為什麼變速箱的最高檔的齒比不設計的更低？
當前變速箱設計的最高檔齒比都略小於1，以我了解到的最小齒比，也就是120km/h時發動機2000rpm（CVT有能到1800rpm），但是大多數變速箱120km/h都處於2500-3000rpm左右，可是發動機此時處於較低負荷，BSFC值較大，燃油經濟性並不好。既然此時發動機動力足夠，那麼為什麼不進一步減小最高檔的齒比，就像下圖這種，以5擋為例，這樣高速巡航（80-120km/h）時發動機處於大負荷，BSFC最小，燃油經濟性最高。我對變速箱匹配不了解，推測是否是如下幾個原因，但是也不是不可解決：
1.2000轉以下發動機轉速低，如果長時間處於大負荷下，容易爆震、積碳？（據說還會造成水溫升高？但是高速下應該降溫很快的吧？）2.齒比過稀不利於駕駛性，尤其是市區堵車時。（這個可以適當增加擋數，我只是想說最高檔齒比，用了5擋舉例而已）3.最高檔時發動機基本上只能維持當前速度，想要超車時必須降檔。而且上坡時可能維持不住，會降低速度。（但是下坡的時候速度又加上來了啊。如果是長距離上坡，升檔即可解決）希望明白人能夠指點一二，謝謝！
===============================================================來 我那天提問的時候倉促了 沒有把情況說明 你們都說最高擋發動機都已經不行了的 看圖吧 這是偷油塔的8NR-FTS 1.2T 熱效率36.2% 最大功率 116PS/5200-5600rpm 峰值扭矩 185Nm/1500-4000rpm 馬上就搭載於auris 卡雷威馳志炫幾輛小車上 在圖上標出的就是最高檔功率與扭矩轉速的關係 最高190km/h的極速 120km我用黑色表示 100km/h紅色標出 就拿100km/h最常用的高速巡航速度來說明 此時2500-2600轉 扭矩不到50NM 扭矩儲備在185NM啊 就算6AT效率不高 按80%算也有148NM 足足有三倍！
那麼如果齒比再小 假設轉速降到1600轉 扭矩按公式算是80NM 那麼此時BSFC立刻降到了250-260的範圍 比起現在的280-300 我覺得是顯著降低了油耗啊 尤其是在高速上巡航 動不動就跑好幾百公里的距離另外擔心上坡、超車無力的 即使降到1600rpm 80NM 比起最高185NM 是不是足夠你加速上坡的了？更別提現在的變速箱動不動就給你降檔 連降兩檔的都很多吧？
個人認為，主要原因有2個（本文僅針對手動變速箱，據了解，目前多檔位自動變速箱多自帶overdrive）。
手動變速箱里，一旦超過6個前進檔，就勢必會讓選檔操作變得複雜。畢竟橫向移動就變成了4個選項甚至更多。在卡車裡，通常是用6*2的模式，也就是當想掛7檔的時候，提起把手再推回一檔。所以歸根結底，在選檔機構上，永遠只存在6個選項。
也不是說做7個前進檔就不行，也是有跑車做了7前+1後的檔位設計的，只不過對普通用戶來說，第一用不到，第二學習成本太高。
好了，既然只有6個檔位，如何排布齒比就是重點了。為了照顧日常駕駛，通常低轉齒比會做得比較密一些，方便始終保持在合適的檔位。而上高速之後，掛上最高檔一路巡航即可，沒有必要再針對轉速去優化齒比（畢竟兩頭不能兼顧）。於是乎，最高檔的齒比就確定在當發動機輸出最大功率的時刻剛好能克服在當前車速下的所有阻力。
既然最高檔確定了，之前的基本也就定了。
其次第二個原因，有關低扭不足與變速箱策略。
