—— 圖片來自綠洲·AE86 ——
本書是看過最淺顯易懂的汽車書了,從汽車發展的歷史,講到發動機、變速箱等重要組件,從汽車行駛到安全,最后介紹了汽車的設計與制造流程,整體對汽車的認識更近了一步。
1 汽車的發展
馬車時代:
最初的車輛源自於馬車,由馬牽引兩輪的車輛行駛,因此當時的車夫和馬匹是最重要的交通組成。
蒸汽機時代:
18世紀西方進入蒸汽機的時代,英格蘭人利用煤炭將水燒開,燒開的熱水提供向上的動力,從而推動車輪運轉,這就是蒸汽發動機。由於車輛需要隨時准備大量的水和煤炭,因此僅適合火車這種龐大、運行路線單一的場景。隨后也出現了各種不同的燃料代替蒸汽機,比如天然氣、電池等,但是以當時的科技水平都沒有發展起來。
內燃機時代:
由於蒸汽機動力轉化很低,后來德國人尼古拉斯·奧托發明了內燃機,通過驅動軸實現進氣、壓縮、做功、排氣——奧托循環,通過引入空氣進行壓縮,與汽油混合燃燒,熱量轉換為動力提供動能。
從馬車到汽車,其實也經歷過很長時間的爭論,比如汽車的不安全性、馬匹和車夫的失業、道路交通事故等等,仿佛現在的新能源與無人駕駛,所以相信無人駕駛也會終將成為新一代的駕駛主力。
2 發動機
汽車最核心的組件就是發動機,它提供了車輛行駛的動力來源。目前除了新能源汽車外,其他的摩托車、汽車、卡車等等都是用發動機來提供動力。
發動機在前面提到過,通過進壓爆排提供動力,那么爆炸燃燒就需要燃料,有的使用柴油有的使用汽油,其實汽油和柴油都是從石油提煉而出,只是他們的提煉等級不同。柴油能提供更強的動力但是反應速度不快,大部分被用在拖拉機和貨車上。汽油速度快但動力不強,一般用在家用轎車上。
說回發動機,有了燃料還需要有空氣才能燃燒。通過經驗計算,空氣與燃油的比例為14.7:1可以達到最好的燃燒效果,這個比值也叫做空燃比。當我們踩油門的時候,其實控制的是進入空氣的量,車輛本身的控制系統會根據比例決定噴射多少燃油,從而達到調節動力的作用,因此老司機說輕踩油門省油,不是沒有道理的。
發動機上進行進壓爆排的容器是氣缸,通過增加氣缸的數量可以達到更高的性能。比如摩托車上一般搭載的V型2缸機:
有的汽車上會搭載直列3缸機,這種發動機排量小耗油少,但是抖動比較嚴重,俗稱“三缸機”,類似的還有4缸(最常見)、5缸(高檔車)、6缸(寶馬有)。
除了豎着排列氣缸,還可對面排列,這種不太常見。V型排列是比較常見的方法,這樣可以減小發動機的體積,聲音也非常好聽。一般聽到的V8發動機,就是采用V型排列的8氣缸發動機。還有W型排列的方式,支持的氣缸數更多。比如低調的輝騰就采用V6發動機:
目前隨着新能源的發展,出現了純電的新能源汽車與油電混動的雙擎。不過目前由於電池續航能力低、充電效率差、偏遠地區缺少充電環境等因素,純電車輛普及還需要一段時間。
3 變速箱
汽車有時候不能只按照固定的速度行駛,需要切換汽車的速度,單純依賴剎車片控制又浪費性能。因此汽車類似變速自行車在發動機到車輪之間,使用不同的齒輪控制速度。可以想象同樣的轉速,齒輪越大,轉動車輪的距離就會越長,行駛距離也就越長,在相同時間的轉速下速度就越快。發動機傳動桿與齒輪之間的來回的切換,就涉及到離合器的作用。
手動控制變速箱就是手動控制離合和檔位,一般會用左腳踩離合,右手控制檔位變化;汽車自動根據速度變更檔位和離合,就是自動擋。目前除了追求駕駛體驗(跑車)或者降低汽車成本(出租),基本都會考慮自動擋。自動變速箱目前有很多種,比如大眾的干式和濕式雙離合變速箱,日系的CVT無級變速箱。
除了發動機和變速箱外,要保證汽車順利轉彎,就需要差速器,保證兩個車輪的速度可以不同,從而保證內側和外側的順利轉彎;發動機為車輪提供動力的方式不同,分為四輪驅動還是二輪驅動,發動機作用在前輪還是后輪,又分為前驅還是后驅;汽車為了保證乘坐體驗,在路過坑窪處需要有一定的緩沖,就涉及到懸掛系統,比如多連桿和麥弗遜。
