汽车工业简史(2014-9-3).

配套教材信息教材名称：汽车工程概论教材主编：凌永成教材定价：38RMB出版社：清华大学出版社出版时间/版次：2010年2月第1版国际标准书号（ISBN）：978-7-302-21778-7教材所属系列：普通高等院校汽车工程类规划教材第1章汽车工业简史1.1汽车——改变世界的机器1.汽车——世界工业经济发展的龙头2.汽车——科学技术的舞台3.汽车——代表着现代文明的辉煌4.汽车——优化交通结构的主力军5.汽车——也是一把双刃剑1.2汽车的产生与发展1.2.1愿望与设想时期1.我国的古代车辆图1-1三国时期马钧发明的指南车（复制品）a）示意图b）复制品图1-2公元3世纪中国发明的记里鼓车2.自走式车辆的幻想与探索图1-31420年制造滑轮车图1-41649年德国钟表匠制造的发条车1.2.2汽车早期探索时期1.蒸汽汽车法国人居纽（NicolasJosephCugnot）在1769年制造的蒸汽三轮车。1825年英国公爵古涅（GoldsworthyGurney）制成了第一辆蒸汽公共汽车（图1-6）。2.电动汽车图1-6第一辆蒸汽公共汽车图1-71899年杰那茨驾驶的电动汽车1899年，法国的杰那茨（CamilleJenatzy）驾驶着电动汽车创造了105km／h的最高车速记录。1.2.3近代汽车的诞生与技术发展期1.近代汽车的诞生1862年，法国人罗彻斯（BeaudeRochas）提出了四冲程发动机循环理论（该理论至今仍为内燃机所采用），并取得四冲程发动机的专利。1876年，一直从事煤气机试验的德国人奥托（NieolausAugustOtto）运用循环理论，试制成功了第一台活塞与曲轴相结合，将煤气与空气的混合气经压缩冲程后再点火燃烧的往复式四冲程煤气机，为提高内燃机工作效率开辟了新途径。为了纪念奥托对内燃机发展所作的贡献，人们称这种循环为奥托循环。奥托的那个试制车间后来发展为赫赫有名的道依茨（DEUTZ）发动机公司。NieolausAugustOtto1886年，戴姆勒将他制造的排量为0.46L、功率0.82kW、转速650r／min的发动机（图1-9）装在一辆据说由美国制造的马车上，最高车速达到18km／h。这辆车被公认为是世界上第一辆汽油发动机驱动的四轮汽车（图1-10）。图1-9戴姆勒制造的汽油发动机图1-101886年戴姆勒的装有汽油机的四轮汽车也是在1886年，另一位德国人卡尔·本茨（Carl·Benz）研制成功一台单缸两冲程汽油机，并将其装在一辆三轮车上于1886年进行了公开试车。图1-11卡尔·本茨图1-12卡尔·本茨的妻子(贝尔塔)在试车这辆车可以说是近代汽车的原型。该车的单缸发动机排量为0.576L，输出功率约0.52kW，转速为300r／min，车速约15km／h，并具备了近代汽车的一些基本特点，如：电火花点火、水冷循环、钢管车架、后轮驱动、前轮转向、带制动手把等。这辆车（图1-13）现保存在慕尼黑科学博物馆内。图1-131886年奔驰制造的装有汽油机的三轮汽车1886年1月29日，卡尔·本茨向德国皇家专利局申请汽车专利，同年11月2日获得批准。图1-14为属于卡尔·本茨的世界上第一张汽车专利证书，专利号为37435，类别属于空气及气态动力机械类，专利名为气态发动机车。图1-14第一张汽车专利证书为了纪念这两位天才的发明家，人们把戴姆勒和卡尔·本茨并称为汽车之父，并把1886年作为现代汽车诞生元年。2.汽车的发展完善德国人发明了汽车，但在促进汽车初期发展方面作出贡献最多的却是法国人。1889年法国人标致（Peugeot）研制成功齿轮变速器、差速器；1891年法国人首次采用前置发动机后轮驱动，开发出摩擦片式离合器；1895年法国人开发出充气式橡胶轮胎；1898年法国的雷诺1号车采用了箱式变速器、万向节传动轴和齿轮主减速器；1902年法国的狄第安首次采用了流传至今的狄第安后桥半独立悬架。其次，德国在1893年发明了化油器；1896年英国首次采用转向盘和石棉制动器片。