熟悉發動機負載的朋友們應該很清楚，在低速巡航時，比如80碼5檔，2000轉左右，此時發動機的負載其實很小。如果有一個稍高的齒比，例如80碼6檔，1500轉，問題就在於2000轉通常是發動機剛開始發力的區間，如果低於2000轉，發動機燃效反而也會下降。overdrive的真正奧義在於例如130巡航，3500轉。此時負載如果是百分之30，如果能有一個更高的overdrive，把轉速降到2500轉，負載上升到百分之80，那麼這絕對會是省油的。（此處僅為表述觀點，數據並不嚴謹）這種解決方法的問題在於，這個overdrive僅僅只能用來巡航，如果拿來加速，發動機負載上只有百分之二十能拿來加速，勢必要降檔。況且這個檔位由於功率和阻力不能匹配，跑到死都上不去疾速（詳見上文最高檔位齒比確定方法）。另外，在原有檔位基礎上，再增加幾個檔位，對於手動檔來說，幾乎是不可能的。所以也只有多檔位at能這麼玩了。依舊是那個問題，哪輛車會永遠在高速上以150巡航呢？那麼也就是說，這個overdrive的使用頻率其實並不一定高。相反，對製造成本和設計難度都是挑戰。一樣多了一個檔位，還不如把之前的齒比再搞密一些，提升日常駕駛體驗呢。
美國人的大排量v8喜歡overdrive。因為他們1000轉扭矩也足夠大了，根本不在意是不是能加速或者是不是會跑不動的問題。況且人家普遍都是4at這種變速箱，沒個overdrive油耗呼呼的。
另外如果有了overdrive，就需要長期深踩油門，對長途駕駛未必是件好事。自動變速箱也不知道你地板油是想急加速還是緩加速，因為光巡航就踩了80%了嘛。
總結，檔位永遠就那麼多個，除非cvt，不然肯定是有限個數。既然是有限個數，優先考慮低俗駕駛性還是優先考慮高速省油就存在取捨。既然高速巡航的時間並不多，並且就算沒有overdrive，燃油經濟性也不至於太差，不如就把最高齒比維持，之前做得更密吧。
最後附圖（圖片來源wiki），bsfc與轉速的關係。看得懂的自然能懂，算算2200轉左右最高檔的對應車速，再結合高速限速，你就明白了。 @blorm只為定性，不為定量。
典型的工程師思維，不考慮小白客戶。如果最後一檔跑120kph只要2000rpm，那麼由於最低轉速限制要90kph才能上到最後一檔（假設最低轉速1500rpm）。客戶會抱怨，怎麼要這麼高速度才上最後一檔？？不要說客戶小白不看轉速，客戶就是這樣的。理性的一面看，120kph維持這麼低的轉速，意味著整個高速段都要維持1500-2000低轉速，的除非排量夠大，否則嚴重影響動態響應加速能力。還有一個原因，極速。極速一般是次高檔能達到的，設計齒比時要先定好這檔，達到看起來不錯的極速。然後最後一檔要根據次高檔再定，不能離太遠。所以最高檔是被次高牽制的。當然，現在8910at上面，這些限值漸漸被檔位多稀釋了。
我開過雪佛蘭全尺寸轎車 Impala，V6 引擎，120 千米時速巡航 2000 左右轉；我的 06 款馬六，V6 引擎 6 速自動，同等速度巡航 2500 轉左右；最後我的 MX-5，2.0 直四 6 速手動，同等速度巡航 3200 轉……這個齒比有毒……其實上 ND 的齒比如此之密，以至於正常起步基本一秒鐘換一次擋，並且可以一直延續下去樂此不疲……然而高速油耗仍然低於 35 mpg，也就是百公里不到 7 升油。
車輕你來打我呀 
從變速器本身答一下，變速器各擋速比之間是有一定關係的，以6速手動變速器為例，一般來講最高車速都會出現在5擋，那麼5擋的速比就確定了（只有速比在一定範圍內才能使5擋的最高車速達到設計要求），1擋要滿足車輛爬坡的需求，那1擋的速比也就確定了（只有速比在一定範圍內才能使1擋的最大怕爬坡度達到設計要求），這樣根據速比階（當前擋位速比除以高一擋位速比），各擋的速比也就基本定了，不會差的特別多，否則對動力性以及換擋性能都會有影響，另外也不一定速比越小油耗越低滴。
想想天國的自由光掛不上的9擋。
