5.3.3 档位设定过程
进行整车动力性能分析时需要综合考虑各档位下的驱动转矩、不同坡度下的行驶阻力以及等功率曲线，如图5-17所示。图中A、B、C、D4个点分别代表4个档位的最大功率点。以C点为例进行分析，C点为变速器处于三档时的最大功率点，且与爬坡度10%时的行驶阻力曲线相交，即C点是汽车在10%坡度的道路上行驶所能达到的最大速度，如果再提速，就需要换档，否则动力系统就不能满足要求了。由图5-17可知，每个档位下方都有一个区域，这个区域的每个点都由转矩和速度确定，一档的转矩范围最大而速度范围最小，四档的转矩范围最小而速度范围最大，所以，在低速时进行加速用一档是最合适的，而高档位时动力系统输出转矩不大，汽车在高速时的加速度不会很大，但行驶速度最快。
图5-18为一档时动力系统输出转矩与行驶阻力曲线，发动机最大等功率曲线如图中虚线所示。
一档动力系统输出转矩曲线如图5-18所示，假设变速器一档速比为3.8，主减速器速比是3.7，轮胎半径为12in，根据前文的公式可得：
现在将最高档加上，高档选取原则是汽车克服行驶阻力而能达到最高车速要求。如果选取最高档速比为0.8，则形成一款两速变速器，速比范围就是3.8/0.8=4.75。档位速比范围和变速器总速比范围都是4.75。配备两档变速器的动力系统的最终输出转矩曲线如图5-19所示，A、B两点为最大功率点，等功率曲线如图中虚线所示。
汽车在正常行驶工况下（如加速踏板轻踩），若将换档点选定在发动机万有特性曲线的中间区域，变速器由一档换到二档，发动机将由很高的转速降低到很低的转速，调速比例就是4.75。
图5-17 不同爬坡度的行驶阻力及不同档位下的驱动力曲线
图5-18 一档动力系统输出转矩与行驶阻力曲线
假设发动机在一档换档时的转速是3000r/min（对于柴油机，转速会更低），换档之后发动机转速就会下降到3000（r/min）/4.75=631（r/min）。这是因为由于整车惯性很大，在换档前后车速变化很小。而大多柴油机的怠速转速都超过631r/min这个值，于是就会出现换档之后，发动机熄火的现象。图5-20中的换档点选在最大功率点上，换档后，发动机转速在怠速转速以上。由于发动机的高效工作区一般在外特性图的中上部，速度轴两侧区域的效率较低。所以，这款匹配两档变速器的发动机从性能和效率上来讲都是较差的。
如果在低档和高档之间增加一个档位，形成3速变速器，则效果会有很大改善。为方便计算，我们按照等比级数分配传动比，即i1/i2=i2/i3，二档的速比应是1.75，3.8/1.75=1.75/0.8=2.19。那么，3速变速器的整车驱动转矩就如图5-21。(https://www.daowen.com)
图5-19 2速变速器驱动转矩与行驶阻力曲线
图5-20 2速变速器换档示意图
由图5-21可知，在档位比的比值从原来的4.75降到了2.19之后，换档前后的速度比值也相应地减小，比如发动在3000r/min时候换档，换档后的发动机速度为3000（r/min）/2.19=1370（r/min），比之前631r/min提升很多。同时，之后也不会出现转速差过大导致效率低下，甚至发动机熄火的现象（对于安装了液力变矩器的变速器一般不会熄火，但如果没有液力变矩器，需要控制系统解决）。
为了进一步优化在汽车行驶性能，再增加一个档位，形成一个4速变速器（图5-22）。为了方便计算，仍按照等速级数分配速比，4个档位的速比分别是3.8、2.3、1.4、0.8。总的速比还是4.75，档位速比比值变成约1.65。如果发动机还是在3000r/min换档，那么换档后发动机转速为3000（r/min）/1.65=1818（r/min）。有了更多的档位选择，我们就可以通过选择不同换档点，在满足汽车速度和转矩需求的前提下，将发动机尽量地运行在高效区或附近，从而优化整车的动力性能、经济性能以及驾驶性能。
图5-21 3速变速器整车驱动转矩及换档点示意图
图5-22 4速变速器整车驱动转矩及换档点示意图
以上讨论都是基于换档点发生在发动机的最大功率点位置，而正常驾驶时，换档点一般不会出现在最大功率点上，而是在发动机性能曲线中间区域（由加速踏板开度、车速等条件决定），因此，汽车在不同工况下换档前后的转矩变化是不同的。加速踏板开度越大，换档后作用在车轮上的转矩下降会越明显，因为换档前后车速变化很小，换档后按比例变化的大部分内容会体现到转矩上来。在换档的控制过程中，如何综合考虑经济性、舒适性和动力性将是换档控制工程师和标定工程师们所要接受的挑战。