1）发动机的完善在这一时期，车用汽油机逐渐完善起来。汽油汽化与点火问题得到了解决。内燃机的冷却最初是用一根长而弯的管子让水循环流动来实现的。1901年，迈巴赫发明了蜂窝状的冷却水箱，为高效率的冷却打下了基础。1917年，美国凯迪莱克公司研制了第一个电力起动机，解决了发动机起动问题。有趣的是，这项发明最初是凯特林（Kettering）为电动点钞机设计的，却歪打正着地用到了汽车上。图1-15凯特林在修理一辆别克汽车2）传动系统的完善汽车靠传动轴传递功率后，在传动轴与发动机之间安置了变速器，使发动机在一定的转速内工作，而汽车可以有不同的行驶速度。变速器中是靠齿轮传动的，主动齿轮与发动机联接，从动齿轮与驱动轴联接，行驶中换档由于两个齿轮转速不同而啮合困难，强行啮合就有打齿的危险。1929年，凯迪拉克公司首先研制出同步器，通过同步器中锥面相互摩擦使两个齿轮转速相同时才允许啮合。彻底解决了换档问题，并一直沿用到现在。图1-16同步器3）制动系统的完善汽车制动器开始是照搬马车上的结构，即用手刹带动一个单支点的摩擦片来抱住后轮。当时一些汽车在底部安装一根拖针，当汽车在坡路上下滑时，拖针会扎入地下使车停住。后来在车上又增加了脚刹，控制传动轴的转动。1914年开始出现轮内鼓式制动器（图1-17）。1919年，法国海斯柏诺-索扎公司制成用脚踏板统一控制的四轮鼓式制动器，并由变速器驱动一个机械伺服机构来增加制动力，使制动效果大为改善。1921年，美国的杜森伯格公司又推出了液压助力器，由一个主液压缸来放大制动力；以后又出现了气动助力的制动器。制动装置逐渐形成了脚刹控制轮边制动，手刹控制传动轴制动的普遍的结构形式。图1-17早期的汽车制动与传动装置a)匙型刹车；b)鼓式制动器；c)皮带驱动；d）链条驱动1-操作杆；2-弹簧；3-车轮；4-平衡棒；5-车轮分泵；6-制动蹄；7-回位弹簧；8-制动蹄片（摩擦片）；9-发动机；10-车架；11-链条；12-皮带4）行驶系统的完善初期的汽车还是使用实心木轮的，但很快大部分汽车都采用了自行车所用的辐条式的铁制轮毂，外套实心橡胶轮。这种实心轮当车速超过16km／h时，车轮就会剧烈跳动，使司机和乘客颠簸得无法忍受。这种实心轮有个非常形象贴切的名字——震骨架！邓洛普发明了用于自行车的充气轮胎后不久，1895年，法国的米其林兄弟（AndreandEdouardMichelin）就制造出了用于汽车的充气轮胎。图1-18米其林兄弟当时这种轮胎虽然改善了汽车的舒适性，但漏气问题却成了司机最头痛的事。当时汽车轮子还是不可拆卸的，所以补胎和换胎都要费很多时间。为了解决这个问题，先是出现了辅助轮缘（Stepney，后来出现了可拆卸的车轮，轮胎也分为内胎、外胎两层，更换车轮（图1-19）也成了一件比较容易的事了。图1-19更换车轮5）对道路建设的促进3.汽车的大量生产和销售汽车技术的日益成熟使生产销售成为可能。1901年，美国人奥得尔生产和销售了425辆奥斯莫比尔牌（Oldsmobile，图1-20）轿车，1905年达6500辆，从此开始了汽车大量生产的新纪元。图1-20奥斯莫比尔牌（Oldsmobile）轿车1913年，福特首先发明了科学设计的汽车流水生产线并且很快被其它汽车厂商所仿效而风行一时。图1-21汽车流水生产线福特汽车公司的T型轿车从1908年到1927年共生产了1500万辆，这一大量生产的世界纪录，到60年代才为德国大众公司的伏克斯瓦根牌（Volkswagen）甲壳虫轿车（图1-22）打破。据记载，到1923年美国已有2／3的家庭拥有一辆轿车。图1-22德国大众公司的甲壳虫轿车在1927年以前，汽车技术集中解决经济性（包括购置、使用和维修费用在内）、可靠性和耐久性这类基本要求。1926年，汽车上开始有了液压制动器。为了提高燃油经济性，这一时期汽油机的压缩比有了较大的提高，一些载货车上采用了更省油的柴油发动机。1905年，在美国的圣·路易斯发生了最初的汽车被盗事件，于是发明了带钥匙的点火开关。