對於變速箱最高擋巡航對應的發動機轉速，根本的限制條件是變速箱的傳動比範圍。小型車為了照顧最低擋的起步性能和爬坡性能（這是動力系統設計中的硬指標），1擋傳動比不能過小。而各擋位的齒比不能太疏。這是因為如果齒比擋位落差過大，換擋品質不佳，動力銜接不好，駕駛性變差。典型如各類SUV，1/2擋齒比0.5x，1/2擋動力銜接極差，尤其堵車，1擋太沖，2擋太肉。更高檔位就更不用指望用疏齒比了。所以5/6速手動變速箱的速比範圍有限。1擋改不了，傳動比範圍有限，最高擋的傳動比也被限制住了。這就好比大高個蓋一條小毛毯，蓋得住肩膀，腳就不得不露出來了。解決方法？只有多擋位這一條路了。例如各種8/9/10AT。MT的話，像911和corvette，搞一個7MT出來，做出一個超超速擋，加寬傳動比範圍咯。最後，手動擋把最高擋巡航轉速壓下去，意味著傳動比極小，駕駛性會變得非常差呀，分分鐘提速超車都要手動降個擋甚至降2、3個擋，體驗不會很好。
你沒有注意到的是，發動機的外特性圖都是節氣門全開時的狀態，俗稱就是地板油，就算你2000轉能輸出40kW，120km巡航只需要25kW就能維持，你含著油門還能維持那麼大的功率輸出么，你考慮到了正常行駛的道路坡度差么，上坡後你就不需要踩更深的油門來維持出力么，我知道你可以靠標定電子油門來實現輕踩油門也有大開度，但CVT之所以可以維持低轉速除了燒更多的油這種辦法，他還可以在你沒注意到的情況通過改變終傳比的大小來維持足夠的輪上扭矩，但是固定各檔齒比的變速箱只能通過燒更多的油來維持出力，對油耗並不利，如果廠商他可以設計得更低，他當然樂意，對NVH本身幫助也很大，但是綜合考慮下來，他們依舊是給小排量低功率的車型選擇了更高的轉速。
汽車最高速度其實是最高檔驅動力與阻力曲線的相交處。（圖中就是175km/h）並非單純按照最高轉速計算，因為需要考慮載荷。
當最高檔速比更低時，扭矩也相應降低，隨著車速增加，空氣阻力的快速提升，最高車速不一定顯著提升。而且同一車速下，爬坡能力也會下降。樓主提出新疑問涉及最高檔速比選擇，先介紹最小速比選擇原則。特意查了下書。最高檔選擇要滿足在高速行駛時，超過80％行駛時間的速度。兼顧考慮加速餘量和油耗。Pkw:
Die Wahl der kleinsten U?bersetzung kann nach unterschiedlichen Gesichtspunkten
erfolgen. Zu bedenken ist der hohe Laufzeitanteil des ho?chsten Gangs. Er kann bei
Pkw u?ber 80 % betragen.
風阻不一樣啊！車越快阻力越大，太低的齒比反而不好，車會沒力
回答沒有一個答在點上的。樓主的意思是最高檔位時發動機當前轉速下的出力還是大於當前負載的。我也一直有這樣的疑問，因為現在小排量增壓車2000rpm左右扭矩都不小。
我提供個關鍵詞，「超齒」，有民間大神，自己加工製作齒輪，替換原廠變速箱里五檔的齒輪，比如某國產麵包車，五檔跑120時速時，轉速為3500,更換一個齒輪後轉速降為2500，印象中的數字。這些改裝討論挺多的，有興趣自己去搜一下。
觀點一般分為兩種，有的說高速跑的多，比較省油。也有說改裝麻煩，有質量和質保的風險，不一定省油。
我的車跑120,六擋，2700轉，噪音也是挺大的，可是反過來說，跑時速80-100的時候，用六擋，轉速2000出頭，是最省油的配合。這就要看時速120用的多還是80到100這個速度段，哪種用的多了
高檔位一般意味著高車速，這種情況下風阻會很大。如果繼續降低速比，此時對應發動機轉速下降，那麼發動機扭矩基本也會降低。乘以變小的速比，同車速下車子驅動力會小很多。大排量發動機可能還能保證加速性，現在的小排量渦輪增壓就別去指望了，動力都不足以抵消行駛阻力，可以說沒有必要。
可能廠家考慮到如果最高檔位提供的動力僅僅剛好夠維持時速120，那麼隨時需要再提速的時候就沒有儲備了，必須降檔。但是不同國家的最高限速又是不同的
有個功率儲備問題，因為發動機不可能任何時候都處在最大扭矩區間運行，比如說120km/h時需要加速怎麼辦?
