Az autók váltójának kialakításakor fizikai korlátja volt egy egyszerűbb rendszer megalkotásának, vagy miért esett erre a választás?

Fizikai korlátai vannak ennek. Meg lehet oldani ha olyan a motor és hajtás elrendezése, lásd a motorkerékpárokat. Ott például úgy van ahogy leírtad.

A versenyautókban szerintem nem mechanikusan váltanak sebességet, hanem elektronikusan.

"ezt a négyzetrácsos szerkezetet muszáj volt beleépíteni, vagy csak így jött ki, így maradt?"

A dolog ott dőlt el, hogy az egyszerű mechanikus sebességváltóban egy hajtó és egy hajtott tengely van, párhuzamosan. Ezeken ülnek a fogaskerekek. Minden fokozatnak megvan a hajtó és hajtott fogaskereke. Ezeket valahogy össze kell kapcsolni. A mai váltókban nem a fogaskerekek mozognak a tengelyeken, hanem fix helyük van, mindig együtt pörögnek. De az egyik szabadon forog a tengelyen. A fokozat akkor kapcsolódik be, ha a szinkrongyűrű becsúszik a fogaskerék és a tengely közé és összerögzíti azt.

És eljutottunk oda, hogy 5-6 valamit kell csúsztatni egy tengelyen. Ez úgy oldható meg, hogy egy villaszerű valamivel két szinkrongyűrűt kezelünk. Benyomjuk az egyiket vagy a másikat vagy középállásban egyiket sem. Ez történik, amikor a sebváltó kart előre-hátra mozgatjuk. De ez csak két szinkrongyűrűt tud kezelni. Ezért 3 független villánk van, amik közül a jobbra-balra mozgatással választunk.

Ez egy egyszerű mechanika, ami akárhány fokozatot tud kezelni. A gyártók a technológiailag stabilizálódott személyautóknál így kezdtek és a kéziváltóknál nem tértek le erről az útról egy bonyolultabb megoldás felé. Az emberek meg megtanulták és elfogadták, hogy ez van.