汽車變速器的重要性在于它是汽車上不可或缺的一個核心總成。
汽車的行駛工況非常復雜，普通汽車的在高速公路上行駛車速超過160km/h，而在低速蠕動路況時，車速不足5km/h，最低車速和最高車速之間的跨度超過30倍，急加速時需要的驅動力超過2.5倍GVW，在平直路面勻速行駛的車輛所需驅動力約為0.15倍GVW，最大驅動力和維持車速所需驅動力之間的跨度超過16倍。
▲汽車行駛工況復雜多變
現有汽車發動機，無論是應用最廣泛的內燃機還是電動汽車采用的驅動電機均不能滿足僅僅采用單個減速比就能滿足汽車如此復雜多變的動力需求，具有多個速比的汽車變速器可以做到在寬廣的車速范圍內，實現從發動機動力向汽車驅動力的最優轉換，獲得在車速、爬坡性能、加速性能以及能耗經濟性之間綜合性能最佳。從這個角度來講，汽車變速器是汽車動力總成不可或缺的核心部件。
汽車變速器，特別是自動變速器，是機電液控一體化的集大成者，是多學科多領域技術集成的成果結晶，行業普遍認為自動變速器是汽車上技術含量最高、最復雜的產品，汽車變速器還是高技術水平和工藝水平的大批量生產的產品，是高技術、高價值的產品。
汽車變速器開發的重要任務是改善動力性能，提高駕乘舒適性和方便使用，提高可靠性和使用壽命，降低重量和減小安裝空間，提升效率水平，降低成本，以及最重要的是降低能耗和污染物排放。乘用車和商用車的市場以及市場運行機制不同， 因此對這些要求的側重點亦不同。
對于乘用車，個性化設計的趨勢已經導致許多車輛等級的分化，通過采用個體化解決方案和具有競爭力的新概念，導致了變速器設計的多樣性：手動變速器( MT）、機械式自動變速器（AMT）、雙離合變速器（DCT）、傳統式自動變速器( AT）、無級變速器（CVT）和混合動力車用變速器、電動汽車用變速器。1990年前的“黑與白”——手動變速器與自動變速器兩分天下的局面已不復存在。
對于商用車變速器，具有6~16個檔，或采用單段式設計，或采用多段式設計的齒輪傳動變速器成為車輛的標準配置。在重型貨車領域，AMT在歐洲已經獲得成功，它們經歷了從半自動到全自動的發展歷程。
手動變速器，俗稱手動擋，即需要駕駛員腳踩離合、手撥動變速桿才能改變傳動比完成換擋的變速器，因電控機械變速器（AMT）是基于手動變速器（MT）增加自動離合器系統和自動選換擋系統升級而來，故本文中將電控機械變速器（AMT）也歸類于手動變速器。
手動變速器采用多個齒比不同的齒輪組，通過同步器選擇傳動路徑，從而獲得多個不同的變速比。其優勢在于：結構簡單，維修成本較低，傳動效率高，燃油經濟性好，相對省油，富有駕駛樂趣。其劣勢在于：換擋操作繁瑣，對于駕駛員的技術要求比較高，另外，城市道路越來越擁堵，加上紅綠燈又多，需要頻繁的啟停，在擁堵的城市里需要頻繁地踩離合、換擋，駕駛員容易疲勞。
▲典型手動變速器布置圖
序列式變速箱是只能按順序加擋或減擋的手動變速器，它最大的特點就是換擋只能進行順序或者倒序逐一加減擋而不能跳擋。其具有結構簡單、空間占比小、重量輕、換擋快、傳遞效率高的優點，非常符合賽車追求動力極致的需求，故因這些優點為賽車所用，不過雖然用到賽車上但不代表其各方面都比普通變速箱優秀，比如耐用性和平順性。另外因其結構簡單、換擋動作簡單、傳動效率高，在摩托車上也普遍采用到序列式變速箱，通過腳踩換擋操縱桿即可進行換擋。
▲序列式變速箱結構
▲摩托車用序列式變速箱結構
電控機械變速器是自動化的手動變速器，電控機械變速器是給手動變速器配備了電控液動（或電控電動）的離合器操縱系統和電控液動（或電控電動）的選換擋系統，以達到代替駕駛員完成繁瑣的換擋操作動作的目的。
