AT v.s CVT有级变速对决无级变速

提到自动变速箱，以往指的是使用行星齿轮的档位式，但最近的小型车有越来越多使用CVT的趋势。有段式与无段式，各自的优缺点是？

原来二战期间就有自排变速箱？

内燃机备有许多优点，但唯一的缺点就是能发出完整扭力的转速区域有限，为了有效活用能发出扭力的转速区域，就必须搭配变速箱。

世界首部汽油引擎车Daimler和Benz都备有类似减速机构的变速系统，将引擎转速减低以传到车轮。现代化的变速箱则开发于1898年，由法国的Luis Renault将变速箱、传动轴、差速器整合为动力传输系统。

继Renault开启手排变速箱的时代后，1939年Chrysler采用以扭力转换器替代离合器的自排变速箱。翌年，GM的Cadillac则使用扭力转换器搭配行星齿轮的型式，这种方式就是现代档位式AT的原型，之后又导入电子控制，随着时间的演进不断增加档位，如今已有使用到9速。另一方面，CVT的历史则比AT短，1958年由荷兰的DAF首次使用，到了2000年开始广泛普及。

▲CVT藉由油压来改变两组以钢带连接的金属滑轮的沟槽宽度，当变宽时，钢带连接较小的齿轮上，而当滑轮宽度变窄时，则连接在较大的齿轮上。

齿轮的啮合v.s.钢带

自排变速箱没有离合器踏板，但仍需要将引擎与变速箱脱离或接合的离合器功能，使用的就是扭力转换器，倘若少了这项机构，任何型式的自排变速箱皆无法工作（除了少数存在的电磁离合器）。

扭力转换器的特性是引擎转速低时不传递动力，随着转速的提升才传递动力。无论AT或CVT，皆位于扭力转换器的后端，但从这里到传动轴之间的传递方式大异其趣。

AT以恒星齿轮为中心，外围环绕着行星齿轮所组成，行星齿轮的外圈再跟环形齿轮啮合，动力由输入轴传入，再传出至输出轴，以复杂的原理进行各个齿轮转动结合或脱开的控制。 CVT的传递路径就很简单，主滑轮将动力经由钢带传递至副滑轮，再由输出轴传出。

日本两项首创

AT-Toyota Masterline

CVT-Subaru Justy

30年代后期由美国车厂率先采用自排变速箱，到1950年代末的普及率已达80%，这时日本开始研发自排变速箱，在1959年搭载于Toyota Masterline，自排在起步或上坡使用的L档为手动，只有一个档位的D档才是自动控制，之后Toyota研发了2速全自动式，自此AT的使用率开始提升。

CVT虽然滥觞于1958年发表的荷兰DAF600，但使用钢带的CVT则到1987年才导入Subaru Justy，荷兰VanDoorne开发的CVT则是采用电磁离合器来控制动力的断续。

▲1959年，日本第一具自排变速箱Toyoguraido，只有2速，起步或爬坡时还要以手动打入L档。四年后，全自动2速AT搭载于Toyota Crown。

▲日本车首次搭载AT的Toyota商用车Masterline，从这款车开启了日本自排车的历史。

▲荷兰DAF于1958年率先全世界采用CVT。 29年后， Subaru Justy搭载了全世界首具使用金属传动带的CVT。

有段变速or无段变速

有段还是无段？这是两种差异的关键字。 AT根据档位数目而有不同的控制，巧妙控制离合器和煞车，搭配齿轮组合进行有段变速。例如1档，动力传至前恒星齿轮，经过短齿条和长齿条的传递，行星齿轮架会发挥煞车的作用；2档则在以上控制之外再添加固定反转恒星齿轮功能，转动速度就比1档更快；4档的动力输入则由行星齿轮架进行，经由环形齿轮输出，长齿条边自转边增加反转恒星齿轮的速度，就又比其他档位转得更快。到4档为止皆以一组行星齿轮架来运作，6档以上则搭配两个以上的行星齿轮组合，中型车大多采用6速，也有采用9速。然而，为了档位齿轮的搭配组合，多档化在切换时，引擎转速也会有明显的变化，这点会传递给驾驶者。

相较之下，CVT的滑轮宽度变化无分段，也就是变速没有档位段数的概念，仅是变速比的幅度由小到大，再由大到小的变化而已。滑轮的宽度控制以油压进行，可想而知，对向的滑轮一侧有油压活塞，油压增加时，滑轮间的宽度就变小，效果与大直径的齿轮相同，油压减少时，滑轮间的宽度就变大，效果就与小直径的齿轮相同。

使用钢带的CVT是以推力传输动力，引擎曲轴旋转的动力传递至主滑轮，再透过钢带连续带动副滑轮旋转。由于钢带会弯曲，所以环带的中间会插入格片。根据钢带长度不同，格片数目大约400个，将整条钢带铺的没有缝隙。

变速控制哪个最有效率？

AT与CVT的变速控制概念还满有趣的。 AT根据各档位不同的变速曲线，以车速、油门深度、引擎转速为基础，依照曲线进行变速控制，倘若驾驶者能够熟悉自排变速箱的变速曲线，就可以藉由调整油门深度来控制变速。 CVT则是维持引擎转速，控制电脑会依照车速和油门深度而将引擎转速协调在目标值，计算各种输入的数据，在各种行驶速域都保持理想的引擎转速。

例如加速时维持在能产生强大扭力的转速范围，上坡时维持在既有充沛扭力又能兼顾良好油耗效率的转速范围，巡航时则控制在克服行驶阻力下最低限度的转速范围。因此油门深度和引擎转速并不会成正比，无关驾驶者的意志，而是利用引擎最有效率的转速范围来行驶，一般行驶状况的违和感很小，但在急加速时则会出现梯形曲线的变动，这是CVT特有的控制力。尽管CVT的优点是活用引擎最有效率的转速范围，但也有驾驶者并不喜欢这种特色。在手排使用比例较高的欧洲，CVT的比例当然就低，即便是自排，也采用自手排的双离合器。

进化中的CVT

采用副变速机以扩大变速比的幅度

长久以来，使用钢带的CVT皆由两组滑轮和倒车切换齿轮所构成，2009年Jatco插入副变速机，开发新世代CVT，用于Suzuki和Nissan车系，有别于将倒车切换齿轮设置在主滑轮上端的既有布局，而是将兼任倒车齿轮的副变速机设置在副滑轮下端，这样变速比的幅度更宽广，起步时能以相当于更低的齿轮比获得强力的加速，高速时则使用比以往更高的齿轮比，提升油耗效率。另一个特点是滑轮直径变小了，这样就不会搅拌到油底壳里的变速箱油，也能提升效率，对油耗带来正面的影响。