说说我的理解吧，有错误请大家指正。
———2014/7/16 update——————
这么早期的回答都被挖出来推荐，搞得我好紧张啊，特地看了一边数字，还发现一些数字错误。
这样搞突击感觉不大好啊。
20140716 更新完毕
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————————————————–2013/11/28更新 ————————————————————
感谢@imi huang的指正：
修正以下错误：
原为：
一般汽车1.5t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，而推动一辆车所需的最少扭矩为1500kg/9.8/0.41≈373N.m。
修正后为：
一般汽车1.5t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。
2013/11/28更新完毕
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一觉醒来觉得答得还有点遗漏
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，呵呵，那您应该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，也就要变扭变速
首先了解以下概念
1. 扭矩与功率的关系： P为功率 T为扭矩 N为转速
2．杠杆原理： 传动比
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，好吧，没错你猜对了，这个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
一般汽车1.5t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。请记住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 ，
没错，你没看错，竟然这么简单就到了155km/h，那6000转的转速呢,155*6=930km/h！？不就成坑爹了吗？也就是说其实我们的车轮没有必要那么高的转速。
接下来变速器闪亮登场啦！
通过杠杆原理的式子可知，扭矩T1固定了，要想获得更大的扭矩T2来驱动汽车，那就必须获得一个大的传动比。也就是将发动机输出的转速降下来，扭矩升上去。
我们拿一挡的减速比来举例子，一般汽车在3左右，主减速比为4，然后我们简单粗暴地再算一下，输出到车轮端的扭矩增加了12倍，到了210*12=2520N.m。
远大于603Nm，车子竟然能轻松推动了有木有！车轮的转速也降低了12倍，车速速度也没有那么吓人了，这下舒服多了有木有？！
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下面讲为什么需要不同挡位。
这是因为汽车在不同的工况下需求的扭矩和转速是不一样的。
例如刚起步的时候，发动机转速比较低，由1式我们可以知道，对应的扭矩也很低。而起步时我们需求的是大扭矩，低车速，这时相应地速比可以做得比较大，以获得更大的扭矩。
而在我们高速行驶时，我们则期望的是相对小的扭矩和比较高的车速，这样我们就需求一个比较大的速比。由此我们需要设计多个速比来满足这不同的扭矩和速度的需求。
当然还有另外一个比较重要的原因—通过改变挡位来获得更低油耗。比如我们开到120km/h，那么我可以采取4挡使发动机高转速运转能达到或者5挡使发动机在一个较低的转速能达到。
而从上面那个发动机的特性图我们可以看到，在2000转到3000转这个转速范围，油耗是比较低的，那么我肯定会选择让发动机转速落在这个区间的挡位，这样才比较省油，而我发现5挡发动机更倾向于落在这个区间，那我有5挡的话肯定挂5挡。
— 完 —
本文作者：无往
【知乎日报】
你都看到这啦，快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)
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