一档0～10，二档10～30，三档20～40，四档20～50，只有五档是30～180+，范围特别大。从设计上来讲，这是什么原理？从历史上来讲，为什么要这样设计？
答案总结
徐舟，汽车话题最佳回答者
首先，问题中的描述并不完全正确，不同档位所能"覆盖"的速度范围差别并没有那么大。
/mba0IV6
这是一张欧宝Corsa 1.4i 的行驶状态图，5条彩色曲线分别代表了5个档位。可以看到，速度范围是随着档数增高逐渐变大的，并不是五档覆盖特别宽，四档覆盖范围一样很宽并且和五档很接近。
其中的原因是因为变速箱设计中各个档位的传动比是依次递减的，并且递减的程度本身也是递减的。变速箱某一档的传动比可以定义为变速箱输出轴的转速除以输入轴的转速（也即发动机的输出转速）。以图为例，5个档位传动比分别为：
一档：3.545
二档：1.956
三档：1.303
四档：0.892
五档：0.707
假如一档的传动比是3.5，就相当于一档将发动机的转速除以3.5，再输出给驱动轴。如果这台发动机的转速范围是1000-6000转/分，经过一档的“翻译”之后，变速箱输出的转速范围就是286-1714转/分。同样的发动机同样的变速箱，五档传动比假如是0.7，这时候变速箱的输出转速范围就变成1429-8571转/分。可以看到因为传动比的“缩小”和“放大”作用，五档的转速范围比一档大很多，而汽车行驶速度是和变速箱输出转速成正比的。
这种设计的动机是为了通过变速箱来弥补发动机自身特性在实际应用中的不足。汽车在从静止起步，或者爬坡，或者拉比较重的负载的时候，需要更多的“力”，也即更大的轮上扭矩。而在平坦高速公路上行驶的时候，又需要更快的速度，也即更高的轮转速。而在功率相对固定的情况下，这二者是成反比的，所以才需要变速箱具有不同的档位来适应。
所以一档用大传动比来降低转速提高扭矩，实现最大爬坡能力，五档用小传动比在牺牲扭矩的情况下尽量提高速度。
同时各档传动比的设计还需满足以下要求：
相邻两档所覆盖的速度范围必须有重叠，这样在爬坡中才不会因为换档时动力短暂中断而不能升档。（简化解释：假如二档覆盖20-40km/h而三档刚好覆盖40-70km/h，上坡时车速到40，断开离合准备升档，但是因为上坡和短暂的动力中断，车速略微下降到40以下，小于三档的覆盖范围——升档无法实现。）
越到高档传动比越接近，也即覆盖速度范围的重叠越多，这样在高速行驶时才可以通过降档来获得更大扭矩并且加速。（简化解释：高速上车速120km/h时想快速超车，需要更大扭矩来加速，所以降到四档。但是假如四档覆盖速度范围和五档差很多，比如上限只到80km/h，则这一过程无法实现。）
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这个问题牵扯到挺多内容，详细回答的话篇幅会很长。希望我写的你能看懂。唉，觉得自己的中文表达越来越弱啊……-_-
/mba0IV6
这是一张欧宝Corsa 1.4i 的行驶状态图，5条彩色曲线分别代表了5个档位。可以看到，速度范围是随着档数增高逐渐变大的，并不是五档覆盖特别宽，四档覆盖范围一样很宽并且和五档很接近。
其中的原因是因为变速箱设计中各个档位的传动比是依次递减的，并且递减的程度本身也是递减的。变速箱某一档的传动比可以定义为变速箱输出轴的转速除以输入轴的转速（也即发动机的输出转速）。以图为例，5个档位传动比分别为：
一档：3.545
二档：1.956
三档：1.303
四档：0.892
五档：0.707
假如一档的传动比是3.5，就相当于一档将发动机的转速除以3.5，再输出给驱动轴。如果这台发动机的转速范围是1000-6000转/分，经过一档的“翻译”之后，变速箱输出的转速范围就是286-1714转/分。同样的发动机同样的变速箱，五档传动比假如是0.7，这时候变速箱的输出转速范围就变成1429-8571转/分。可以看到因为传动比的“缩小”和“放大”作用，五档的转速范围比一档大很多，而汽车行驶速度是和变速箱输出转速成正比的。
这种设计的动机是为了通过变速箱来弥补发动机自身特性在实际应用中的不足。汽车在从静止起步，或者爬坡，或者拉比较重的负载的时候，需要更多的“力”，也即更大的轮上扭矩。而在平坦高速公路上行驶的时候，又需要更快的速度，也即更高的轮转速。而在功率相对固定的情况下，这二者是成反比的，所以才需要变速箱具有不同的档位来适应。
所以一档用大传动比来降低转速提高扭矩，实现最大爬坡能力，五档用小传动比在牺牲扭矩的情况下尽量提高速度。
同时各档传动比的设计还需满足以下要求：
相邻两档所覆盖的速度范围必须有重叠，这样在爬坡中才不会因为换档时动力短暂中断而不能升档。（简化解释：假如二档覆盖20-40km/h而三档刚好覆盖40-70km/h，上坡时车速到40，断开离合准备升档，但是因为上坡和短暂的动力中断，车速略微下降到40以下，小于三档的覆盖范围——升档无法实现。）
越到高档传动比越接近，也即覆盖速度范围的重叠越多，这样在高速行驶时才可以通过降档来获得更大扭矩并且加速。（简化解释：高速上车速120km/h时想快速超车，需要更大扭矩来加速，所以降到四档。但是假如四档覆盖速度范围和五档差很多，比如上限只到80km/h，则这一过程无法实现。）
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这个问题牵扯到挺多内容，详细回答的话篇幅会很长。希望我写的你能看懂。唉，觉得自己的中文表达越来越弱啊……-_-
