摘要：根据汽车的换挡规律，而研制出的汽车换挡指示器，可以为驾驶员提供最佳的换挡时机、最佳的车速以及合理的档位等操作信息。汽车换挡指示器对于汽车驾驶技术的提高有着重大的促进作用，同时也获得了一定的节油效果。文章将重点论述汽车的换挡规律，并对汽车换挡指示器的组成原理进行简单的讲解。

关键词：汽车；换挡规律；换挡指示器

1 前言
　　目前，国内外的各汽车制造厂商，都致力于传动系统和发动机的改进，以及传动系统与发动机之间的匹配性的改进，以求在一个驱动循环中，使发动机的运转尽可能地接近最佳的工作点，达到使汽车处于最优的燃料经济状态之下的目的。要达到最优的燃料经济状态，可以从两方面进行：一方面是在汽车的设计制造中，使用自动变速器，该方法已经被普遍应用于轻型汽车和小轿车；另一方面是应用换挡指示器，为驾驶员提供换挡时机、车速以及档位等信息的参考，该方案具有设计、制造简单，可靠性高，成本低，不改变汽车整体结构等的优点。

2 汽车的换挡规律探析
　　一般来说，在最佳的换挡时机选择最佳的档位，可以使汽车保持良好的动力并且能节约燃油。在普通道路条件下，应当保持换挡的稳定，减少换挡次数。在某些特殊的道路条件下，应当减少相邻档位间不断进行转换的现象。
　　2.1 汽车的燃油经济性
　　汽车的燃油经济性是汽车的一个重要性能，燃油经济性一般用油行程或油耗量两种方式来表示。耗油量指汽车在满载情况下，单位行驶里程中所需要的燃油体积，该表示法的数值越小，燃油经济性越好；油行程指汽车在满载情况下，单位体积的燃油所能行驶的里程，该表示法的数值越大，燃油经济性越好。
　　为了使汽车保持最佳的燃油经济性，可以从汽车的设计制造、使用及维修等方面进行探究。在驾驶技术中，对档位的合理运用，对最佳换挡时间的把握以及对最佳车速的控制，这三方面符合换挡规律的基本要求，因而能对汽车节油产生明显的效果。
　　2.2 汽车的换挡规律
　　对于汽车的换挡规律，传统的研究简单地划分为经济性换挡和动力性换挡两类。
　　2.2.1 经济性换挡，是在保证最好燃油经济性的情况下，进行的换挡。它在每个档位行驶的最低车速时进行换挡，也就是说在高档位行驶的可能性没有时才入低档位。
　　2.2.2 动力性换挡，是在保证最大动力性的情况下，进行的换挡。它以相邻档位的牵引力-速度曲线的交点作为转换点，也就是说在低档位行驶的可能性未尽之前不换入高档位。
　　动力性换挡规律，是使汽车牵引力得到最为充分的利用，发动机的功率得到最大的发挥来进行换挡的规律。它具有如图1所示的两种基本情况。
　　（a） （b）
　　图1 动力性换挡规律示意图
　　图1中（a）图反映的是在相同的油门开度下，相邻档位的牵引特性曲线不相交的情形，各档位以最高的车速作为换挡点，Ⅰ档换Ⅱ档就应当以Ⅰ档的最高车速作为换挡点，最高车速为V1；（b）图反映的是在相同的油门开度下，相邻档位的牵引特性曲线相交的情形，应以相邻档位的牵引特性曲线的交点作为各档位之间的最佳的换挡点，Ⅱ档换Ⅲ档的车速应为其交点的车速，即V4。
　　实际操作中，换挡过程不是一个绝对稳定的情况，严格意义上来说，应当以加速度的特定曲线来确定最佳的动力换挡点。
　　2.3 选择合理的档位
　　汽车的经济性和动力性，是由其传动系统和发动机的匹配状况来决定的。在具体的操作过程中，可能会出现经济性要求与动力性发挥相矛盾的情况，具体表现就是最佳燃油经济性和最佳动力性不能同时兼得。合理选择档位，就可以在保证汽车的动力性的同时，也能得到较好的燃油经济性。发动机有效燃油消化率gc、驱动车轮的牵引功率Pw、传动率？浊r、车速V与单位行程的燃油消耗QS的关系如下：
　　QS=
　　由以上公式可以得知，当传动率？浊T为常数时，在相同的阻力条件和车速下，Qs与gc成正比关系。在不同的道路阻力和车速条件下，传统系统都能有与发动机相匹配的变速比，这样的传动系统才较为理想。
　　经济性的档位选择要求为：尽量选择高档位，在高档位不能满足使用的情况下，再使用低档位。其各档位的v-WR曲线如图二所示。
　　（a）不经济的 （b）经济的
　　图2 合理的档位选择
　　在同一车速和道路条件下，虽然发动机产生的功率相同，但是使用档位越低，后备功率就越大，发动机的负荷率就越低，燃油的消耗率就越高；若使用高档位，则情况完全相反。实际中，应当依据最佳燃油经济性来选择合理的档位。
　　2.4 确定最佳的换挡时机
　　汽车换挡时机的确定，应当综合考虑燃油经济性和汽车的动力性。从图2中的（b）图来看，最佳换挡时机是各档位v-WR曲线的交点处。由此看来，换挡时机应考虑驱动力和车速两方面因素，在相同车速下，应以驱动力要求来确定换挡点；在相同的驱动力条件下，则应以车速要求来确定换挡点。
　　2.5 最佳车速的控制
　　最佳车速的确定较为复杂，因为它不仅与汽车结构、发动机性能、交通状况、道路条件有关系，还需要考虑生产效率、行车安全等因素。从汽车速度-油耗曲线来看，一般情况下，汽车油耗量随着车速的提高而增加；汽车油耗量也随着车速的降低而增加；在中低速情况下，汽车的油耗量最低，对应车速可以认为是最经济车速。
　　汽车的经济车速都相对较低，以CA1191L2型汽车为例，六档的经济车速为32～35km/h。这说明在运输生产率和汽车燃油之间存有矛盾。为了提高生产效率，在道路和交通条件允许的情况下，应当提高车速，当然这也必然会增加一定的油耗量。把生产效率与燃油经济性作为同等因素考虑，可以将比值Qs/v的增值Δ（Rs/v）变化最小的车速范围作为最佳车速范围。从CA1091L2型汽车六档等速油耗的测量结果，可得知其最佳车速范围为50～70km/h，其测量结果见表1。
　　表1 CA1091L2型汽车等速油耗的测量结果表