其優勢在于：性價比高、操作簡單、燃油經濟性好。
其劣勢在于：頓挫感強、舒適性差、換擋速度慢。
▲電控機械變速器（電控液動）
自動變速器是指能夠自動根據汽車車速和駕駛員油門深度進行自動選換合適擋位的汽車變速器，無需駕駛員操縱換擋桿進行換擋的汽車變速器都應該歸類于自動變速器，常見的自動變速器包括：液力自動變速（AT: Automatic Transmission）、雙離合變速器（DCT: Dual Clutch Transmission；DSG: Direct Shift Gearbox；PDK: Porsche Doppelkupplung）、無級變速器（CVT: Continuously Variable Transmission）。
因液力自動變速器（AT）是最“古老”的自動變速器，故我們提到自動變速器通常指液力自動變速器，由液力變矩器、行星齒輪系統和液壓系統、電控系統組成，通過液力變矩器和行星齒輪組合的方式來達到變速變矩。
其優勢在于：自動換擋減輕駕駛員負擔，承載能力強，市場上技術最成熟的自動變速箱，可靠性高。
其劣勢在于：結構復雜，制造成本高，維修技術要求高，維護保養成本較高，傳動效率較低。
▲液力自動變速器（AT: Automatic Transmission）
雙離合變速器(DCT：Dual Clutch Transmission)有別于一般的自動變速器系統，它采用兩個輸入離合器輸入動力，奇數擋位與一個輸入離合器聯結，偶數擋位與另一個輸入離合器聯結，實質上相當于將兩套AMT布置在一起，當奇數擋位輸入離合器聯結傳遞動力時，偶數擋位離合器斷開聯結，可實現擋位預選，當達到換擋條件時：奇數擋位輸入離合器傳遞扭矩減小的同時偶數擋位輸入離合器逐漸接合輸入扭矩逐漸增大直至奇數擋位輸入離合器完全斷開聯結不傳遞扭矩。同理，當偶數擋位輸入離合器聯結傳遞動力時，奇數擋位齒輪組也可實現擋位預選，達到換擋條件時，偶數擋位輸入離合器逐漸減小傳遞的扭矩，奇數擋位輸入離合器逐漸增大傳遞扭矩。故，雙離合變速器不僅有非常高的傳動效率，還能提供無間斷的動力輸出，并且擁有無可匹敵的快速換擋能力。
基于DCT(Dual Clutch Transmission)技術的各公司不同雙離合變速器：
大眾：DSG (Direct Shift Gearbox)；
保時捷：PDK (Porsche Doppel Kupplung)；
奧迪：S Tronic；
寶馬：M DKG (M-Doppel Kuppling Getriebe)或M DCT (M-Dual Clutch Transmission)；
福特：Power Shift；
三菱：TC-SST(Twin Clutch-Super Sport Transmission)；
日產：GR6(Rear Gearbox 6 Speed)。
其優勢在于：自動換擋減輕駕駛員負擔，換擋速度快，傳動效率高，換擋過程中可以無動力中斷，齒輪、同步器等可沿用MT成熟技術。
其劣勢在于：結構相對復雜，對變速箱控制要求較高，換擋過程可能產生較強頓挫感。
▲雙離合變速器（DCT: Dual Clutch Transmission）
常見的無級變速器（CVT: Continuously Variable Transmission）采用可以改變工作半徑的兩個錐盤組和一條傳動帶完成速比的變化，速比可連續變化，沒有其它變速器換擋時不可避免地會產生換擋沖擊，換擋過程如絲般順滑，完全沒有“頓”的感覺。另外，還有超環面摩擦式無級變速器、帶有功率分流的液壓式無級變速器等不太常見的無級變速器。
