「紅線區換檔」的迷思

1.
以BMW M3 CSL為例：
六速有排齒比分別為4.23, 2.53, 1.67, 1.23, 1.00, 0.83:1
引擎最高扭力輸出在4900轉
在8000轉以前扭力可以維持在最高扭力的80%以上

現在假設「電子斷油」在8200轉，斷油前瞬間扭力剛好
可以維持最高扭力的80%......接下來就可以算算看！
.
以一檔啟動，超過4900轉之後，加速度就會逐漸下降，
到8200轉，扭力降至80%時換二檔，換檔後轉速
= 8200*2.53/4.23 = 4904
剛好銜接到最高扭力輸出的轉速。
此時換檔前後瞬間的加速度比為
一檔8200轉：二檔4900轉 = 80%*4.23/2.53 = 1.338
這表示一檔一直到斷油前，加速都比二檔任何時候快，
所以要比加速就要一直把引擎轉速拉到斷油前再換檔.....
.
同樣，二檔換三檔結論也一樣，只是差距變小........
比加速就沒有人會考慮到四檔了.............

2.
現在再假設某個笨笨車，齒比抄BMW，
最高扭力也是在4900轉，
斷油也是在8200轉，只是引擎機件沒那麼優異，
8200轉的扭力輸出只有最高扭力的60%
那麼在斷油前的一檔換二檔，轉換前後加速比為
60%*4.23/2.53 = 1.003
一檔的加速還是比較快，所以還是可以拉到斷油。
但是二檔換三檔加速比，假設換三檔後的扭力仍然
接近最大扭力，約97%，
= 60%*2.53/(97%*1.67) = 0.937
此時二檔的加速就比三檔慢，對於這種車，二檔換
三檔就不能拉到斷油，而是要在低一些的轉速就
換檔................

3.
美國車，引擎實測數據常「碰巧」在最高轉速時，
妞力會急速降至70%至60%之間.............
其實，紅線區的決定不是用測量的，是在引擎設計
階段就決定了。通常是實驗室對汽缸壁和活塞材質
提供一個摩擦係數的數據，然後工程師就直接計算
該材質配合引擎散熱和承受熱的能力，決定一個活塞
運動可允許的最高速度，一旦這個數度決定，只要
確定活塞衝程，就可以直接計算可容許的引擎最高
轉速，所以這個轉速是「理論值」設定...........
然後，在賽車發展上，要改進材質突破紅線區時，才
發現另一個問題，就是引擎氣門在高轉速會產生共振
現象，就像一個錢幣放在震動台上，頻率過高時，錢幣
會有像是漂浮在檯面之上的現象......................
活門產生共振，相當於無法閉合，引擎會突然失去大部分
動力................這也是要設定極限轉速的原因之一.........
一般車只是第一個因素決定紅線區，所以相同材質，衝程
高的引擎紅線轉速就低，衝程短的引擎紅線轉速就高.......

4.
意思是說，打從一開始就不存在有「拉到紅線區再換檔」這種「金科玉律」，只不過對一般車輛而言，大都符合這原則。但注意我說這是針對一般車輛，所以雖然我 還沒見過哪裡有那種可以承受極高紅線轉速，但卻會在極低的轉速帶就開始大幅扭力下滑的怪引擎（如果只限汽油的），但我也不否認如果故意把引擎調壞或換上完 全不適合該引擎使用的變速箱，會讓紅線換檔的原則不適用，只不過，如果在一般車輛上不可能找到這樣的設計，那又有啥迷思可言呢？

5.
駕駛人能感受到的是加速度，和扭力的關係比較直接，
馬力使感覺不到的，所以常有人強調談加速就只要談扭力就好..........
所以，上面很多直覺式的說法都是正確的，只是直覺說法
要和理論公式兜起來，有時候沒那模直接。

不過，真要分析，我們感受到的扭力是輪子端的扭力輸出，
輪子和引擎之間還有變速箱，所以輪子端的扭力和引擎
輸出的扭力還是要區別清楚.....................無業書有注意到
這個差異，只是沒有強調出來，他用T和F作區隔.......
那是正確的說法。

如果是固定齒比，不換檔的意思，當然輪子端最大扭力
就是發生於引擎最大扭力輸出的一刻，這應該沒什麼爭議............
但是，考慮齒比的變化，當齒比很密時，極端的例子就是
無段連續可變變速箱，此時輪子端的最大扭力就往往不是
引擎扭力最大的輸出點...............而是最高馬力輸出點......
所以雖然我們無法感受馬力，但是馬力(功率)等於力乘以
速度，這裡的力就和我們感受到的駕速度直接相關了........
所以雖然談馬力，實際上還是在說「力」，只是速度這
個量變成隱含變速數，沒有直接引出來討論而已.........
速度是隱含在齒比變化的假設中..................

