內燃機車為什麼要換擋，就像電瓶車一樣直接根據油門踩的多少來決定速度不是更方便嗎？

變速箱擋位數在一定程度上代表了車輛的技術，但不管是百萬級的特斯拉，還是幾萬塊的國產小電動，在售的所有電動汽車全都只有一個前進擋，是為了降低成本還是別的原因？

“汽車變速箱是不是擋位越多越高級？為啥電動車前進只有一個擋？”

“傳統汽車需要三大件，電動車只需要兩大件，所以這麼多企業才一窩蜂研究電動車，省錢啊！”

“廠家這樣做不是為了省錢，是因為純電動車不需要變速。”

變速箱是幹什麼用的？先要了解發動機。

視知車學院之前科普過，燃油發動機正常工作的轉速範圍很窄，只有1500到5000轉。

轉速太低沒動力，太高了不僅動力下降，震動、噪音、油耗都上去了。

變速箱的內部有好多齒輪，每個擋位對應一個齒比。

齒比，你可以理解成發動機的扭矩經過變速箱之後被放大了多少倍。

假如一臺發動機的最大扭矩是200牛米，經過這樣一臺變速箱增扭，每個擋位傳遞的扭矩都會不同程度增大。

變速箱一邊“增扭”，一邊給發動機“降速”，才能讓汽車正常運轉。

假如燃油發動機只有一個固定擋，一擋起步沒問題，可最快只能到40；二擋能勉強起步，極速高一點；只用三擋，扭矩太小，直接熄火。

所以，燃油發動機必須搭配好幾個擋的變速箱，才能低速起步、高速行駛。

廠商除了愛PK發動機技術，也愛攀比變速箱擋位數，新車6擋算及格，8、9擋常見，10擋也不稀奇了。

再看電動機，它的工作範圍廣，從低轉速開始就爆發最大扭矩，低速、高速、加速都沒問題，所以純電動車可以一擋走天下。

變速箱只需管好前進、停車和倒車，不需要轉換傳動比，不需要那麼多擋位，結構也簡單多了。

這是因為汽車在不同的工況下需求的扭矩和轉速是不一樣的。

汽車到底為什麼要換檔，實際跟變速自行車一樣。 變速自行車應該絕大多數人都騎過，自行車為什麼要變速？ 對於普通自行車，前後齒輪比是固定的。腿蹬的圈速就決定了車的速度，蹬的快車就快，反之亦然。

對人來說，蹬的太慢省力，但是發不上力。 蹬的太快又浪費的體力太多，空著快速蹬也是累的，也就是說，快速蹬的話很大一部分體力消耗在自身的運動上了，沒有有效的驅動車子。

例如剛起步的時候，發動機轉速比較低，對應的扭矩也很低。而起步時我們需求的是大扭矩，低車速，這時相應地速比可以做得比較大，以獲得更大的扭矩。

而在我們高速行駛時，我們則期望的是相對小的扭矩和比較高的車速，這樣我們就需求一個比較大的速比。由此我們需要設計多個速比來滿足這不同的扭矩和速度的需求。

當然還有另外一個比較重要的原因—通過改變擋位來獲得更低油耗。比如我們開到120km/h，那麼我可以採取4擋使發動機高轉速運轉能達到或者5擋使發動機在一個較低的轉速能達到。

在2000轉到3000轉這個轉速範圍，油耗是比較低的，那麼我肯定會選擇讓發動機轉速落在這個區間的擋位，這樣才比較省油，而我發現5擋發動機更傾向於落在這個區間，那我有5擋的話肯定掛5擋。

（文/圖 優信）

這個問題前半句有道理，後半句就有問題了。目前的CVT（無級變速器）變速器、AT（液力自動變速器）、AMT（機械式自動變速器）、DCT（雙離合變速器）變速器都需要換擋，但是自動變速器基本實現了踩油門就決定速度了（而不是駕駛員來換擋），我想你是想問為什麼內燃機車需要變速器，而電動車不需要這一坨。

首先，內燃機的工作特性是低轉速下轉矩較小、高轉速下最大輸出轉矩急劇降低、可工作轉速範圍範圍較窄（約1000rpm-4000rpm）。這些特點決定了，內燃機低速時無法正常啟動汽車，而高速時加速性能急劇減弱。所以，為了彌補這些缺點，變速器應運而生。變速器的特點就是，減速增扭。

然後，事實卻與你想的完全不一樣，變速器是一個很好的發明，以至於電動車也愛上了他。由於電動機高速時扭矩丟失嚴重，要想發揮更好的性能，變速器是個很好的選擇。目前電動車採用單級變速器較多，寶馬i8採用了兩級變速器，未來的趨勢是電動車也將普遍採用多級變速器。

最近一家叫DSD的公司最新研發的一款多齒比電動車變速箱將實現商業化應用。AVL、Delta賽車、GKN、捷豹路虎、印度塔塔鋼鐵、威廉姆斯、Zytek等知名企業已經針對這一項目成立了投資財團，足以看見多級電動車變速器的魅力。DSD公司開發的變速箱必須具備體積小、質量輕、傳動效率高等特點，這樣才能利大於弊。DSD變速箱計劃於2018年實現量產，到了2022年，DSD公司還將開發出更加先進且適用範圍完全覆蓋電動車的多齒比變速箱。

