首先需要明确的是,油门踏板并不是直接决定发动机转速的。
发动机转速不是直接可控的“自变量”,它是根据外界条件改变而改变的“因变量”。ECU通过对油门踏板信号的采集,估计驾驶员对发动机的功率需求,并根据发动机当前转速来调整进气量、喷油量以及点火时机,从而调整发动机的扭矩输出,使其输出的功率可以达到驾驶员的预期。如果档位不变,当整车速度改变时发动机转速才会改变(不考虑液力变矩器或离合器滑动)。
举例来说,假设某车在6档,以80km/h巡航,发动机转速约2000rpm,此时突然起风,汽车逆风行驶,驾驶员加深油门踏板以维持车速不变。在上述情况下,油门踏板加深,发动机转速却没有发生变化,只是在相同的转速下,发动机的扭矩输出更大。
另一个例子,还是这台车,还是6档80km/h巡航,发动机转速约2000rpm,此时路面条件无变化,驾驶员将加速踏板再踩下某一深度并固定,发动机扭矩输出增加,原有的平衡被打破,多出的动力用来给汽车加速,直至达到新的平衡,比如6档120km/h,发动机转速3000rpm。这种情况会让人认为是“油门踏板控制了发动机转速”。
变速箱(档位)对发动机转速的影响
变速箱,顾名思义,它可以改变发动机与驱动轮的转速关系,起到调节扭矩的作用。变速器虽然不能直接控制发动机转速,但由于它将发动机曲轴与驱动轮转速关联起来,故切换档位时,驱动轮会通过传动系统来影响发动机的转速。
需要指出的是,整套动力总成的转动惯量与整车的惯量相比是较小的,发生档位变换时,车速变化率要远远小于发动机转速的变化率,也就是说,当切换档位后,发动机转速会先被整车“拉高”或“拖低”,再与车速同步变化。
举个常见的例子,汽车起步加速时,伴随着档位的阶跃,发动机转速总是先被快速“拖低”,然后随着车速一同增加。
另一个例子,在长时间下坡时,不踩油门,借助发动机的倒拖阻力帮助整车减速,老司机会将变速器挂入较低档位,将发动机转速“拉高”,更高的转速可以获得更大的倒拖功率来帮助汽车减速。
关于原题中假设的问题
首先,如果不踩油门,无论升档或是降档,汽车都将减速,考虑到发动机倒拖阻力及转速,降档后发动机倒拖功率大,汽车减速快;升档后发动机倒拖功率小,汽车减速慢。
为了可以继续分析问题,我们先假设2档50km/h状态下,油门踏板开度20%时可以维持匀汽车匀速行驶,换档后油门深度保持不变。以上面图中的图线数据为例,可查得此时发动机转速约3700rpm,假设发动机扭矩输出100N.m、传动效率100%:
整车输出功率=3700*100/9549=38.7kW=50km/h时阻力功率
降档
降档瞬间车速保持50km/h不变,此时发动机转速被拉高至约5500rpm,对于一般发动机来说,该转速下已经出现扭矩衰减,同样20%油门开度下,假设扭矩输出为60N.m,此时:
整车输出功率=5500*60/9549=34.6Kw<38.7kW
车辆减速。
升档
升档瞬间车速保持50km/h不变,此时发动机转速被拖低至约2800rpm,对于一般发动机来说,此时发动机扭矩输出较高,同样20%油门开度下,假设扭矩输出为150N.m,此时:
整车输出功率=2800*150/9549=44.0Kw>38.7kW车辆加速。
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