大油門加速時「思考人生」是普通車主對自動變速箱最常見的抱怨之一。每一個變速箱標定工程師也對此頭痛不已。你們的抱怨我都懂，我平時工作也經常被人challenge，現在認真梳理一篇講講這個工況。這篇也獻給普通車主，你們是我的衣食父母，工作沒讓你們滿意實在是抱歉，可是，請花上幾分鐘聽我解釋下好嗎？

1. 普通車主版解釋

1.1 踩下油門發生了什麼？

自動擋車輛在穩態下行駛時，只要突然踩下的油門足夠大，車輛一般會降擋，變速箱速比增大，發動機咆哮一聲，進入更高轉速，好處是：

• 變速箱齒輪組速比增大後，其輸出扭矩增大（對於齒輪組，輸出扭矩等於輸入扭矩乘以速比）；
• 發動機在更高轉速下，能輸出更大功率。

降擋後，車輛獲得了更好的加速性能。踩油門降擋工況稱為「Power-on Downshift」，其中急踩大油門加速又被稱為「Kickdown」。所謂「思考人生」，往往是指Kickdown耗時過長以及Kickdown過程中車輛動力不足，後文我們還將看出，車輛甚至可能產生制動感。

1.2 汽車到底在思考什麼？

踩下油門後，發動機產生了更多扭矩。發動機扭矩被一分為二：一部分用於克服發動機飛輪本身的慣性，提升發動機轉速，另一部分傳遞給離合器用於驅動車輛前進。標定工程師通過調節一系列參數，可以控制這兩部分扭矩的分配比例。

如果更多扭矩用於提升發動機轉速，則降擋可以很快完成，但是傳遞到離合器的扭矩過少，動力傳遞會出現一定程度的「丟失」。駕駛員踩下油門後會有短暫的減速感，之後車速迅速拉昇。

如果更多扭矩傳遞給離合器，則動力傳遞更加連貫，但是發動機沒有足夠的扭矩用於提升轉速，導致降擋時間過長，駕駛員會覺得踩油門無力，車輛加速過於緩慢。

1.3 哪些車更容易「思考人生」？

從前文可以看出，產生「思考人生」的一個重要原因是發動機增扭能力有限。最容易出現這種現象的是渦輪增壓發動機。

下圖是廢氣渦輪增壓器工作原理圖。從氣缸排氣門排出的廢氣（深藍色）推動廢氣渦輪（圖中14，Exhaust-gas turbine）旋轉，帶動與之相連的壓氣機（圖中12，Compressor），將新鮮空氣壓縮，經過中冷器（圖中5，Intercooler）冷卻後推入節氣門（圖中2），增加了進氣量。

圖1，廢氣渦輪增壓器工作原理圖，來自博世公司出版的《Gasoline Engine Management》

當車輛不踩油門滑行時，節氣門開度很小。此時廢氣渦輪轉速很低，或者根本沒有旋轉。再次踩油門後，建立廢氣流，並推動廢氣渦輪加速旋轉需要一定的時間。因此扭矩響應存在遲滯，我們稱為「渦輪遲滯」（Turbo lag）。如果能減少廢氣渦輪的慣性，則其旋轉加速能更快，能在一定程度上減少渦輪遲滯。

下圖是一篇論文給出的同一輛車裝配2.0升自然吸氣，以及1.4升渦輪增壓發動機的扭矩響應對比（仿真值）。我們可以看出，該1.4升增壓發動機直到4秒之後，其扭矩才超過2.0L發動機。

圖2，渦輪增壓發動機與自然吸氣發動機扭矩相應對比圖，來自SAE論文《Advanced Gasoline Engine Turbocharging Technology for Fuel Economy Improvements》

「思考人生」並非渦輪增壓發動機所特有，不同的自然吸氣發動機之間，扭矩響應能力也有所差別。直噴、VVT等技術能輕微提升扭矩響應速度。只要是發動機排量過小，而整車又較重，出現了「小馬拉大車」的情況，降擋加速就會難以達到駕駛員預期。