這樣看來，電動車變速箱也將被老外壟斷了。

車速變化範圍很大，停車入庫5邁不到，高速可以180邁以上。速度變化比達到了近40倍。假設沒有換擋機構，發動機轉速以一個固定傳動比最終傳遞到車輪。發動機最低怠速一般在七百轉以上，通過固定傳動比傳遞到車輪，對應著最低車速5邁。那麼若要使車輛開到150邁（車速提高三十倍），因為速比不變，所以發動機轉速同樣要提高三十倍，達到21000轉，好像F1專用高轉速發動機也沒有這麼高轉速。發動機與電動機有一點不同，它的工作轉速區間不像電動機那麼大，最多跨度不到一萬轉，最節油轉速區域也就一千多轉範圍。所以就需要中間設置一套變速機構，實現變速比，變扭距。

你的好提議。你若生在n年前那肯定是自動變速箱變速器（也就是通常所說的Cvt變速箱，at變速箱，雙離合變速箱）的發明者了。用最直觀的東西來說明：變速自行車山地車，公路車環法賽裡那種，見過吧？前3後10的話速度最快，相當於高速檔456789檔，前1後1最慢相當於汽車的123檔爬坡的時候用，汽車變速器與這個山地車的變速器類似。汽車變速箱是汽車調整齒輪比的工具，至於為什麼會有齒輪比，汽車發動機功率是一定的，手動變速器是力量與速度的取捨，低速檔能獲得更大的力量用於爬坡載重，高速檔能獲得更快的速度，用於高速行駛或者賽車。你說得那樣的踹油門就走使勁兒踹就快的變速箱早已出現，原理和手動變速器一樣只不過用電腦控制手動換擋過程，希望能幫到你。

大家都說得很有道理，但都沒有提到電動車用的是直流電和直流電機。直流電機的特點是根據電流的大小可變換電機的轉速，改變輸入電流大小的就是電位器，電位器就是可變電阻器，通過改變電阻的大小來改變電機的轉速。電阻小通過的電流大電機轉速快，反之必然。電動自行車的手把轉動和電動汽車加速踏板的上下踩動就是控制電位器來決定車速。鐵路的電力機車，城市裡有軌或無軌電車都是先將交流電經過整流設備整流後輸入電車網絡的。鐵路內燃機車也是將柴油發電機發的電經過整流器整流後輸入電機的。交流電動機是難以控制轉速的，所以工業的加工機床是有變速箱的，且變速時要在機床停止轉動時變速，以利加工不同的工件。所以直流電機才是電動車不需要變速箱的根本！

內燃機車拉火車，不是直接用柴油機帶動車廂的。而是柴油機帶動發電機，發電機發出的電驅動電動機，最終由電動機驅動車輪。柴油機不能直接驅動車輪是因為火車的質量太大，啟動時需要的力氣比較大，容易把柴油機憋死。

能量轉換的方式不一樣。能量的轉化級別也不一樣。電能轉化為機械能，算是高能向低能轉化的較簡單的方式。它不受太多約束，只要滿足電能生磁，磁磁互斥的規律就可以對外做功，並且能量源穩定，轉化形式單一，不需複雜條件控制，因此可以做到一定條件下的自由輸出。但是內燃機不一樣，結構複雜，控制繁瑣，它在能量轉換的過程中本身存在不穩定性。同樣是內能轉化為機械能，但就舉一個簡單的例子，在它不同轉速下，內能的轉化功效是不一樣的。它可以做動力源，但前提是確保它能穩定的輸出功率。對於內燃機來說，由於它本身的控制是非線性的，功率轉化也非線性。本身控制就有一定的延遲，然後對外的負載又是不穩定負載，因此對於兩個不缺定的因素只控制單一方面，難免會造成整個動力與負載系統的匹配性不好的問題。在人工操作上會有很大難度，且在能量及時利用上也會使效率降低。因此，需靠變速系統來及時變速變矩來修正匹配性。所以，除非最大負載不超過內燃機自身功率外，其他不管是什麼形式，均要要協調機構。最起碼得實現負載系統的正反操作。

內燃機由於構造決定的動力特性。高轉速低扭矩。這裡不是一兩句話可以說清楚的。

一般汽車發動機，扭矩一百四十多牛米，小的可憐，直接帶動汽車輪胎，汽車是不會前進的。但是轉速好啊，高達5000轉。可以通過變速箱的把轉速降低，扭矩就增大，這個扭矩作用在輪胎邊沿就產生驅動力，這個驅動力大於汽車總阻力，汽車就會前進！

汽車上坡，掛高檔（轉速高扭矩小）汽車驅動力小，小於汽車阻力，汽車不能前進，汽車掛一檔，轉速降低最多，扭矩最大，驅動力最大，大於汽車阻力，汽車前進！

其實就是減速機的作用，變速箱不同的齒比帶來不同的扭力區間，內燃機轉速有最大功率區間和最大扭矩區間。所以並不是發動機直接連接單速橋就能驅動汽車的。典型的例子就是大貨車有很多檔，十幾二十幾的檔位，因為大貨車柴油機轉速很低，往往1500轉就換檔。所以齒比綿密才能保證動力輸出不過於突兀。就好比被踹一腳或者被絆一腳那種感覺。再說電動機，電動機輸出特性和內燃機大不相同，物理學過轉速低時，如果加大電壓，那麼線圈電流會很大，就會造成低扭異常大。所以電動機通常不需要變速器。如果需要高速的電動機，可以直接做高速的。理論上，如果僅考慮電機內部摩擦，空載電機轉速可以做到十分恐怖。所以帶多大負載，上多大電機就可以了。電機轉速不是限制，功率才是限制。相反，內燃機轉速有最佳輸出區間，制約了線性動力輸出。