如果有辆车不用挡只用油门变速，这车开起来可……

图片：Steven Santiago Photography / CC BY

机动车为什么要有挡，就像电瓶车一样直接根据油门踩的多少来决定速度不是更方便吗？

无往，对不起，我是工程师。

说说我的理解吧，有错误请大家指正。

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首先，在同一个挡位下，车速是由油门踏板控制的。

其次，至于为什么需要有不同的挡位，请往下看。

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首先回答为什么要有变速器。

变速器有以下作用：

1. 实现倒挡。在保持发动机旋转方向不变的情况下实现使汽车实现倒退，总不能说要使车倒着行驶的时候先让发动机停止了……然后操作一个切换装置使发动机反着转，然后使车倒退。这样发动机肯定会做得复杂，并且这样对发动机也有不利的一面。

2. 中断动力。发动机不能实现自身起动，必须由电机或人力将发动机拖动到一定转速之后发动机才能实现自身输出的动力能够维持自己转动。如果这时不中断动力带着传动机构启动，可以想象，一启动发动机，车子就自己往前走了。要是电机启动的还好，坐在车里顶多车自己往前走。要是你的车子的启动方式是下面这样的，那你大概得一边跑一边起动发动机。

当然，换挡的时候也是需要先将动力断开再切换，这个容易理解。

3. 改变传动比，简单概括就是变速变扭，通过改变挡位，获得所需要的功率扭矩，以适应不同的行驶条件。这个应该就是题主问题的关键点了。

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下面回答为什么要有不同的挡位，也就要是变扭变速：

首先了解以下概念：

1. 扭矩与功率的关系：

$P=\frac{T*N}{9550}$

P 为功率，T 为扭矩，N 为转速。

2. 杠杆原理：

$T_1*N_1=T_2*N_2$

传动比

$i=\frac{N_1}{N_2}$

$T_2=T_1*i$

3. 发动机的全油门特性：

上面是我随便从网上找的一个图片。

一般的发动机的特性都是这样的曲线。（如果你对发动机有更多了解，没错，你猜对了，这应该是一款涡轮增压发动机）

最上面的红线是扭矩曲线，下面的红线是功率曲线，最下方的是油耗曲线。

可以看到，随着发动机转速的增加，功率是一直上升的，扭矩则是先上升，然后保持在一个最大扭矩点然后下降（涡轮增压发动机的扭矩特性），而油耗曲线则是呈现一个类似 U 的一个曲线，在 2000 转到 3000 转的时候，油耗处于一个比较低的水平。

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概念完毕。

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下面讲为什么需要变扭（这部分感谢@imi huang 的指正）

一般汽车 1.5 吨左右，取 185/60 R14 的轮胎的半径 41cm，我们可以看到上图发动机输出最大扭矩为 210N·m。

假设忽略其他阻力（空气阻力，坡度阻力，加速阻力），只考虑滚动阻力，且滚动阻力系数取 0.1 好了（通常滚动阻力系数在 0.01~0.05 之间，干沙路面的滚动阻力系数为 0.1~0.3）而推动一辆车所需的最少扭矩为：1500kg*9.8/0.41*0.1≈603N·m。记住 603 这个数。

也就是说发动机即使输出了最大扭矩，依然无法推动汽车动起来。

没错，这种感觉与“使出了吃奶的劲，憋红了脸，但依然徒手拧不动一个小螺母”的感觉是一样的。那么这时你应该怎么办呢，你需要一个扳手，握着扳手的末端拧这个螺母，你会发现轻松多了，根据杠杆原理，力臂增加了，同样的力乘以力臂，力矩增大了，螺母竟然可以拧动了！

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下面讲为什么需要变速：

由 1 式可知，发动机在一定功率和转速下输出的扭矩是一定的，如果直接将这个扭矩和转速直接按照 1：1 的传动比传动到车轮上，显然可以知道：

1. 上面简单运算可以得知这个扭矩肯定不足以推动汽车的；

2. 即使扭矩可以推动汽车，车轮的转速和发动机的转速动一致，拿最低 1000 r/min 来运算好了，可以得出全油门时的车速为：

$1000\times \pi \times 2\times 0.41\times60\div 1000\approx 155(km/h)$