6.
這種問題, 其實關鍵在「輪扭力」............

不管在什麼檔位, 引擎本身的扭力是已經固定了(扭力輸出曲線), 問題就在於透過變速箱後, 扭力放大的情況, 傳輸到輪子, 使得輪子本身作用在地面的推進力, 各檔間的變化情況........

過了最大馬力點後, 引擎轉速拉高, 其扭力是一定衰退得更嚴重(不然最大馬力檔就不會出現在較早轉速的區域), 重點就在這裡---------

「縱使衰退, 但如果較早入檔, 會因齒比的關係, 將扭力放大倍率縮小, 如果能稍微硬拉轉速, 或可以利用因較低檔的齒比優勢, 產生比較高檔時有較佳的輪扭力........

但是若扭力衰退的幅度, 大於此時與下一檔間的齒輪比, 當然還是進檔會較好。

問題在於轉速不會無限提昇(不然就設一個檔就好了, 也不必費心設了那麼多檔), 理由就像上面的「tunyiin ( ty1328 ) 」兄說的, 無論是在「汽門彈簧強度」, 或其他的「曲軸平衡」, 「供油電腦設定」......等等, 在在都限制了一顆引擎所能達到的最高轉速, 所以你還是要換檔............

回到主題,.......理論上CVT 確實可以利用「將轉速固定最大馬力的轉速」, 來達到最佳化的加速模式, 但實際上車廠大多不會這樣設定, 理由不在討論範圍, 就不再去講廢話..........

7.
以下為友站上某位匿名高手的發言，令小弟十分折服；
特轉貼給各位參考，並請 tunyiin大大 鑑定一下。
**********************************************
功率大-->加速快
所以 轉速超過最大功率點後 加速會變慢 這是沒錯..
但是若到了最大功率點就換檔.. 換檔後轉速還是會落到功率相對低處..
理論上 若能隨時調整減速比 使轉速維持在最大功率點.. 加速會最快..
(例如類似CVT控制)

如果是傳統換檔方式.. 就要考慮齒比造成的轉速落差..
作一水平線「割過」功率曲線..
使兩「割點」間的橫座標差恰等於換檔的轉速落差..
而兩「割點」的垂直高度相同 也就是換檔前後的功率相同..
如此可得該區間的最大平均功率 (也就是可得該區間的最大作功)

這種情況也就是換檔前後的轉速要跨在最大功率點的兩側..
所以 換檔的轉速要高於最大功率點..
至於要高多少.. 要看實際曲線形狀 和 轉速落差(齒比) 而定..
會不會超過或低於紅線則不一定!

8.
大家都好客氣! 那我們就繼續聊聊.............
接下來讓我把mustang的論點整理一下,大家看看是不是這樣:
1.馬力和扭力的實用性比較
一般人只有從廣告單中才可以看到馬力曲線,但是那是SAE標準,
實際路上的表現可能差很多。當我們坐在車內，我們只能看到
轉速表，然後睬油門實時只能感受到加速性或「貼背感」，跟本
無從判斷馬力是不是已達峰值，所以馬力的觀念比較沒有實用性！
比加速還是要靠轉速表以及駕駛對加速度的感覺或經驗來做最佳
判斷！

9.
2.縱使利用馬力曲線來當參考，最佳換檔時機也會因人而異
假設由馬力曲線得到最佳換檔時機，就是利用割線的方法，
結果是在轉速為A時最好，然後換檔後的轉速為B，兩者有
相同馬力輸出，而馬力蜂峰值就出在A和B之間。
接下來先想一下我們會怎麼換檔。.........轉速到達A時，
睬下離合器，我們會輕放油門，但是還是要讓轉速維持在最
高轉，入檔後，離合氣穩定收回，這時因為引擎轉動的貫慣性，
在離合器完全鎖定之前，引擎轉速的急速下降，會提供一個大於
引擎最高扭力值的瞬間扭力高蜂峰驅動車子，等到完成換檔動
作時，引擎轉速已經不是B了！會高於B............
按照馬力曲線的割線原理，換檔前後的馬力輸出相等而且在峰值
兩惻才是最佳換檔時機，所以這時該如何訂正最佳換檔時機呢？
是提前還是延後？
答案很明顯，就是mustang說的「提前」！

10.
3.汽車上路還有磨擦損耗
假設我們只有標準測試的扭力曲線，那是沒有考慮傳
動軸的模磨擦損耗，再假設磨擦損耗和引擎轉速的關係
不大，那摸麼實際扭力曲線和標準測試的扭力曲線會有
相同形狀，只是數值低一些。但是馬力是扭力乘以轉運
再乘以一個常數，所以馬力曲線的修訂在高轉速區比較
大，這實利用標準測試的馬力曲線得到的最佳換檔實時機
應該如何修訂呢？
答案也是...........提前.............

