汽车地板油加速时，多少转换档最快？

这个问题，本质上是自动变速器换挡规律的问题。

一般情况下来说，研究人员或工程师在制定换挡规律的过程中会存在三种换挡规律：动力性换挡规律、经济性换挡规律和综合性换挡规律。那么答主的问题描述实际上就是动力性换挡规律与综合性换挡规律之间的矛盾。

当然了，很多朋友肯定还是一脸懵逼，你这说的都是些啥呀，我看不明白啊。那么下面我就给大家科普一下自动变速器的换挡规律是如何制定的。

一般情况下，根据决定换挡规律因素的数量，我们又可以将换挡规律分为单参数换挡规律、双参数换挡规律以及多参数换挡规律等。其中，单参数换挡规律只有“车速”这一个参数来决定车辆是否换挡，无论你油门踩多深，只要到了那个车速就会换挡，这显然是不太合理的，当然现在的汽车已经没有用单参数换挡规律的了；如果在单参数换挡规律的基础上再引入油门踏板开度，这时候在不同的油门踏板开度下就有不同的换挡车速，可以兼顾大多数行驶工况，这就是双参数换挡规律，也是目前各大车企普遍使用的；如果再引入坡度等参数可以进一步优化换挡规律，但由于种种因素，此类多参数换挡规律目前并没有得到广泛的应用，这里我也就不再赘述。这篇回答里我主要跟大家介绍一下各类双参数换挡规律是如何制定的。

一、动力性换挡规律制定方法

顾名思义，动力性换挡规律一定是为了保证车辆的动力时刻都处于最优而制定的。那么如何来衡量车辆动力的强弱呢？在这里一般使用车辆的加速度，那咱么就来看一下车辆的加速的怎么计算。按照牛顿第二定律有 $a=\Delta F/\delta m_{V}$ ，式中 $\Delta F$ 为车辆的轮上驱动力与行驶阻力之间的差值，即 $\Delta F=F_t-F_r$ ； $m_V$ 为车身质量； $\delta$ 为旋转质量换算系数。车辆的行驶阻力可以通过车辆行驶方程式求得

$F_r=m_Vg(f_0+f_1u_a)+\frac{C_DA}{21.15}u_{a}^{2}$

式中， $u_a$ 是车辆行驶速度、g是重力加速度、 $f_0$ , $f_1$ 是与滚动阻力相关的参数、 $C_D$ 是空气阻力系数（也就是通常所说的风阻系数）、A是车辆迎风面积。等式右边第一项是滚动阻力项，第二项是空气阻力项，可能有对这部分比较了解的朋友会问，车辆行驶方程式不是有四项吗，你这儿怎么才两项呢？没错，的确是一共有四项，但另外两项中一项是坡道阻力，此处不考虑；另一项是加速阻力，也就是我们现在要求的东西。

下面再看驱动力怎么求，轮上驱动力的计算公式为

$F_t=\frac{T_{tq}i_gi_0\eta_T}{r_W}$

式中， $T_{tq}$ 为发动机输出扭矩、 $i_g,i_0$ 分别为变速器与主减速器传动比、 $\eta_T$ 为传动效率、 $r_W$ 为车轮半径。其中 $T_{tq}$ 可以由发动机负荷特性曲线(如下图)获得，只要有油门开度和转速就可以从图中找到对应的发动机输出扭矩。

OK，公式都有了，那就以1挡升2挡为例介绍一下动力性换挡规律的制作方法[2]：

先计算某个油门开度下的升挡点；
以2挡发动机怠速转速对应车速为起点，1挡发动机红线转速对应车速为终点，确定合适的步长，分别计算各车速下1挡与2挡能够提供的加速度。若从某一车速开始2挡的加速度超过（大于）1挡的加速度，那么该车速就为该油门开度下1挡到2挡的动力性升挡点；若直到1挡红线转速对应的车速范围内都是1挡加速度一直大于2挡加速度，那么1挡红线转速对应的车速就为该油门开度下1挡到2挡的动力性升挡点。
按照步骤2计算各油门踏板开度下1挡到2挡的动力性升挡点。
以车速为横轴，油门开度为纵轴，将步骤2&步骤3计算得到的点绘制出来并连线就可以得到最原始的动力性升挡曲线。
为减少循环换挡现象的发生，按照经验将升挡曲线向左平移（也不一定是平移）一段距离，得到最原始的动力性换挡规律。
其余挡位重复步骤1-5.
根据试验数据、标定结果……等对换挡规律做一定的修正。