其優勢在于：換擋過程平順，動力持續而順暢。
其劣勢在于：動力響應稍慢，缺少駕駛樂趣，能夠承受的最大扭矩偏小，不適合大扭矩發動機。
▲一種無極變速器內部結構
▲裝配無極變速器的斯巴魯動力總成
本書另有論述，本文不再贅述。
4、電動車用變速器
電動汽車的傳動系統大多采用固定齒比減速器（單擋變速器），單擋變速器結構簡單、成本低，開發難度低，一般采用兩級齒輪減速，在第二級輸出齒輪集成差速器，從特斯拉Model S 到奇瑞小螞蟻都采用這種結構。
特斯拉在電動車行業內的標桿作用影響了在它之后的所有廠商。如業內人所知，特斯拉的初衷并不是一擋，而是采用兩擋變速器。然而由于各種原因，這款兩擋變速器沒能成行，這個“不幸”直接對電動車變速器的歷史造成了深遠的影響，以至于今天仍是一擋的世界。
電動汽車為什么需要兩擋甚至多擋變速器？
理由有三點：
最為明顯的一點是動力性能的提升，采用多擋位變速器后，低速擋的減速比可以做得更大，高速擋的減速器比可以更小，更大的減速比使得車輛在急加速時可以獲得更大的驅動力，加速更快，爬坡時爬坡能力更強，還有更小的減速比滿足車輛在高速工況行駛時獲得更高的極限車速。
其次是效率的提升，采用具有多個速比的多擋位變速器后，可以使得驅動電機有更多幾率運轉在更高效的區域，從而提升驅動系統效率。
最后，也是更為重要的一點是，當采用了多個擋位后，驅動電機可以更加小型化、低速化，從而降低電機以及逆變器的成本。同時，由于電機的轉速的下降了，可以采用一般要求的軸承、齒輪等部件來代替需要滿足高轉速的軸承、齒輪等部件，從而進一步降低成本。總的來說，兩擋變速器所帶來的優勢體現在動力性、效率以及成本上。
電動車用多擋位變速器已是必然趨勢。可以發現已經有不少車型搭載了兩擋電驅系統，例如舍弗勒、吉凱恩等公司都已有多款產品搭載在歐洲和中國的車型里。除此之外，采埃孚、FEV、Kreisel Electric等許多公司也正研發兩擋變速器，產品也陸續公布出來，據悉，易巴科技正在研發具有三個速比的電動車用變速器。
▲應用最廣泛的兩級齒輪減速單速比變速器
寶馬的 i8 在業內有舉足輕重的地位，憑借這款車型和寶馬 i3，寶馬在混合動力領域走到了德國三大汽車的最前列。
寶馬i8 融合了眾多汽車業界最新的技術，其中一項就是使用了兩擋電軸。寶馬i8前軸為電動驅動軸，安裝有一臺 96 千瓦的電動機，連接著吉凱恩的兩擋變速器，即名為SynchroShift的變速器，吉凱恩公司稱其為全球第一款兩擋變速器。
▲吉凱恩SynchroShift兩擋變速器結構
吉凱恩的這款兩擋變速器結構很簡單，它采用了AMT的結構。兩組齒輪分別實現第一和第二擋。同步器安置在了兩組齒輪之間，由一臺小型換擋電機負責推動。SynchroShift變速器的各項數據如下：
傳動比：11.3（第一擋）、5.85（第二擋）
最高輸入扭矩：250 牛米
最高輸入轉速：11400 轉/分鐘
質量（含油）：27 千克
舍弗勒兩擋平行軸式電驅動橋采用了模塊化的設計原則，主要由水冷永磁同步電機、減速齒輪組、差速器和換擋執行機構組成。它的差速器被平行于轉子軸布置，所以被稱為“平行軸式電驅動橋”。
平行軸式結構的好處顯而易見，電驅動橋的整體設計極為緊湊, 其中，行星齒輪排與定軸齒輪傳動裝置的組合，使得轉子軸與差速器輸出軸的中心距僅為127.5mm，不僅非常適合SUV車型有限的后軸安裝空間，而且集成到新的平臺或新的車型上時，可以大大減少對底盤的影響，同時有助于增加離地間隙并提高布置的靈活性。