3 换挡指示器的组成原理及应用
　　汽车的换挡指示器是由二次仪表、优化档位指示器和磁敏转矩转速传感器三部分所组成的，如图3所示。
　　将磁敏转矩转速传感器安装在汽车的传动轴上，可以对传动轴的转速和转矩进行测量。二次仪表由系统电源、单片机和接口电路三部分组成。接口电路主要用于模拟信号的传入和传出，目前的单片机普遍采用8031芯片。
　　换挡指示器的工作原理是通过对汽车传动轴的转速和转矩的测量，将测量结果与存储在单片机中的最优运行车速、档位等参数进行比较，然后确定出最佳的车速、合理的档位、最佳的换挡时机，最后通过指示器进行显示，从而为驾驶员提供参考。
　　换挡指示器的实际使用结果和相关性能测试表明，其在改善汽车的燃油经济性，提高驾驶技术方面都起到了重要的促进作用，对于燃油经济性的优化，有着明显的作用，使得平均的节油率达到了10%左右。

参考文献
　　[1]巫世晶，朱恩涌，李群力等.汽车模糊控制换挡策略仿真研究[J].西南交通大学学报，2008，43（6）：756-761.
　　[2]韩致信，张秀秀，钟斌等.基于汽车燃油经济性的最佳换挡规律的研究[J].机械制造，2012，50（2）：30-33.
　　[3]徐立鹏.基于动力性的汽车换挡规律的分析研究[J].机械管理开发，2012，（4）：49-50，52.