第16章 汽车的十大科技进步

2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院110大科技进步缔造汽车惊情百年回望汽车的百年惊情史，品味其中最具里程碑意义的十大科技进步给汽车和人类社会带来的激情与梦想，或许正是倘佯车河，享受汽车文化的驾车者们所需。选自《IT时代周刊》2006年第22期2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院2四冲程发动机的轰鸣声，宣告了“无马车时代”的到来。正是德国人奥托在总结了前人无数实践经验后提出的四冲程循环，才使得汽车奔跑起来。1、四冲程发动机推动汽车进入跑道2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院3①19世纪之前，马车是十分重要的交通工具；②1705年，英国人纽可发明了机械做功的实用化蒸汽机；③1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机；④1866年，德国商人奥托提出了内燃机工作的最佳循环方式：进气、压缩、做功、排气四个冲程运动，“奥托循环”；⑤1886年，德国人本茨造出“奔驰1号”；⑥1886年1月29日，本茨获得德国皇家专利局颁发的第37435号帝国专利证书，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院41886年1月29日第37435号帝国专利证书本茨的妻子，奔驰1号的首位驾驶者卡尔·本茨(KarlBenz,1884-1929)是现代汽车工业的先驱者之一，人称“汽车之父”。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院5专利号DRP37435第一辆拥有专利的汽车2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院62、福特T型车给世界安上车轮埃德赛尔·福特（亨利·福特的曾孙）曾说：“我们要庆祝的与其说是一款车，不如说是一种概念，一种为普通百姓提供个人出行工具的概念。我的曾祖父不仅有这样的远见，而且坚持了他的远见。”亨利·福特(HenrryFord1863-1947)2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院7①福特：1863年7月30日出生；②1903年6月，经历了两次制造汽车失败的福特再度成立了汽车公司；③福特生产A、B、C、F、K、N、R、S等车型，并最终在1908年秋，令人注目的T型车终于问世了；④1913年，福特公司在底特律建成世界上第一条汽车自动流水装配线，首次实现汽车的批量生产，并将汽车的组装时间从12.5小时缩短为1.5小时；⑤2006年，美国福特汽车公司成为第一个有资格回望100年发展史的汽车提供商，这家公司见证了现代汽车的发展史。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院81908年福特T型车福特T型车技术参数：发动机：前纵置，直列式，四缸，排量2895ml，缸径95.25mm，行程101mm功率：20-24P/（1800r/min）长×宽：3556mm×1676mm轴距：2553mm轮距：前1448mm，后1461mm最高车速：67.5km/h2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院93、像舞女的脚汽车轮胎给历史留下美丽印迹汽车开始普及后，消费者的口味也越来越挑剔。于是，工程师们开始充分发挥想象，如何让汽车变得坚固可靠，并且充满速度的激情。他们发现，令汽车变得舒适的关键不是橡胶，而是车胎里的空气。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院10①从古时候的木轮到近代社会的铁轮，人类一直是在颠簸中搭乘各种轮式交通工具。即便1842年美国人古德发明了硬橡胶轮胎后，这种情况仍没有得到改善；②1888年，苏格兰兽医约翰·伯德·邓洛普看到儿子所骑自行车的实心橡胶轮颠簸很厉害，于是用一根通过活门充气的管子，外面涂上橡胶作保护层，做了一个气胎；③法国的米其林兄弟意识到，未来市场需要的一定是易于修理的轮胎，因此将轮毂和轮胎分开成为其工作的重点，1894年，一位使用了米其林制造的可拆卸轮胎的选手轻而易举地摘得桂冠。④1903年，J·F·帕玛先生发明了斜纹纺织品，这种斜纹纺织品的发明促成了交叉层轮胎的发展，使轮胎的寿命向前跨了一大步。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院11充气轮胎的发明者苏格兰人邓洛普世界上第一只充气式轮胎2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院124、减小空气阻力流线型让汽车动感十足20世纪30年代是汽车设计的黄金年代。这一时期，随着空气动力学的发展，汽车造型发生了根本性的变革，克莱斯勒公司的“气流”车就是其中经典之作。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院131934年1月克莱斯勒公司的第一辆“气流”2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院14①20世纪20年代末期，美国克莱斯勒汽车公司的工程师比尔建立了一个风洞试验室，用来测量汽车模型的风阻，发现将普通厢式造型的汽车模型掉过头来，使车尾面向气流，则空气阻力明显减小；②此后，美国密歇根大学的郎依教授也对不同形状的汽车模型测量了空气阻力系数，证实流线型后辈的车型与方方正正的车型相比，空气阻力可减少1/2；若将汽车前端也制成流线造型，则空气阻力可再次降低近1/2；③1934年1月，克莱斯勒公司的第一辆“气流”车公之于世，157公里/小时的最高时速；④“气流”的出现，为后来更漂亮的“甲壳虫”等流线型汽车奠定了基础；2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院155、前轮驱动速度和安全的激情舞会人们不堪忍受后轮驱动相对高的装配和制造成本、相对狭小的室内空间以及不断的故障等缺陷，因此，前轮驱动在速度和安全的碰撞中应运而生。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院16①20世纪30年代前，人们一直驾驶采用后轮驱动的汽车，牵引力小、车身稳定性较差、转弯时易打滑；②1912年雪铁龙去美国旅游，目睹了泰勒研究和科学化生产组织使福特大幅度降低“T”型车的生产成本。回国以后，他向众人夸下海口：“以后要每天生产100辆汽车！”；③1924年7月28日雪铁龙汽车公司正式挂牌成立；④1933年，雪铁龙聘请了一位年轻的工程师勒菲布尔。