隨着科技的進步,目前一般的車輛還會標配自動駐車(在上坡汽車時不會溜車)、發動機啟停(停車時自動熄滅發動機省油)、車道線保持(在車道線比較明顯的時候自動發現車道偏離並進行修正)、定速巡航(使得車輛保持固定速度前進,手動轉向或踩油門剎車時自動結束)、前車雷達跟車預警(基於雷達自動檢測與前車的距離進行剎車防止碰撞)、倒車影像(有的提供的360度的倒車影像視野更大)。
4 車架
車架是保障車輛安全的最關鍵因素,與發動機、變速箱組成了汽車的三大件。
一般我們關注車輛安全,都會着重測試車身A柱(就是前擋風玻璃和前車門之間的柱子)、車門等的防撞性 以及 安全氣囊的彈出。
5 速度
汽車的速度也是很關鍵的一個指標,一般我們提到的速度分為轉速和行駛速度,轉速是發動機旋轉的速度,以1000轉每分來表示;行駛速度則是通過車輪上輪速傳感器計算得出,單位是千米/時。
一般我們看速度的時候,需要關注啟動速度,即百米耗時(這個性能會影響到日常超車,尤其是在國內的省道或者國道,需要借道超車時更為關鍵);還需要關注車速在120左右汽車的穩定性(因為跑高速限速是120)。關於最高速度一般跑車或者賽車才會去關注,咱老百姓日常市內也就是六七十。
影響速度的一個關鍵因素就是風阻,因此優美的汽車走線,很可能會與行駛速度有關,從而涉及到油耗的多少。比如越有棱角、越高大的車身風阻就越大,行駛起來的油耗就越高。因此很多車型都是越設計越低,為的就是追求低油耗。
6 摩擦與驅動
摩擦在車輛中是很重要的一環,有的地方希望增加摩擦,比如剎車;有的地方希望減少摩擦,比如汽車的機油。平時與駕駛關系密切的就是輪胎的摩擦力,比如在東北冬天回老家時,就需要換上雪地胎,不然平時的四季胎統一打滑。
另外不同場景下需要駕駛員用豐富的經驗配合剎車來躲避危險,隨着科技的發展很多地方都有自動化的系統輔助。
先來說說這個TCS,汽車在啟動時如果加速過大、地面光滑,可能會導致車輪空轉冒煙(很多賽車比賽開場時的場景),日常中為了避免這個問題,一般會采用TCS技術,當車輛檢測到車輪啟動與地面打滑時,會自動降低速度,保證車輪正常與地面起步前進,再慢慢提速。
ESP是一種牽引力控制系統,主要是為了避免在快速轉彎時,車尾由於慣性造成的甩尾。
ABS即剎車防抱死系統,是目前車輛比較常見的配置。比如遇到障礙物或者急轉彎時,由於駕駛員猛踩剎車或轉向,導致車輪停止轉動,車輛滑行造成危險。
EBD是電子制動力分配,一般與ABS搭配,會針對每個車輪與地面附着力的狀況,將剎車力量適當的分配到不同車輪上。
7 車輛制造
車輛在制造的過程中,首先會進行市場調研,確定汽車座椅數量尺寸,消費人群的定位。然后通過設計圖紙,確定車輛的外觀。設計效果圖和三維立體圖進行詳細構思。
接下來需要進行車輛的模型制作,比如先使用金屬制作車輛的骨架,然后再上面添加油膩,做成模型,測試風阻和穩定性。接下來設計內飾,進行整車的匹配。
做完基礎的設計后,需要開發樣車,並進行碰撞、實際道路的測試。在這個過程中會着重進行風洞測試(測試汽車的風阻走線)、觸覺、人體工學、高低溫測試、自動空調測試、座椅的可靠性、舒適性、耐用性測試、汽車的各種噪聲測試,如高速下的風噪和日常胎噪。
測試完畢后對車身組件進行沖壓制作、焊裝(車架的拼接)、塗裝(除銹、噴漆)、總裝(座椅、電子設備安裝)、檢驗(測試駕駛和各組件)。
8 參考
1 汽車TCS、ABS、EBD、ESP 是什么?
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1640846321749267762&wfr=spider&for=pc
2 《大畫汽車:圖解汽車奧秘》