Момент переключения передач
Момент переключения передачи зависит от поставленной задачи. Это может быть максимальная отдача мощности, минимальный расход топлива или минимальный износ механизмов автомобиля. В зависимости от поставленной цели применяется различная техника переключения передач.
Если необходимо добиться минимального расхода топлива, следует помнить, что на бензиновом двигателе удельное потребление топлива снижается с увеличением нагрузки. Это значит, что в данных условиях при данной скорости движения машины, двигатель использует меньше топлива на меньших оборотах (то есть на повышенной передаче) при открытом дросселе, чем при больших оборотах на пониженной передаче с прикрытым дросселем. Следовательно, для достижения минимального расхода топлива обороты двигателя должны поддерживаться на минимально возможных значениях. Однако они должны быть достаточно высоки, то есть быть за пределами зоны малых оборотов, где эффективность резко падает. В этой связи необходимо помнить, что наиболее эффективный диапазон работы двигателя располагается вблизи зоны максимального крутящего момента. Ниже этого диапазона эффективность падает и удельное потребление топлива растет, потому что фазы газораспределения не подходят для столь малых оборотов и растут потери в результате неполного сгорания смеси и плохой продувки цилиндров.
Если задаться целью максимальной экономии, переключать передачи следует таким образом, чтобы двигатель работал с достаточно высокой нагрузкой в диапазоне максимального крутящего момента, причем на не слишком высоких скоростях, когда увеличение тяги сводит на нет малый удельный расход топлива.
Для минимального износа обороты двигателя также должны поддерживаться в средней зоне, но нельзя давать полный газ на высоких передачах, если обороты не превышают одной трети от максимальных. При этом инерционные силы частично уравновешивают высокое давление газа, передаваемое подшипниками на поршни и шатуны при полностью открытом дросселе. Очень большие обороты, однако, приведут к очень большим силам инерции (которые растут пропорционально квадрату скорости вращения) и соответственно большим напряжениям во всех движущихся частях. Езда внатяг на малых оборотах не только создает большое давление газа, но также может привести к прогару клапанов в потоке горячих выхлопных газов, поскольку они открываются и закрываются относительно медленно.
Главной целью гонщика на соревнованиях является максимальная отдача мощности. Очевидно, что чем выше тяга на ведущих колесах автомобиля, тем быстрее будет его ускорение. Радиус колес постоянен, а тяга пропорциональна крутящему моменту, приложенному к их ведущим валам. Пренебрегая механическими потерями, этот момент в свою очередь равен моменту, развиваемому двигателем, умноженному на передаточные числа коробки передач и главной пары.
Следовательно, если ведущие колеса имеют радиус 1 фут и двигатель развивает момент 100 фунтов/фут, который передается коробкой с передаточным числом последней передачи 1:1 и главной парой 4:1, то момент на ведущих валах колес равен 400 фунтов/фут, и полученная тяга будет равна 400 фунтам. На самом деле в результате механических потерь тяга будет приблизительно на 10 процентов меньше, то есть около 360 фунтов. В дальнейшем для простоты мы будем пренебрегать механическими потерями, которые незначительно увеличиваются с ростом передаточного числа трансмиссии.
Часто говорят и пишут, что для получения максимального ускорения нет смысла превышать обороты максимального крутящего момента на промежуточных передачах. Это совершенно неправильно, в чем легко убедиться.
Возьмем в качестве примера Порше Каррера, двигатель которого развивает приблизительно постоянный крутящий момент между 4500 и 5800 об/мин, с максимумом 228 фунтов на фут при 4800 об/мин. Четвертая и пятая передачи имеют передаточные числа 1.086:1 и 0.868:1 соответственно, при передаточном числе главной пары 3.44:1. Полное передаточное число трансмиссии, таким образом, равно 3.74 и 2.91 соответственно на четвертой и пятой передачах, причем радиус качения задних колес равен 1.007 фут, который мы приблизительно будем считать равным просто одному футу.