樓主的關於50NM的問題，我有不同看法。我先做一些假設：最高擋位的速比是0.8，終傳比是4，這兩個數值接近實際狀況，忽略傳動效率。那麼，輪胎克服行駛的阻力是：50x0.8x4=160nm。那麼，這個160nm這個值能不能使一輛1噸左右的轎車勻速行駛於100KM/S呢？先看一下一輛1.3噸的車的實際情況。1.6L, 155NM@3800rpm, 最高擋速比0.69，終傳比4. 我的這輛車，120KM/S的發動機轉速是2600~2800轉，100km/s的轉速是2150RPM左右. 很明顯的，120時速時，扭矩有些不足了，尤其是上坡時，這時，需要提高轉速增大扭矩了，這就是為什麼120KM時速時發動機轉速要大於2150x120%。（我只有這一個樣本，可能不夠正確）假設120時速的扭矩是130NM，那麼130x0.69x4=359nm。在120時速時，輪胎需要359nm的扭矩，跟你的160nm@100km/s來說，你160nm就顯得遠遠不足了。為什麼呢？我想，你給的圖中，在X軸2500rpm上，Y的值，並非固定，可能是50nm，也可能是100nm! 發動機處於什麼樣的負荷，並不清楚，而你設定的發動機負荷是很低的。
觀察自己的q3，大約60-70公里每小時，就上最高7檔了。
我是讀發動機專業的，我也覺得不合理，你後來發的是發動機萬有特性曲線圖，一般發動機實際輸出扭矩在中高位置油耗率是最低的，但手動擋很多都存在這個問題，我家的經典福克斯1.8mt5擋時70碼轉速就2000了，高速得上3000，1.6老寶來的六速手自一體轉速低多了，扭矩絕對是夠的，雖然福克斯是高轉速發動機，但這樣一來經濟性肯定受影響
先問是不是，再問為什麼。auris 1.2T這張圖有問題。引擎轉速沒有這麼高。
來 我那天提問的時候倉促了 沒有把情況說明 你們都說最高擋發動機都已經不行了的 看圖吧
這是偷油塔的8NR-FTS 1.2T 熱效率36.2% 最大功率 116PS/5200-5600rpm 峰值扭矩 185Nm/1500-4000rpm 馬上就搭載於auris 卡雷威馳志炫幾輛小車上 在圖上標出的就是最高檔功率與扭矩轉速的關係 最高190km/h的極速 120km我用黑色表示 100km/h紅色標出 就拿100km/h最常用的高速巡航速度來說明 此時2500-2600轉 扭矩不到50NM 扭矩儲備在185NM啊 就算6AT效率不高 按80%算也有148NM 足足有三倍！
那麼如果齒比再小 假設轉速降到1600轉 扭矩按公式算是80NM 那麼此時BSFC立刻降到了250-260的範圍 比起現在的280-300 我覺得是顯著降低了油耗啊 尤其是在高速上巡航 動不動就跑好幾百公里的距離 另外擔心上坡、超車無力的 即使降到1600rpm 80NM 比起最高185NM 是不是足夠你加速上坡的了？更別提現在的變速箱動不動就給你降檔 連降兩檔的都很多吧？我認為有一個效率的問題 每個發動機配合的車重都有一個最佳的效率。能量守恆，其實同樣的速度，不同的檔位，做的功是一樣的。不同就在於能量損耗吧 說不清楚，不知題主懂了沒
光想著省油，但是發動機低轉速時沒那麼大扭矩，導致過一會不是把發動機憋停就是不得不降檔，無法穩定在最高檔駕駛，這樣真的好嗎
最高檔不意味著最高速，通常是怠速巡航檔，超車或激進行駛時最高檔-1更好用
所以現在手動出了6檔，這個感覺像是專門的高速檔
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