下图是某4AT的动力性换挡规律。

二、经济性换挡规律制定方法

总体上来说，经济性换挡规律与动力性换挡规律最核心的区别就是目标不同，即经济性换挡规律追求的是经济性最优。之前以加速度来衡量动力性，这个大家都明白，那么衡量经济性的指标呢？这里要用一个普通人很少见但业内人经常使用的一个物理量——比油耗(也叫燃油消耗率)，比油耗的概念是发动机提供1kWh动力所需要的燃油量，这个数值越小说明经济性越好（插一句，其实明白这个物理意义之后可以根据最小比油耗换算出最高热效率，反之亦然）。比油耗一般也是通过试验获取，将数据整理后就可绘制出发动机万有特性曲线（如下图）。

具体到经济性换挡规律的制定方法其实有很多种，而且研究人员也在不断地进行深入研究，这里我就介绍一种最简单也是最常用的，其他方法如果大家有兴趣可以搜索相关论文（但是我不建议非专业人士在没有完全搞懂的情况下查阅相关论文，很容易看不明白，或者貌似看明白了但却想不明白）。

制定经济性换挡规律的具体步骤如下：

先计算某个油门开度下的升挡点；
以2挡发动机怠速转速对应车速为起点，1挡发动机红线转速对应车速为终点，确定合适的步长，分别计算各车速下1挡与2挡对应的比油耗。若从某一车速开始2挡的比油耗小于1挡，那么该车速就为该油门开度下1挡到2挡的经济性升挡点；若直到1挡红线转速对应的车速范围内都是1挡比油耗小于2挡加速度，那么1挡红线转速对应的车速就为该油门开度下1挡到2挡的经济性升挡点（注：正常的变速箱不会存在第二种情况）。
按照步骤2计算各油门踏板开度下1挡到2挡的经济性升挡点。
以车速为横轴，油门开度为纵轴，将步骤2&步骤3计算得到的点绘制出来并连线就可以得到最原始的经济性升挡曲线。
为减少循环换挡现象的发生，按照经验将升挡曲线向左平移（也不一定是平移）一段距离，得到最原始的经济性换挡规律。
其余挡位重复步骤1-5.
根据试验数据、标定结果……等对换挡规律做一定的修正。

下图是某4AT的经济性换挡规律。

三、综合性换挡规律的制定方法

对比配图中该4AT的经济性换挡规律与动力性换挡规律可以发现两者的重合度很低，甚至在部分工况下有着非常大的差别，但是我们日常驾驶时又是要同时考虑动力性和经济性的，所以就需要综合考虑二者之后制定一个综合性换挡规律。

综合性换挡规律具体的制定方法我这里就不详细讲了，因为这本质上是一个优化问题，不同的优化算法、量化的优化目标、约束条件都会得出不同的结果，但是在制定综合性换挡规律时一般有两个原则：

在保证车辆有一定的动力性的前提下尽可能地使得燃油经济性最优；
尊重驾驶员的意图，当油门开度较小时（轻踩油门）综合性换挡规律趋近与经济性换挡规律，当油门开度较大时（如题主所述的地板油）综合性换挡规律趋近于动力性换挡规律。

而具体到车上的话，由于早期地自动变速器能覆盖所有前进挡的挡位只有D挡，因此在地板油工况下综合性换挡点可能会直接引用动力性换挡规律。但是如今的自动变速器除了D挡之外还有S挡，这就使得S挡可以直接采用（或趋近）动力性换挡规律来保证车辆激烈驾驶的动力需求，继而D挡即使在大油门开度下也可以去兼顾一定的燃油经济。

回到题主的问题描述，以大多数涡轮增压发动机的动力特性以及大多数变速器1挡、2挡传动比比值来看，地板油工况下大概率是红线转速换挡有更好的动力，而至于为什么D挡情况下变速箱选择在更低的转速换挡，其实上一段就是答案；但如果S挡还是较低转速换挡，那么一方面要看是不是真的较低转速换挡动力更强，另一方面也要看操作是否有问题。

参考文献

[1] 张勇,刘杰,宋健,卢新田. 汽车不同质量参数的最佳动力性换挡规律[J]. 同济大学学报(自然科学版)(9):1099-1102.

[2] 徐鑫. 两挡电动汽车换挡规律及电机控制策略研究[D]. 湖南大学, 2019.

[3] 黄英, 石献磊, 徐世利, et al. 基于动力性和经济性的轿车换挡规律设计与试验研究[J]. 汽车技术, 2004(11):31-36.

[4] 张国胜. 电控机械式自动变速器（AMT）换档规律的研究[D]. 西北工业大学, 2005.

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：徐鑫

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延伸阅读：
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