Пренебрегая потерями трансмиссии, максимальная возможная тяга равна произведению крутящего момента двигателя на полное передаточное число трансмиссии, деленному на радиус ведущих колес. На четвертой передаче это будет 228 х 3.74 / 1 = 853 фунта, при 4800 оборотах в минуту. Если мы в этот момент включим пятую передачу, обороты двигателя упадут до 4800 х 2.99 / 3.74 = 3837 об/мин, на которых крутящий момент двигателя равен 219 фунтов на фут (см. кривую момента двигателя) и тяга упадет до 219 х 2.99 /1 = 658 фунтов на фут. Ускорение тем самым значительно уменьшится.
Легко сосчитать, что наилучший момент для переключения передач наступает при оборотах чуть выше 6600 об/мин, при которых двигатель развивает момент 196 фунтов на фут, соответствующих тяге 196 х 3.74 /1 = 732 фунта на фут. Включение пятой передачи в этот момент уменьшит обороты до 5276 об/мин при моменте 240 фунтов/фут, при этом тяга составит 718 фунтов. Идеальные обороты для переключения составляли бы 6620 об/мин, при которых тяга на четвертой и пятой передачах равны. Это лишь на 80 об/мин меньше максимальных оборотов двигателя. Поскольку нижние передачи менее сближены, чем четвертая и пятая (как правило, на всех машинах), остальные переключения вверх должны делаться с допустимым запасом, если требуется максимальная отдача мощности.
Если двигатель развивает максимальный крутящий момент на относительно низких оборотах (например, одна треть от оборотов максимальной мощности или меньше), полезно бывает раннее переключение, но на гоночных автомобилях такого не бывает, потому что значения оборотов максимальной мощности и максимального крутящего момента на них обычно близки.

Автоматическая трансмиссия
Кто-то однажды заметил, что автоматические коробки передач исключительно хорошо работают на машинах, на которых коробка передач не нужна вообще (наверняка любой автоинструктор на механике думает также). Изначально в этом была доля правды: автоматические коробки обычно удовлетворительно работали только на мощных и, в основном, дорогих автомобилях. Вероятно поэтому, по крайней мере, в Европе, люди их не покупали. Наиболее типичная отговорка, разумеется, основывалась на том, что они слишком хорошо водят машину, чтобы возлагать переключение передач на автоматический агрегат, и предпочитают оставить это за собой. По моему опыту, это в 90 процентах случаев не так, поскольку момент переключения передач гораздо точнее определяется автоматом, который к тому же делает это более плавно. Кроме того, современные автоматические трансмиссии имеют весьма высокий КПД, так что они вряд ли расходуют больше мощности и топлива, чем ручные коробки.
Тесты, проделанные мной, показывают, что неторопливый перенос ноги с одной педали на другую требует около двух десятых секунды, которые добавляются ко времени реакции водителя. В течение двух десятых секунды на скорости шестьдесят миль в час автомобиль без торможения проходит расстояние около 24 футов, которые в городском движении легко могут составить разницу между легким испугом и дорогостоящим кузовным ремонтом, если не хуже. Торможение левой ногой, если однажды им овладеть, увеличивает пределы безопасной езды, а также делает движение в потоке более плавным за счет более плавных переходов от ускорения к торможению тех самых переходов, из которых в основном состоит плотное рабочее движение. Поскольку все болиды класса «Формула1» используют полуавтоматическую трансмиссию, большинство чемпионов сейчас используют технику торможения левой ногой, и педальный узел устроен соответствующим образом.
Большинство водителей, разумеется, немедленно обнаружат, что их левая нога недостаточно тренирована, чтобы обеспечить точный контроль, который требуется при торможении. Это может стать особой проблемой для водителя, который использует попеременно два автомобиля один с педалью сцепления, а другой без. Но это всего лишь дело привычки, которую легко приобрести, тренируясь на свободной дороге. Лично я никогда не считал это большой проблемой, особенно если эти два автомобиля достаточно различны. Однако проблема может возникнуть, если это два во всем остальном идентичных автомобиля, которые приходится часто менять друг на друга.