这个年轻人极具天赋，仅用13个月的时间，就制造出一辆具有变革意义的车子（采用了前轮驱动、无底盘的车身结构、通过扭杆实现单轮减振以及液压制动等技术）名叫TA的前轮驱动汽车；⑤TA车连续生产了25年，直到被安德烈·勒费弗尔设计的第二种汽车，即雪铁龙ID/DS型汽车所取代。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院17安德烈·雪铁龙(A.Citroen1878-1937)2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院18第一款前驱动汽车—雪铁龙7A2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院196、三点式安全带比比基尼更重要的发明自1960年代3点式安全带面世以来，至今已有长达1000万公里的安全带被装进全世界超过10亿辆汽车内，长度足以绕地球赤道250圈，或是往返月球13次之多，被称为世纪最伟大的交通救生装置恐怕一点也不为过。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院20NilsBohlin发明的3点式安全带在1985年被德国专利发明注册处评选为跨世纪8大发明之一，就是这种汽车安全设备对人类贡献的最佳证明。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院21①1902年5月20日，在美国纽约汽车竞赛中，一位叫沃尔特·贝克的工程师驾驶了一辆鱼雷牌电动汽车。他在座位上钉上了一根带子套在身上以防不测。竞赛开始后，正在高速飞驰的“鱼雷”碰到一根露出路面的钢轨，腾空而起闯入人群，当场压死2人，伤数十人，可贝克却安然无恙。然而当时并没人注意到这个奇迹；②1958年尼尔斯·博霍林加盟沃尔沃汽车公司后，着手研制汽车安全带。三点式安全带由此诞生；③1958年，沃尔沃为三点式安全带申请了专利，并制成名副其实的安全带；④1967年，博霍林在美国发表了《28000宗意外报告》；⑤美国第一条关于安全带的规定终于在1968年出现；2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院227、独立悬挂让人舒服得想睡觉如果把一辆车比作精密的人体，除了动力源泉的心脏—引擎和传达指令的中枢神经—变速箱外，最重要的显然是它的骨骼骨架—底盘、悬挂系统。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院23①1891年，两名法国机床制造者（帕哈德和莱瓦塞）试着把双缸引擎放在前面的方形车罩下，使重量分布均匀，从而改善了转向轮子与道路的附着力，而引擎则通过磨擦离合器和滑动齿轮驱动车子，后轮用比皮带优越的链条进行，传输功率更有效；②1892年，帕哈德的儿子希普莱特驾驶父亲设计制造的汽车，从巴黎前往尼斯，汽车最高档车速每小时8千米；③1898年法国制造的一种车最先把独立悬挂装在车上；④1928年的一天，法国人佩夸尔在一辆蒸汽牵引汽车上让两个前轮分别与车架弹性相接；⑤麦弗逊、双叉式、多连杆悬挂等繁多的种类，能最大限度地发挥轮胎抓地力从而提高整车的操控极限；2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院248、ABS防抱死制动系统为汽车戴上保险套汽车防抱死制动系统ABS（AntilockBrakingSystem）能充分发挥轮胎与路面的潜在附着力，最大限度地改善汽车的制动性能，以满足行车安全的需要，就像为行车戴上“保险套”。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院25①早在1928年，就有人提出防抱死制动理论。30年代，机械式防抱死制动系统开始在飞机上获得应用；②福特公司曾于1954年将飞机的制动系统移植到林肯轿车上；凯尔塞·海伊斯（Kelse-Hayes）公司在1957年时将称为“Automatic”的防抱死制动系统进行了试验研究，研究结果表明防抱死制动系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离；克莱斯勒公司在这一时期也对称为“SkidControl”的防抱死制动系统进行了试验研究；③1970年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱系统——博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕；2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院269、燃油喷射系统动力从此澎湃而出最初的燃油喷射系统不断蔓延、薪火相传，成为现代社会集高科技、高精密度于一身的微机控制型汽油喷射系统。2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院27①直到上世纪60年代，汽车用燃油输送系统绝大多数仍采用构造简单的化油器；②上世纪30年代，汽油的喷射系统就开始在航空发动机的研发中被作为研究对象。在1945年二战晚期，开始应用于军用战斗机；③1953年，美国奔第克斯（Bendix）首先开发了电子喷射器（Electrojector），开创了电控汽油喷射的先河；④1967年，博世公司在美国奔第克斯专利的基础上，推出了速度密度型的D型电控汽油喷射装置；博世公司在发明D型汽油喷射装置后的6年，又开发了质量流程式L型电子控制非连续喷射和K型机械式连续喷射；获得成功的博世并没有浅尝辄止。1981年，其又开发了LH型电控燃油喷射系统。随后，K型汽油机械喷射在1982年又发展为KE型；2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院2810、新型动力汽车的洁净外衣新型动力的适时出现，犹如诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。只是这些新型能源驱动汽车真正驶入世界、驶入普通家庭，究竟还有多长的旅程？2019年8月14日星期三北京邮电大学自动化学院29①电动车方面因动力弱、充电周期长、旧电池二次污染等问题较难解决，只能在小范围内适用，国外一些整车厂如通用、福特已放弃电动车的研发；②代用燃料的生物乙醇是一种可再生能源，主要从农作物中提取。与汽油不同的是，生物乙醇在燃烧时释放的二氧化碳要少得多，但对现有汽车的燃油系统有腐蚀作用；③混合动力车在提高效率、降低排放方面很有优势，不过一些汽车厂商认为混合动力车的造价太高，比同类型传统燃油汽车成本高出约30%；④氢燃料电池技术成为全球业界所公认的、能实现可持续发展交通的最终解决方案。1997年，美国原克莱斯勒公司宣称研制成功新型燃料电池汽车；