从书上的几张图解读变速器对于内燃机驱动车辆的作用

一张清晰的图能说明的东西胜过千言万语，一张优秀的图可以将各种量之间的变化、趋势、相对关系、累积、联立解等各种意义直观地表现出来。

P1可以说明内燃机不同的油门开度下产生的扭矩：无论是最大扭矩还是最大功率，这些参数都仅仅能代表发动机工作在某一状况下的极限值，而研究发动机在不同状况下的表现对于驾驶的意义显然更为重要，不能以一个最大值去反映动力系统的整体表现

P2是不同转速＆扭矩输出下内燃机的效率曲线：图中的反比例曲线则是等功率线（功率正比于扭矩与转速的乘积）而在平直路面上稳定行驶过程中的所需功率主要取决于速度、路面状况等
假如我们能根据目标行驶状况找到所需的功率，再找到这个功率对应的等线与最低比油耗曲线的交点，就能找到在这一行驶状况下最合适的发动机转速（与扭矩）

P3和P4说明了变速器存在的意义，也就是调整内燃机的工况，即以最佳的转速与扭矩关系来输出某一功率（假如内燃机作动力的车辆上只有一个固定传动比，那么可能在起步和低速行驶时，内燃机转速过低，并导致发动机上的扭矩过大，而输出的扭矩不足；或者可能让车辆最高速度受限于内燃机的最大转速，而扭矩还有剩余，变速器设置多个传动比正是用来避免这些情况的）
P4也说明了内燃机车辆的效率特性，以及为什么要选择合适挡位才能使油耗最低；此外也并不是内燃机车辆高速效率特性就一定好于电动车辆，电动机的效率在整个工作区间都相当高，而内燃机在中低转速高扭矩的情况下，效率才能做到比较高的程度，导致油车在低速下效率太低（此时使用低档位，发动机输出扭矩不大，不能使发动机工作在效率最高的区间）；电车高速续航下降的原因是，虽然电驱动系统在整个工作区间都有很高的效率，但是电池容量现阶段还是个大问题，低速下省电并不是因为电机在低速下效率就高于高速下的，而是因为低速运行时本身能耗就很低+效率很高，高速下电机效率甚至更高，但是高速运行本身就有更高的能耗需求，所以高速运行时单位里程所需要的能量是更多的，此外大功率放电对于电池而言也降低了其放电效率，相比起内燃机车辆低速下所需能耗低但发动机效率极其低导致燃料消耗高，会让人想当然觉得是电机高速效率低，实际并不如此

电动机的特性其实是相当优秀的，在整个工作区间内都能达到比较高的效率，而不同转速下的扭矩上限基本上也分为恒扭矩和恒功率这两个区域，可见在最大功率和最大扭矩范围内，扭矩要多少就可以有多少

P5说明了挡位、转速与车速的关系：升挡松油降挡补油正是为了满足挡位之间转速与车速的匹配关系（同样的速度下，挡位越高，发动机转速越低）

P6~7则说明了车辆不同挡位的特性：对于相当多常见的车而言，最高挡位只是让正常巡航状态下有相对低的转速，而最高挡位并不能跑出最高速度：因为发动机扭矩已经不足以支持车辆继续提速了。反而是次一或者次二高挡位可以让发动机以更低的扭矩输出来提供更大的牵引力，可以让车辆达到最大速度。而对于部分车辆（尤其是柴油机驱动的车辆），即使是在最高挡位下，发动机仍然有充足的扭矩余量，但是受限于传动比的限制，发动机转速已经拉到最高了，导致无法继续提速

P8、P9、P10和P11展示了各种常见的变速器结构以及常见的锁环同步器的原理（锁环同步器有意思的是，只要存在转速差就会存在摩擦转矩，在接合套与锁环之间的接触面上就会产生抵抗接合套继续移动的力，从而保证转速匹配前接合套不会触碰到齿轮的接合齿）

同步器的作用是，在踩下离合器分离发动机与变速箱后，接合套（与空转的轴）与待挂进的齿轮之间存在转速差，而同步器则是让接合套（与空转的轴）与目标齿轮达到相同转速后再进行接合（也有动力分离不完全的时候挂挡的情况，由于发动机仍然在带动变速箱内部部件主动旋转，并传递动力，可能会在同步器上产生较大的负担）

图源：《汽车变速器理论基础、选择、设计与应用》Harald Naunheimer等著，宋进贵、龚宗洋等译