪的牽引功率Pw、傳動率？濁r、車速V與單位行程的燃油消耗QS的關系如下：

QS=

由以上公式可以得知，當傳動率？濁T為常數時，在相同的阻力條件和車速下，Qs與gc成正比關系。在不同的道路阻力和車速條件下，傳統系統都能有與發動機相匹配的變速比，這樣的傳動系統才較為理想。

經濟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）不經濟的 （b）經濟的

圖2 合理的檔位選擇

在同一車速和道路條件下，雖然發動機產生的功率相同，但是使用檔位越低，后備功率就越大，發動機的負荷率就越低，燃油的消耗率就越高；若使用高檔位，則情況完全相反。實際中，應當依據最佳燃油經濟性來選擇合理的檔位。

2.4 確定最佳的換擋時機

汽車換擋時機的確定，應當綜合考慮燃油經濟性和汽車的動力性。從圖2中的（b）圖來看，最佳換擋時機是各檔位v-WR曲線的交點處。由此看來，換擋時機應考慮驅動力和車速兩方面因素，在相同車速下，應以驅動力要求來確定換擋點；在相同的驅動力條件下，則應以車速要求來確定換擋點。

2.5 最佳車速的控制

最佳車速的確定較為復雜，因為它不僅與汽車結構、發動機性能、交通狀況、道路條件有關系，還需要考慮生產效率、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，對應車速可以認為是最經濟車速。

汽車的經濟車速都相對較低，以CA1191L2型汽車為例，六檔的經濟車速為32～35km/h。這說明在運輸生產率和汽車燃油之間存有矛盾。為了提高生產效率，在道路和交通條件允許的情況下，應當提高車速，當然這也必然會增加一定的油耗量。把生產效率與燃油經濟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量結果，可得知其最佳車速范圍為50～70km/h，其測量結果見表1。

表1 CA1091L2型汽車等速油耗的測量結果表

3 換擋指示器的組成原理及應用

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

將磁敏轉矩轉速傳感器安裝在汽車的傳動軸上，可以對傳動軸的轉速和轉矩進行測量。二次儀表由系統電源、單片機和接口電路三部分組成。接口電路主要用于模擬信號的傳入和傳出，目前的單片機普遍采用8031芯片。

換擋指示器的工作原理是通過對汽車傳動軸的轉速和轉矩的測量，將測量結果與存儲在單片機中的最優運行車速、檔位等參數進行比較，然后確定出最佳的車速、合理的檔位、最佳的換擋時機，最后通過指示器進行顯示，從而為駕駛員提供參考。

換擋指示器的實際使用結果和相關性能測試表明，其在改善汽車的燃油經濟性，提高駕駛技術方面都起到了重要的促進作用，對于燃油經濟性的優化，有著明顯的作用，使得平均的節油率達到了10%左右。

參考文獻

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