AT v.s CVT有段變速對決無段變速

提到自動變速箱，以往指的是使用行星齒輪的檔位式，但最近的小型車有愈來愈多使用CVT的趨勢。有段式與無段式，各自的優缺點是？
原來二戰期間就有自排變速箱？

內燃機備有許多優點，但唯一的缺點就是能發出完整扭力的轉速區域有限，為了有效活用能發出扭力的轉速區域，就必須搭配變速箱。

世界首部汽油引擎車Daimler和Benz都備有類似減速機構的變速系統，將引擎轉速減低以傳到車輪。現代化的變速箱則開發於1898年，由法國的Luis Renault將變速箱、傳動軸、差速器整合為動力傳輸系統。

繼Renault開啟手排變速箱的時代後，1939年Chrysler採用以扭力轉換器替代離合器的自排變速箱。翌年，GM的Cadillac則使用扭力轉換器搭配行星齒輪的型式，這種方式就是現代檔位式AT的原型，之後又導入電子控制，隨著時間的演進不斷增加檔位，如今已有使用到9速。另一方面，CVT的歷史則比AT短，1958年由荷蘭的DAF首次使用，到了2000年開始廣泛普及。

▲CVT藉由油壓來改變兩組以鋼帶連接的金屬滑輪的溝槽寬度，當變寬時，鋼帶連接較小的齒輪上，而當滑輪寬度變窄時，則連接在較大的齒輪上。

齒輪的嚙合v.s.鋼帶

自排變速箱沒有離合器踏板，但仍需要將引擎與變速箱脫離或接合的離合器功能，使用的就是扭力轉換器，倘若少了這項機構，任何型式的自排變速箱皆無法工作（除了少數存在的電磁離合器）。

扭力轉換器的特性是引擎轉速低時不傳遞動力，隨著轉速的提昇才傳遞動力。無論AT或CVT，皆位於扭力轉換器的後端，但從這裡到傳動軸之間的傳遞方式大異其趣。

AT以恆星齒輪為中心，外圍環繞著行星齒輪所組成，行星齒輪的外圈再跟環形齒輪嚙合，動力由輸入軸傳入，再傳出至輸出軸，以複雜的原理進行各個齒輪轉動結合或脫開的控制。CVT的傳遞路徑就很簡單，主滑輪將動力經由鋼帶傳遞至副滑輪，再由輸出軸傳出。

日本兩項首創

AT-Toyota Masterline

CVT-Subaru Justy

30年代後期由美國車廠率先採用自排變速箱，到1950年代末的普及率已達80%，這時日本開始研發自排變速箱，在1959年搭載於Toyota Masterline，自排在起步或上坡使用的L檔為手動，只有一個檔位的D檔才是自動控制，之後Toyota研發了2速全自動式，自此AT的使用率開始提昇。

CVT雖然濫觴於1958年發表的荷蘭DAF600，但使用鋼帶的CVT則到1987年才導入Subaru Justy，荷蘭VanDoorne開發的CVT則是採用電磁離合器來控制動力的斷續。

▲1959年，日本第一具自排變速箱Toyoguraido，只有2速，起步或爬坡時還要以手動打入L檔。四年後，全自動2速AT搭載於Toyota Crown。

▲日本車首次搭載AT的Toyota商用車Masterline，從這款車開啟了日本自排車的歷史。

▲荷蘭DAF於1958年率先全世界採用CVT。29年後， Subaru Justy搭載了全世界首具使用金屬傳動帶的CVT。

有段變速or無段變速

有段還是無段？這是兩種差異的關鍵字。AT根據檔位數目而有不同的控制，巧妙控制離合器和煞車，搭配齒輪組合進行有段變速。例如1檔，動力傳至前恆星齒輪，經過短齒條和長齒條的傳遞，行星齒輪架會發揮煞車的作用；2檔則在以上控制之外再添加固定反轉恆星齒輪功能，轉動速度就比1檔更快；4檔的動力輸入則由行星齒輪架進行，經由環形齒輪輸出，長齒條邊自轉邊增加反轉恆星齒輪的速度，就又比其他檔位轉得更快。到4檔為止皆以一組行星齒輪架來運作，6檔以上則搭配兩個以上的行星齒輪組合，中型車大多採用6速，也有採用9速。然而，為了檔位齒輪的搭配組合，多檔化在切換時，引擎轉速也會有明顯的變化，這點會傳遞給駕駛者。

相較之下，CVT的滑輪寬度變化無分段，也就是變速沒有檔位段數的概念，僅是變速比的幅度由小到大，再由大到小的變化而已。滑輪的寬度控制以油壓進行，可想而知，對向的滑輪一側有油壓活塞，油壓增加時，滑輪間的寬度就變小，效果與大直徑的齒輪相同，油壓減少時，滑輪間的寬度就變大，效果就與小直徑的齒輪相同。

使用鋼帶的CVT是以推力傳輸動力，引擎曲軸旋轉的動力傳遞至主滑輪，再透過鋼帶連續帶動副滑輪旋轉。由於鋼帶會彎曲，所以環帶的中間會插入格片。根據鋼帶長度不同，格片數目大約400個，將整條鋼帶舖的沒有縫隙。

變速控制哪個最有效率？

AT與CVT的變速控制概念還滿有趣的。AT根據各檔位不同的變速曲線，以車速、油門深度、引擎轉速為基礎，依照曲線進行變速控制，倘若駕駛者能夠熟悉自排變速箱的變速曲線，就可以藉由調整油門深度來控制變速。CVT則是維持引擎轉速，控制電腦會依照車速和油門深度而將引擎轉速協調在目標值，計算各種輸入的數據，在各種行駛速域都保持理想的引擎轉速。

例如加速時維持在能產生強大扭力的轉速範圍，上坡時維持在既有充沛扭力又能兼顧良好油耗效率的轉速範圍，巡航時則控制在克服行駛阻力下最低限度的轉速範圍。因此油門深度和引擎轉速並不會成正比，無關駕駛者的意志，而是利用引擎最有效率的轉速範圍來行駛，一般行駛狀況的違和感很小，但在急加速時則會出現梯形曲線的變動，這是CVT特有的控制力。儘管CVT的優點是活用引擎最有效率的轉速範圍，但也有駕駛者並不喜歡這種特色。在手排使用比例較高的歐洲，CVT的比例當然就低，即便是自排，也採用自手排的雙離合器。

進化中的CVT

採用副變速機以擴大變速比的幅度

長久以來，使用鋼帶的CVT皆由兩組滑輪和倒車切換齒輪所構成，2009年Jatco插入副變速機，開發新世代CVT，用於Suzuki和Nissan車系，有別於將倒車切換齒輪設置在主滑輪上端的既有布局，而是將兼任倒車齒輪的副變速機設置在副滑輪下端，這樣變速比的幅度更寬廣，起步時能以相當於更低的齒輪比獲得強力的加速，高速時則使用比以往更高的齒輪比，提昇油耗效率。另一個特點是滑輪直徑變小了，這樣就不會攪拌到油底殼裡的變速箱油，也能提昇效率，對油耗帶來正面的影響。