11.
按照馬力曲線的割線原理，換檔前後的馬力輸出相等而且在峰值
兩惻才是最佳換檔時機
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這是理論, 但在實際是不可能的!

不妨找一下任何一部車, 拿其輸出曲線來研究, 即使拖到最高轉速, 換了檔之後, 所掉到到的轉速, 其輸出仍會比換檔前小......這裡的最高轉速, 是指引擎所能運轉的最高轉速, 不是最大馬力輸出。

如果要按照「割線等高」這意思來討論, 先決條件變成「是以轉速, 馬力輸出為主體, 變速箱(齒比)重新設計」------ 這和現實不同, 因為現實是「變速箱(齒比)已經設計好了, 然後以轉速變化來配合」, 以求取最佳加速模式, 所以無業書才要提出討論, 不是嗎?!

12.
其實小弟也沒有堅持說要提前換擋ㄝ
而是說單看馬力大小決定換擋時機
是否有點太狹隘了 應該再多考慮
負載 扭力 轉速 擋位等影響

加速快慢是看馬力沒錯
馬力越大加速所花的時間也越少(效率高)
但是現在是討論加速時的換擋時機 目的是要"再加速"
扭力 轉速 負載 才是"再加速"的關鍵 就如triton 大大所說的
<<<轉速在最大扭力點附近所能產生之加速度>>>
所以小弟一直主張換擋時機應該取決於
換檔後轉速是否落在扭力高原帶上
而是否會接近紅線區或換擋前後馬力大小
都不會是小弟用來取決換擋時機的重要因素
因為換檔後雖然有擋位差 但藉由油門控制及延伸的轉速及扭力
自然就會影響馬力 達到更有效率的再加速

13.
基本上，輪胎是一個彈性體，所以用單純的動靜摩擦係數來解釋輪胎的抓力，永遠會得到一堆違反物理原則的結論。例如，實驗證明輪胎在20%的打滑程度下擁有 最大的抓力（所謂20%打滑是指車輛前進的線速率只有輪胎的角速率80%的水準），這違反了靜摩擦力大於動摩擦力的原理，因為，
輪胎的抓力實際上是來自於橡膠的形變，而非巨觀的單純表面摩擦。

光是輪胎上就有這麼多不確定的因素了，何況整個車輛加速的過程。所以，要獲得優異的加速成績，恐怕trial-and-error會遠比理論推演來得有用 太多，所以，一個有經驗的試車手可以在很快的時間內找到一輛車最優異的加速方式，就好像演奏樂器或畫畫一類的事情，單純的學理分析永遠比不過靈感與天份。 汽車，姑且別把它當作單純的工業產品看待，偶爾也要把它當作一種藝術品，就很容易解釋這一堆難以量化的不確定囉！

14.
不好意思，又把這篇抓出來...............
我想補充一下SE提到的一個資訊：
>基本上，輪胎是一個彈性體，所以用單純的動靜摩擦係數來解釋輪胎的抓力，永遠>會得到一堆違反物理原則的結論。例如，實驗證明輪胎在20%的打滑程度下擁有最>大的抓力（所謂20%打滑是指車輛前進的線速率只有輪胎的角速率80%的水準），
>
傳統啟動加速的磨輪胎，輪胎快速摩擦生熱會改變橡膠的物理性質，
但是新車在traction control system，就稱為循跡控制系統的幫助下，
車輪的打滑是有限度的。
循跡控制系統和ABS的作用原理幾乎一模一樣，只是方向相反。他們利
用的都是輪胎和低面接觸點有滑移現象時，嘗試將滑移程度限制在最大
摩擦係數附近。在討論輪胎的有限滑移時，常會定義一個百分量，類似
STGMA = (1 - 輪速/車速)*100%
稱作percent slip，當車輪有鎖死的傾向時，輪速小於車速，上式為正值。
當輪速高於車速，也就是打滑情況，上式為負值。但是習慣上，把負值
時候的絕對值定義為percent spin，寫作MU = -SIGMA。
SE談的20%就是這個值。
在輪胎輕微打滑的情況，如果地面接近平面而且不變形，那麼出打滑
階段，摩擦係數和SIGMA或MU呈正比，也就是百分比越高模差力越大，
這個比值只和輪胎材質和紋路有關。到達約20%左右，這個摩擦係數關
係才變為強烈非線性，實際模差係數就快速減小。