汽车技术发展史研究

1、汽车技术发展史研究研究小组成员指导教师前言汽车已成为当今文明社会的一大重要组成部分。随着科技的不断进步和人类物质需求的不断提高，人们对于汽车的要求也在不断提高。为了使新一代的汽车能够像汽车行业刚刚起步时那样继续成为新的焦点，我们回顾历史，发掘它的发展历程，学习和掌握汽车知识，为新一次的汽车行业革命找寻前车之鉴，力求做汽车发展的见证人和参与者。正文一、汽车技术发展的概述l （一）汽车的心脏引擎发动机是汽车的“心脏”。汽车的发展与发动机的进步有着直接的联系。18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机如图，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽（N.J.Cugnot）是第一个将蒸汽机装到车子上的人。

2、1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。11858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机煤气发动机如下 图，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和2感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。341867年，德国人奥托（Nicolaus August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际

3、展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机如右 图三，并取得了制造这种发动机的专利权。1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件

4、数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值，因而引起各国的重视。日本东洋公司（马自达公司）买下了转子发动机的样机，并把转子发动机右 图四装在汽车上，可以说，转子发动机生在德国，长在日本。l （二）汽车的外貌车身造型在早期的汽车设计和制造当中，人们把主要精力都花费在汽车的机械工程学方面，到了20世纪20年代后汽车设计者们开始着手从汽车的外部造型上进行改进并相继引进了空气动力学、流体力学、人体工程学以及工业造型设计（工业美学）等概念。汽车车身型

5、式在发展过程中，主要经历了以下几个阶段： 马车型汽车下 图五5 箱型汽车右 图六67 甲壳虫型汽车下 图七 船型汽车右 图八8 鱼型汽车下 图九楔型汽车下 图十910其中甲壳虫型轿车可以说是一个划时代的产品。从30年代到40年代末的20年间，可以说是流线型汽车的“黄金时代”，其中最具代表的就是甲壳虫汽车。众所周知它打破了福特T型汽车的产量纪录，并超过了数百万辆。在汽车史上有一个特别的例子，一种汽车式样的存在和它的生产设备都取决于国家领导部门的一条指令，“大众汽车”项目一开始就有一种不透明的背景，很难说清楚当时是什么样的考虑起了决定性的作用，有人猜测，在确定这种汽车设计方案时很可能有军事上的考虑

6、。 沃尔夫斯堡的这家汽车厂是在全世界汽车发生紧缺的时候开始生产民用汽车的，所以市场状况对它十分有利。还有两点：一是它的结实耐用在战争中得到了证明；二是它的售后服务和配件供应要好于其它厂家。 “甲壳虫”型汽车的成功是众所周知的，它同美国的这种大批量汽车有一个共同点：他们都是“行驶的机器”，不讲究豪华，两者的基本结构在它们的“一生”中都没有改动。“甲壳虫”的发动机是后置的，它的成功被诸多竞争对手作了错误的引用，菲亚特、雷诺、西姆卡、斯科达、雪佛兰等一些厂家纷纷效仿“甲壳虫”车，制造具有更大功率的后置发动机的轿车。现在后置发动机的轿车早已淡出市场，最多只有赛车才装后置式发动机，而且大多装在后轴之前。

7、近年来，“甲壳虫”已经卷土重来，大众汽车公司再度推出“甲壳虫”车，并取名“新甲壳虫（New Beetle）”，这引起了人们的极大兴趣。大众“新甲壳虫”车的优点同样是结实耐用，不讲究豪华，而且价格大众化。l （三）11汽车的骨架底盘堪称世界经典的汽车底盘技术如图十二“汽车转向行驶时，后轴跟随自偏转一个角度的这种现象称为后轴随动转向”。业界对于雪铁龙后轴转向技术的讨论曾经非常激烈，对于汽车来讲，悬挂系统决定了整车的性能。对于性能绝佳的雪铁龙后轴随动转向技术，多数人并不完全了解，并且没有亲身体验过，从而失去了享受的机会。为此，东风雪铁龙厦门胜华元·车之家的技术专家为大家详细介绍雪铁龙的后轴