中國消費者普遍喜好同等價位下更大的車。大多數消費者在第一次購車的時候，因為不知道自己的需求，紛紛表示「不是很在意動力性」，「只是上下班開開，夠用就可以了」。各企業同一款車的不同配置，排量更小的，總是銷量更高。中國的城市路況由於更多擁堵，車輛會更加頻繁地換擋，因此多數消費者對換擋頓挫更加敏感——至於大油門的加速性能則並不是太在意。在歐美，多數路況下，交通沒有那麼擁堵，車輛平均時速更高。高速公路最右車道依然保持著很高的車速，因此車輛在上高速時，往往需要在匝道上Kickdown，迅速提升車速。各種綜合因素的結果，中國市場的暢銷車型，發動機動力往往偏弱，更容易出現「思考人生」。

1.4 為什麼運動模式下不「思考人生」了？

在運動模式下，整個動力總成有很多不同的標定設置。變速箱會讓車輛更晚升擋，更早降擋，其結果就是車輛普遍在更高的發動機轉速下運行。此時發動機有更好的扭矩響應能力，在降擋過程中既能提供足夠的扭矩傳遞到離合器，保證動力連續性和換擋過程中的加速感，又有足夠多的扭矩可以用於提升發動機轉速，迅速完成換擋。

1.5 連續降擋的影響

Kickdown時，為了追求更大的加速度，目標擋位往往會跳躍好幾個擋位。對於跳擋降擋，一方面，速比改變較大，發動機需要爬升更多轉速，所耗時間更長，另一方面，不論是AT還是DCT，都有可能遇到無法簡單通過一個離合器分離，另一個離合器結合來完成換擋。

以DCT為例，一個離合器控制奇數擋位，另一個離合器控制偶數擋位。對於當前擋位和目標擋位同奇同偶的換擋，例如4降2，如果僅僅由偶數擋位離合器直接控制，則離合器分離後，需要4擋撥叉脫開，2擋撥叉結合，然後該離合器再次結合，這個過程會出現動力中斷。為了避免動力中斷，更常用的換擋方式是中間短暫經過3擋，於是4-2變成4-3，3-2兩次連續降擋，因此換擋時間更長，很可能比5-2需要更長時間，因為5-2是從基數軸換到偶數軸，不必經過中間擋位。

AT同樣可能出現類似的連續降擋。例如ZF 8AT的各擋位離合器結合狀態如下表所示。（表中所列「Brake」，其本質也是離合器。）

圖3，ZF 8AT各擋位離合器列表，圖片來自SAE論文《2009-01-0510 ZF New 8-speed Automatic Transmission 8HP70 - Basic Design and Hybridization-》

我們可以看到，從5擋到2擋，需要兩個離合器（C、D）分離，然後兩個離合器結合（A、E），同時控制四個離合器加大了控制難度，可能存出現動力中斷或換擋衝擊，於是可以採取一個折衷措施就是讓擋位經過4擋或者3擋，變成兩個連續的降擋。如果採用這種方式來降擋，難免花費更長時間。

（注：本人沒有接觸過這款變速箱，此處僅為理論推斷，且未經過ZF工程師求證，不代表裝配這款變速箱的車做5-2降擋更慢。以自己不太熟悉的產品為例，也是避免洩密之嫌。對於AT，通過同時控制4個離合器，更快完成換擋，在理論上也是完全可行的。相對而言，DCT難以通過更復雜的控制來避免此類連續降擋。）

2 工程師版解釋

「傳思客」作為一個由工程師來撰寫的乾貨公眾號，如果止步於簡單科普，顯然不能滿足大量專業讀者。所以下面從工程的角度來解讀一下。為了更好地理解下面的內容，建議在公眾號「歷史消息」中，讀一讀《深入理解離合器扭矩》和《Shift Dynamics》。