1917年发明了电动起动机，这大大方便了驾驶员，否则司机每次要下车起动汽车。雨刷、制动灯、反光镜等也逐渐在这一时期被开发和使用。1922年，在仪表板上出现了燃油表，1929年出现了车用收音机。渐渐地，现代汽车的基本要素均已具备。4.注重美观和舒适的时期1）马车型汽车1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。福特将他的封闭式汽车(Closedcar)称为Sedan。著名的福特T型车、1892年的标致汽车、1902年的梅赛德斯汽车和雷诺汽车都属于马车型汽车。图1-231908年开始生产的福特T型轿车图1-241892年的标致汽车2）箱型汽车随着车速的提高，迎面风使乘员难以忍受，为此考虑到改变汽车的外型，出现箱型汽车。这种造型的汽车，从整体上看是四方形的，形似箱子，并装有车门和车窗，称箱型汽车。DUESENBERGJ型轿车、1928年的奥斯汀12型汽车和1932年的杜森博格SJ高级轿车都属于箱型汽车。图1-251930DUESENBERGJ型轿车3）甲壳虫型汽车1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德·波尔舍开始设计类似甲壳虫外形的汽车。图1-261934年克莱斯勒气流牌轿车图1-27德国大众公司的甲壳虫轿车4）船型汽车1949年起，无论是美国还是欧亚大陆均风靡船型车身，这种车身是福特汽车公司首先推出的既考虑了机械工程学、流体力学诸因素，又强调了以人为主体，注重乘员舒适性和驾驶员操纵性的新车型。此外，1952年的别克轿车、1956年的雪佛兰轿车和1959年的凯迪拉克轿车也都属于船型汽车。图1-28所示1952年的福特轿车是船型车的典型代表。图1-281952年的福特轿车5）鱼型汽车为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代，而1969年的jaguar轿车则把鱼型汽车的设计推向极致。图1-301969的jaguar轿车图1-291952年生产的别克牌轿车鱼型汽车存在着一些致命的弱点：一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了1~2倍，强度有所下降，产生了一些结构上的缺陷；二是当汽车高速行驶时汽车的升力较大。鉴于鱼型汽车的缺点，设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”——以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼型鸭尾式”车型。图1-311992porscheturbo鱼型鸭尾式轿车6）楔形汽车楔型汽车是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。1963年阿凡提（Avanti）第一次设计了楔型小客车。楔型车在高速汽车设计方面已接近于理想的造型。雪佛莱子弹头多功能轿车、兰博基尼康塔什跑车、法拉利521型跑车、阿库拉NSX跑车和1996年的莲花跑车都是典型的楔形汽车。图1-32法拉利521型跑车5.注重节能、环保和安全的时期图1-33安全气囊6.电子技术与计算机技术的应用除了在燃料供给系统中采用电控喷射技术之外，电子控制技术还逐步渗透到内燃机的点火正时、废气再循环、可变配气正时系统中来，并与自动变速器、主动悬架、全自动空调、自动巡航、防抱死制动系统等实现协同控制，组成整车控制网络，控制系统综合化、网络化特点日益明显。1.3汽车工业的发展目前，美国、日本和欧洲三个区域是世界汽车生产中心。1.3.1汽车工业的形成从19世纪末到20世纪初，欧洲和美国相继出现了一批汽车制造公司，但在当时由于技术发展还不具备生产汽车这种大型复杂机械产品的水平，加之汽车一味追求豪华，售价昂贵，销售量不大，无论是欧洲还是美国，都未形成具有一定规模的汽车工业。汽车诞生于欧洲，但最早形成的汽车工业