8、随动转向技术。 12经典的操纵性与舒适性驾驶过东风雪铁龙轿车（包括赛纳、毕加索、爱丽舍、富康）的人都能体会到它优越的操控性能和安全舒适性。正是它先进的“后轴随动转向”技术使得驾驶者在很多情况下泰然自若。在紧急躲闪、高速转弯等情况下它都能发挥作用，而对于没有这种悬挂系统的车辆来说，若以相同的速度行驶，车的后部很有可能已经撞到山崖上了。在2000年的西班牙拉力赛上，雪铁龙两辆赛车与FK相同底盘轻松夺取冠亚军。比赛结束后，在场的记者采访季军车手，问他为什么没有超越两辆雪铁龙赛车，车手说，在环路上雪铁龙速度太快，没有任何机会，他已经尽了最大努力，但还是追不上。“后轴随动转向”技术赋予了车辆极佳的地面附

9、着性能，可以大大减少车内后排坐乘员的侧倾力，车在转弯过程中，后轮自动随前轮偏转一个微小的角度，即使在急转弯时也非常平顺，不易甩尾或侧倾，确保车内乘客的舒适和安全。 经典的技术概念后轴随动转向技术的原理其实很简单，匠心独具的设计师用了一个并不算复杂的结构“后轮的前展和前束”，达到了一个堪称经典的效果：（1）转向时后轮前展。如果悬挂系统的设计使地面给轮船的反作用力诱导后轮胎转向和前轮相反的方向也就是在负荷下使后轮前展，这样将产生一个力矩，加强转动角度使瞬态转弯中心变小，增加过度转向，在低速时明显。（2）转向时后轮前束。如果悬挂系统的设计使地面给轮胎的反作用力诱导后轮的转动方向同前轮方向一样，也就是

10、在负荷下使后轮前束使瞬态转弯半径变大增加不足转向，这样可以保障方向稳定，在高速转弯时特别稳。 从构造上来看，东风雪铁龙轿车的后轴总成与车身的之间采用弹性连接，不仅可以减轻悬架对车身的冲击，而且当汽车转向行驶时，在路面对车轮的侧向反力的作用下，前后自偏转弹性垫块产生弹性变形，整个后轴总成跟随着前轮相同方向偏转一个小的角度，从而增大了汽车的不足转向，大大改善了汽车的行驶稳定性和转向操纵性能。如今在市场上销售的所有东风雪铁龙轿车，它的悬挂及后轴的全部零部件均安装在一个支架上，因此结构十分紧凑且简单可靠，维修保养非常方便。 l （四）汽车的双脚轮胎14轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车

11、悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。    很早以前轮胎是用木头、铁等材料制成右图十三，第一个空心轮子是1845年英国人罗伯特·汤姆逊发明的，他提出用压缩空气充入弹性囊，以缓和运动时的振动与冲击。尽管当时的轮胎是用皮革和涂胶帆布制成，然而这种轮胎已经显示出滚动阻力小的优点。根据这一原理，1888年约翰·邓录普制成了橡胶空心轮胎，随后托马斯又制造了带有气门开关的橡13胶空心轮胎

12、，可惜的是因为内层没有帆布，而不能保持一定的断面形状和断面宽。    1895年随着汽车的出现，充气轮胎如右 图十四得到广泛的发展，首批汽车轮胎样品是1895年在法国出现的，这是由平纹帆布制成的单管式轮胎，虽有胎面胶而无花纹。直到1908年至1912年间，轮胎才有了显著的变化，即胎面胶上有了提高使用性能的花纹，从而开拓了轮胎胎面花纹的历史，并增加了轮胎的断面宽度，允许采用较低的内压，以保证获得较好的缓冲性能。    1892年英国的伯利密尔发明了帘布，1910年用于生产，14这一成就除改进了轮胎质量，扩大了轮胎品种外，还使外胎具备了模