▲舍弗勒兩檔變速器（電驅動橋）
2016年時，吉凱恩對外公布了它的第一款電軸，作為吉凱恩的第一款電軸，它的結構簡單卻有獨特的亮點。電機的扭矩通過第一級齒輪組向上傳遞到平行軸上，通過第二級齒輪組向下又回到了與電機同軸的差速器上（總傳動比 10.008），從這里再傳遞到左右兩個半軸上。通過這個“一上一下”的結構，電軸的輸入（電機）及輸出端（差速器、左右半軸）都同軸。
同軸布置帶來的好處是更小的尺寸，電軸的安裝空間需求更低。
▲吉凱恩第一代電軸
吉凱恩的第二個電軸可以說是第一代的翻版。但仔細看的話，你能發現之前第一代中的 EDD 裝置和差速器都不見了，取而代之的是兩個濕式離合器。這個就是吉凱恩的 “Twinster” 四驅雙濕式離合器系統，在這里用在了電軸上，所以加了一個字母 “e”，取名叫做 “eTwinster”。
▲吉凱恩第二代電軸 eTwinster
用兩個濕式離合器取代差速器后，左右車輪的扭矩能夠自由的分配。例如在彎道中，車輛可以將更多的扭矩傳遞到彎道外側的輪子上去，從而提高車輛的過彎性能。這樣的扭矩分配系統被稱為矢量扭矩分配系統（Torque Vectoring）。
總結來說，第二代電軸保留了第一代的“一上一下”同軸結構，同時用兩個離合器實現了矢量扭矩分配。同時，由于有了兩個離合器，當車速升高導致電機轉速逼近最高轉速時時，兩個離合器打開，電機就與車輪分開了，從而實現了第一代電軸里 EDD 裝置的功能。從這個角度來看，這個雙離合器系統是一舉兩得。
在第二代電軸的基礎上，吉凱恩終于為電軸配備了第二個擋位。eTwinster 終于進化成了 eTwinsterX。到了這一步，這個 eTwinsterX 電軸含括了之前提到的所有功能：同軸的布置、矢量扭矩分配、兩個擋位。
▲吉凱恩第三代電軸 eTwinsterX 結構截面圖
吉凱恩在兩個擋位的實現上也走了不尋常的道路。eTwinsterX 內安裝了一個不常見的行星齒輪組，它由兩個太陽輪（圖31中S1及S2）和一個行星齒輪架組成，沒有齒圈。
▲吉凱恩第三代電軸 eTwinsterX 原理圖
保時捷Taycan 里的各項新技術讓人羨慕和眼饞，在 Taycan 眾多的新技術里，很扎眼的一個就是兩擋變速器。為什么說扎眼？在過去的26年里，保時捷沒有自己開發過變速器，26年的無聊后，保時捷完成了當時特斯拉做砸了的事：電動車用兩擋變速器。
電動車從單速比減速器到多擋位變速器，我們前面講過，可以歸結于三點：動力性增強、效率的提升、驅動電機小型化和低速化，我們分別看看這款變速器的情況：第二點效率上，兩擋對 Taycan 驅動系統的效率提升幾乎沒有幫助。第三點電機小型化上，Taycan 的后軸（兩擋變速器所在軸）采用了 335千瓦、550牛米和 16,000轉速的電機，顯然沒有走小型化和低速化的路線。保時捷真正的追求在于第一點，“動力性增強”上。利用第一擋的較大減速比，Taycan 在百公里加速上達到了 2.61 秒，比特斯拉 Model S 稍快。
▲保時捷Taycan兩擋變速器原理圖
▲保時捷Taycan兩擋變速器
保時捷高調采用兩擋電動車用變速器，讓我想起了 2003 年大眾引入雙離合變速器，在之后的幾年內，雙離合變速器成為了市場的主流產品。隨著保時捷 Taycan 的發布，電動車兩擋終于被提上了日程。保時捷品牌的號召力會極大地推進兩擋變速器的發展。電動車用兩擋變速器甚至多擋變速器必然是發展的趨勢和方向，這一點，行業內似乎更加明確了。
表1 汽車變速器分類