2.1 換擋過程扭矩分析

以DCT為例，換擋過程中的扭矩及轉速變化如下圖所示，AT換擋與之類似：

圖4，Power-on Downshift扭矩及轉速圖，以DCT為例

先列出離合器處於打滑狀態下的扭矩計算公式：

其中，

為發動機扭矩，

為離合器扭矩，

為慣性扭矩，

為從發動機飛輪到離合器主動盤的轉動慣量，

為發動機轉速加速度。

踩油門降擋主要分為兩個階段，第一個是慣性階段（Inertial Phase)，在這一階段，通過降低Offgoing離合器扭矩，可以增加慣性扭矩（Inertial Torque），用於拉昇發動機轉速。從公式我們可以看出，在發動機扭矩一定的情況下，離合器扭矩越小，則慣性扭矩越大，發動機轉速加速度越大，換擋可以越快完成。

發動機扭矩依照踩下油門大小的不同，爬升的速度也不同，但是隻要踩下的油門足夠大，基本都會按照其最大能力來爬升。如果發動機扭矩爬升能力有限，為了保證足夠的慣性扭矩來完成發動機轉速爬升，離合器需要減少更多扭矩。在慣性階段快結束的時候，為了防止發動機轉速飛太高，需要適當減少慣性扭矩，可以通過請求發動機減扭，或者提高離合器扭矩來實現。當發動機轉速抵達目標轉速後，換擋進入扭矩階段（Torque Phase），兩個離合器交換扭矩，完成換擋。

下面我們再來看看變速箱輸出軸的輸出扭矩，輸出軸扭矩可以表徵車輛加速狀態，在一定程度上體現駕駛員感受，其計算公式為：

其中

為變速箱輸出軸扭矩，

為當前擋位速比。

上圖中紅線即為換擋過程的輸出軸扭矩變化。我們可以看到，由於Offgoing離合器在慣性階段的降扭，會導致輸出軸扭矩有一個「跌坑」。這個「跌坑」會導致駕駛員在踩下油門之後的瞬間，整車加速度不增反降，直到換擋進入扭矩階段，車輛加速度迅速增加。輸出軸扭矩的這個「跌坑」，就是駕駛員感受到的所謂「思考人生」。

在上圖中，還有一條虛線標明瞭：如果不降擋，變速箱輸出扭矩會如何變化。我們可以看出，Kickdown這個動作，有點像格鬥遊戲中的「發大招」，變速箱在換擋過程中「憋住」扭矩，就像「蓄力」，等到換擋快結束時，就能更強有力地「爆發」。

2.2 換一個更「強悍」的發動機

如下圖所示，如果更換一個更「強悍」的發動機，則離合器扭矩不用降低，也能保證和之前相同大小的慣性扭矩。新的扭矩曲線如虛線所示。可見，即使發動機最終的扭矩大小相同，換擋時間完全相同，但是新的發動機能更快升扭，於是駕駛員不會感覺到「跌坑」，而且更早感覺到車輛加速。

圖5，Power-on Downshift對比圖：扭矩響應更迅速的發動機

2.3 更快的換擋可以減少「思考人生」嗎？

更快的換擋速度確實可以讓輸出軸扭矩更快達到較高值，但是為了獲得更快的換擋速度，必須要有更大的慣性扭矩，於是離合器扭矩必須更小，「跌坑」的時間雖然縮短，但是深度加深，駕駛員會感覺到更強烈的扭矩中斷，踩油門的瞬間就像踩了一腳剎車，之後緊接一個迅猛的推背感，嚴重影響換擋平順性。如下圖虛線為更快的換擋。

圖6，Power-on Downshift對比圖：縮短換擋時間

3. 總結

變速箱具備動力分配的能力，把發動機扭矩分成離合器扭矩和慣性扭矩兩部分，就像切蛋糕一樣決定兩邊的比例，但是變速箱無法創造一塊更大的蛋糕，只能在「平順而緩慢的換擋」和「迅速但有中斷感的換擋」 中選取合適的平衡，這種選擇，跟這輛車所追求的性能（更舒適還是更運動）有關，有時也會注入標定工程師自己的偏好。更強大的發動機永遠不是累贅，在大油門加速工況下，只有配合更強大的發動機，變速箱才能既平順，又迅速地完成換擋。標定工作對駕駛感受有很深刻地影響，但是無法超越硬件本身的物理限制。