5.3.1 档位确定的总体要求
设计动力总成时，首先满足整车的两个基本需求：
1）整车最大加速度。
2）整车最高车速。
汽车加速度通常要求汽车从静止到达到某个速度的所用时间，比如从0—100km/h的时间，这时驾驶人一般都会在WOT（Wide Open Throttle）工况下加速，也就是加速踏板踩到底的情况。由于汽车要从静止开始加速，所以这时的加速度需求，其实就是对汽车低档位的转矩需求。那么，根据前文描述的加速度计算方法，可以求出动力系统的转矩需要。如果发动机已经选定，那么变速器低档位的速比也可以推算出来（实际计算中一般要留有一定的余量，以消除理论值和真实值的偏差）。
而对于最高车速，我们可以计算得出克服最高车速时的行驶阻力动力系统需要提供的最大输出功率，并尽量使最高档位的功率点能够与这个最大输出功率点重合。这样，变速器最低档、最高档的基本速比就可以估算出来了。
具体计算过程如下：
汽车动力总成的匹配需要考虑发动机转速与车速比（n/v）、驱动力的计算、变速器速比选择、换档逻辑、变速器效率、动力性能、油耗经济性等。
发动机转速与车速比取决于变速机构的变速比（变速器和主减速器等）。现代的有液力变矩器的自动变速器中，一般都有锁止离合器。当汽车停止或运行速度较低或进行换档时，锁止离合器分离，而在高速运行，锁止离合器闭合，用来提高变速器的传动效率。假设锁止离合器闭合，液力变矩器元件的速度传递比值就为1∶1。这时，汽车的n/v的值为
其中，igear是变速器的各档速比；ichain是变速器轴链速比；idiff是主减速器传动比；Rr是汽车轮胎的半径（in）。
假设变速器的速比分别为3、1.6、1、0.7；变速器轴链速比比值为1；主减速器减速比为3；轮胎的半径为12in，那么
一档（n/v）1=104×3×1×3÷12=78
二档（n/v）2=104×1.6×1×3÷12=41.6
三档（n/v）3=104×1×1×3÷12=26
四档（n/v）4=104×0.7×1×3÷12=18.2
当变速器要在固定的档位上，锁止离合器锁死的状态下，也可以根据发动机转速和n/v比值倒推出汽车速度。
假设发动机转速是3000r/min，当前档位为一档，n/v=78，则车速为v=3000÷78=38.46（km/h）
另外，如果不考虑损耗，液力变矩器锁止离合器接合，当前状态下总功率保持不变，即
，而功率是转矩与转速的乘积即，P=Tω，因此作用在汽车轮胎上的转矩，与发动机转速车速比n/v成反比关系，即
式中，
为发动机输出转矩，
为作用在车轮上的转矩，K为单位转换常数。(https://www.daowen.com)
根据上述内容，并假设一种发动机模型（转矩、速度和功率有特定的匹配关系）可以整理出一组数据，见表5-3。
表5-3 发动机和整车转矩、速度、功率在轮胎上的分配
（续）
注：表中的轮胎上转矩数值是理论转矩，实际转矩还要考虑轮胎的滑移状态。
根据上述计算结果，可以看到，在不同档位和发动机状态下，汽车行驶速度和最终作用于车轮上的输出转矩有一个比例关系。比如，一档时，由发动机的外特性曲线得出，车速为15km/h左右时，最终输出转矩是1828N·m（1350lbf·ft）左右；车速为25km/h时，输出的转矩上升至2168N·m（1600lbf·ft）。在车速达到51km/h时，输出转矩达到2744N·m（2025lbf·ft）；而车速在64km/h时，最终输出转矩则下降到2682N·m（1980lbf·ft）左右。
图5-12所示是根据前文中的4档变速器的速比绘制的发动机转速和汽车车速的比例关系。其中变速器档位固定，不包括换档和液力变矩器锁止器分离的工况。
图5-12 发动机转速和车速在不同档位上的线性关系
图5-13是不同档位下，发动机转速与作用在车轮上的动力系统最终输出转矩的关系曲线，其中的转矩曲线为发动不同转速下的最大输出转矩经过传动系统放大后最终作用于车轮上转矩，一档最大，四档最小，且按一定比例关系减小。
图5-13 不同档位下发动机速度与作用于车轮上的输出转矩关系
图5-14为不同档位下，作用在车轮上的动力系统最终输出转矩与车速的关系曲线，作用于车轮上的动力系统输出转矩的变化趋势与发动机外特性基本一致（忽略系统损耗和换档过程），整车速度随输出转矩逐渐上升，输出转矩到达最高点有所下降。发动机输出转矩经传动系统放大后用于克服汽车行驶阻力使汽车前进，但由于发动机和传动系统刚性连接连接，发动机转速达到临界点后，如果不进行换档，车速就无法继续提高（除外力牵引或下坡等工况），即使考虑液力变矩器也不行，因为液力变矩器的最高速比是1∶1，不能进行速度放大而只能进行转矩放大。
图5-14 不同档位下的驱动力矩曲线
图5-15为不同档位下动力系统最终输出转矩与车速形成的等功率曲线，最外面一条曲线代表动力系统所能输出的最大功率，由不同档位将这些功率分配在不同的转矩和速度区间，用以满足汽车在不同状态下的动力需求。
图5-15 不同档位下的转矩、速度和等功率曲线