13、制的可能性。随着对轮胎质量要求的提高，帘布质量也得到改进，棉帘布由人造丝代替，50年代末人造丝又被强力性能更好、耐热性能更高的尼龙、聚酯帘线所代替，而且钢丝帘线随着子午线轮胎的发展，具有很强的竞争力。    1904年马特创造了炭黑补强橡胶，大规模用于补强胎面胶下 图十五是在轮胎采用帘布之后，因为在这之前，帆布比胎面在轮胎使用中损坏得还要快，炭黑在胶料中的用量增长很快，30年代每100份生胶中使用的炭黑也不过20份左右，这时主要在胎面上采用炭黑，胎体不用，现在已达50份以上。胎面中掺用炭黑以前，轮胎大约只行驶6000km就磨光了，掺用炭黑后，轮胎的行驶里程很快就得

14、到显著的提高。现在一组货车轮胎大约可行驶10万km，在好的路面上，甚至可达20万km。    1913-1926年，因发明了帘线和炭黑轮胎技术，为轮胎工业发展奠定了基础。轮胎外缘的标准化，制造工艺的逐渐完善，生产速度比以前提高了，轮胎的产量与日俱增。    随着汽车工业的发展，轮胎技术一直不断地改进与提高，如20年代初至30年代中期轿车胎由低压轮胎过渡到超低压轮胎；40年代开始轮胎逐步向宽轮辋15过渡；40年代末无内胎轮胎的出现；50年代末低断面轮胎问世等等。许多新技术的出现都莫过于1948年法国米西林公司首创的子午线结构轮胎右 图十

15、五，这种轮胎由于使用寿命和使用性能的显著提高，特别是在行驶中可以节省燃料，而被誉为轮胎工业的革命。l （五）安全防线电子辅助工具系统1. 如图十六16ABS，是汽车主动安全辅助系统之中，最为大家所熟知的辅助系统，也是一般消费者最容易接触到的主动安全辅助系统。ABS，是Antilock Brake System的缩写，中文的翻译全名为防死锁剎车系统。望文知义，在ABS的辅助之下，就能够防止车辆在剎车时发生死锁的现象，进而提升车辆的操控性能，增加行车的安全。ABS系统的功能在于让驾驶在紧急剎车的同时，依旧保持有操控的能力，让其在减速的同时，仍能保有闪躲的能力。ABS避免死锁打滑ABS便是为避免上述

16、紧急剎车失控打滑现象所发明的。配置有ABS系统的车辆，会利用车轮的感知器，监测车轮是否发生死锁的状况。当车轮发生死锁状况时，ABS系统会介入剎车系统之下，释放剎车的压力，让被死锁的车轮剎车放开，让车轮恢复滚动，让车辆重新取得操控的能力，并再恢复剎车的压力，让车辆继续减速。如此反复，以分时的概念，让车辆的剎车系统，不断的进行剎车放开剎车放开的操作，让车辆在剎车的间断之间，保有操控的能力，让车辆能闪避障碍，避免事故的发生。2. 如图十七17在剎车的时候，车辆四个车轮的剎车卡钳均会作动，以将车辆停下。但由于路面状况会有变异，加上减速时车辆重心的转移，四个车轮与地面间的抓地力将有所不同。传统的剎车系统

17、会平均将剎车总泵的力量分配至四个车轮。从上述可知，这样的分配并不符合剎车力的使用效益。EBD系统便被发明以将剎车力做出最佳的应用。 EBD是Electronic Brake-Force Distribution的缩写，中文全名为电子剎车力分配系统。配置有EBD系统的车辆，会自动侦测各个车轮与地面将的抓地力状况，将剎车系统所产生的力量，适当地分配至四个车轮。在EBD系统的辅助之下，剎车力可以得到最佳的效率，使得剎车距离明显地缩短，并在剎车的时候保持车辆的平稳，提高行车的安全。而EBD系统在弯道之中进行剎车的操作亦具有维持车辆稳定的功能，增加弯道行驶的安全。3. 安全气囊如图十八气囊，是大家所熟悉

18、的被动安全配备。其英文正式名称为SRS(Supplement Restraint System)辅助约束系统，而依其结构亦常直接称呼为Airbag。气囊是高强度的布囊，平时折叠扁平地收纳在车室装潢之中。当车辆发生撞击意外时，撞击感知器侦测到意外发生后，便会激活气囊。气囊将会迅速的充气，作为乘员与车辆之间的缓冲体，避免因为撞击到车体的结构或是破损的玻璃等物品而受伤。而在达成缓冲效果之后，气囊的机构亦会迅速排气，以避免阻挡驾驶人的视线及救援工作的进行。18二、 我们对于未来汽车的设想汽车将不再是一架复杂的钢铁机器，它越来越像一件有生命、有感知的IT产品；汽车将不再是一个与世隔绝的狭小空间，它是一个

19、充满乐趣、包容一切的生活场所。这不仅仅是一种假想和比喻，而是一个正在发生的现实。 （一） 动力改进：高效、节能、环保主导技术：直喷、变缸、混合动力、氢动力汽车动力技术的改进是一个永远的主题。但是对于厂商来说，他们面临这样一个难题：节能、环保可以，但损害汽车的动力人们却不愿意。因此在动力系统的改进方面，厂商必须考虑两方面问题，在燃料上，要摆脱对石油的依赖和寻找可再生新能源；在动力上至少要保证不能有大的损失。传统内燃发动机技术趋势：节能而不“减效”就现有内燃机的动力技术来讲，涡轮增压（Turbo）、机械增压（Super Charge）以及缸内直喷是三个主要的发展动向。这三种技术各有千秋，但最终目标

20、都是促进油、气更充分地混合和燃烧。涡轮增压是一项源自航空业的动力技术，它利用发动机排出的废气驱动涡轮，涡轮带动同轴的叶轮旋转，新鲜空气在叶轮的作用下，被压缩后进入发动机汽缸，从而增加了发动机的充气量，使燃油更加充分地燃烧，可提高发动机的输出功率接近40。缸内直喷技术是利用分层次稀薄燃烧使燃烧更充分,因此可使引擎产生更多动力，同时保持较低的燃油消耗水平。变缸技术应用于6缸和8缸（V6/V8）发动机，目前比较主流的趋势是被称为Active Fuel Management的主动式变缸技术。采用此项技术后，汽车行驶中可以根据动力需求调节排气量，即通过控制喷油和点火调节使一半的汽缸间歇，实现6缸/3缸或

21、8缸/4缸的切换，从而达到随选排量（Displacement on Demand）的目的。“混合”出的动力比较基本的是单模式的油电混合动力（Hybrid），即通过在传统发动机之外加装电力驱动系统，以两者之合力推动汽车前进，达到省油的目的。该技术现在已经逐渐成熟并有了产品，如新上市的丰田普瑞斯（Prius）和本田思域（Civic）。比单模式混合动力更为先进的则是“双模式”（Duel-Mode Hybrid）的混合动力技术。它比普通的单模式混合动力车具有更好的动力性能，且兼具燃油经济性。双模式混合动力技术采用燃油发动机和电力发动机互补的工作模式。第一种“输入分离模式”适用于车辆起步、加速行驶，并能

22、为车辆提供卓越的加速性能；第二种“混合分离模式”主要用于车辆定速行驶时，并能为车辆提供高效的燃油经济性。“双模”完全混合动力系统可以在两种工作模式之间实现无缝切换。零污染的氢能源动力在能源与动力科技的中长期规划中，最受关注的是氢燃料电池（Hydrogen Fuel Cell）技术。这是一种完全清洁的能源动力，以氢氧化学交换产生电流，从而驱动汽车行驶。（二）车身造型的改造：美观、高舒适度、低风阻车身造型永远是买车一族关注的焦点之一，也因此成为厂家不断改进与创新的重点。就车身外部造型的视觉效果来看，现有的各种车型虽然越来越优美，但始终没有摆脱最普遍的模式。因此，车型的创新方向很可能是在逐步淘汰千篇一律样式并满足高风阻的前提下，更换车型为更符合自然的样式，比如在许多电影中出现过的，近似于昆虫或是植物果实形状的车型。但人们往往更注重于车内的舒适度，一项研究表明：近9成不满意车内舒适程度购车者买新车时不再选择同型号甚至同品牌的车。而车内舒适度主要是由购车者心理决定的。不过