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第二节
汽车技术发展概述

一、汽车技术的萌芽阶段
1.古代时期的车轮和车

公元前4000年,在北欧发明了橇,使人们用滑动实现了运输方式的第一次飞跃。公元前3000年,在中亚发明了车轮,实现了滑动到滚动的第二次飞跃。古代人发明了牛车。后来,人类发现马车更能满足运输方面的需求,马车时代一直延续了三四千年。我国古代就已经广泛使用马车了,在秦始皇兵马俑中发现了两千多年前的铜马车,其造型精巧,华贵富丽,代表了我国古代的造车水平。

马车具备了早期汽车的基本结构:动力源、车轮、车厢、悬架等系统,后期的马车甚至出现了刹车系统。

无论是人力车还是铜马车,由于其动力的限制,无法满足人们的使用要求。人类开始寻找更适合的动力机械,期间还出现过多种形态的“车”。约公元230年,我国的诸葛亮发明了“木牛流马”。

1420年,英国人发明了滑轮车。

1600年,荷兰人发明了双桅风帆车。28位乘客乘坐其中,该车曾达到34 km/h的行驶速度。

1630年,法国人发明了发条车。其速度仅为1.5 km/h,而且每前进230 m,就必须把钢制发条卷紧一次。

2.蒸汽机车的发明

尽管四轮马车得到不断改进,但是马车的速度仍不能令人满足,人们希望发明一种比马车更具耐力和更加强大的动力机器。进入17世纪,意大利、英国、法国开始了蒸汽机的研究。英国发明家瓦特(1736—1819)1765年,制造了第一台蒸汽机。1768年,制成了第一台装有冷却器的蒸汽机样机。1774年,瓦特和博尔顿造出了真正意义上的蒸汽机。1769年,法国人N.J.居纽(Cugnot)经过6年的苦心研究,制造了世界上第一辆蒸汽机车,这是汽车发展史上的第一个里程碑,也标志着人类以机械力驱动车辆时代的开始。

3.内燃机的发明

1861年,法国工程师罗夏在对以往内燃机热力过程进行理论分析之后,提出了提高内燃机效率的关键措施,即预先压缩可燃气,并提出了四冲程理论:进气、压缩、膨胀、排气。1866年,德国工程师尼古拉斯·奥托根据罗夏的内燃机原理,成功地制造了以煤气为燃料的四冲程煤气内燃机。1879年,德国人卡尔·本茨研制成功了火花塞点火汽油机;1886年1月29日,他制造了内燃机车,被认为是汽车的诞生,也是人类将内燃机作为动力装置,是将汽车带入内燃机时代的标志。本茨的第一辆三轮汽车自重为254 kg,装有3个实心橡胶轮胎的车轮,用钢管制成车架,发动机为单缸汽油机,最高车速为18 km/h。

德国工程师鲁道夫·狄塞尔经过近20年的潜心研究和试验,发现利用柴油作为发动机的燃料是可行的,终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机,也就是柴油机,并获得了专利。柴油机是动力工程方面的又一项伟大发明,它比汽油机油耗低,是汽车又一颗性能良好的“心脏”。后人为了纪念狄塞尔,将柴油发动机称为“狄塞尔发动机”。因此,“柴油机”的英文名为Diesel(狄塞尔)。

二、汽车的发展之路

汽车诞生于德国,成长于法国、成熟于美国、兴旺于法国、挑战于日本。我国的汽车技术正在快速发展,目前,我国是全球第一大产销汽车市场,新能源汽车技术在我国得到飞速发展。汽车技术的发展经历了五个重要阶段。

1.汽车的大批量生产

1913年,美国福特公司在汽车城底特律建成了世界上第一条汽车装配生产线,大批量地生产T型车。一辆汽车的装配时间从12个半小时缩短到1个半小时。从1908年到1927年T型车共生产了1 500多万辆,最低售价仅为295美元。

2.前轮驱动汽车广泛应用

1934年3月24日,法国汽车公司雪铁龙委托安德烈·勒费弗尔及其助手莫里斯·圣蒂拉发明了一种名叫“7A”的新型前轮驱动汽车结构。前轮驱动汽车在行车安全方面优于常规构造方式的汽车,这种设计方案即使在今天也没有过时。

3.后置驱动轿车兴起

1938年,当全世界汽车用量发生紧缺时,在德国的沃尔夫斯堡,大众汽车公司开始建厂生产民用汽车。费迪南德·波尔舍设计的甲壳虫型汽车应运而生,它打破了福特T型汽车生产的世界纪录,其产量超过了数百万辆。

甲壳虫的发动机是后置驱动的,一些汽车厂家纷纷效仿,制造具有更大功率的后置发动机轿车。现今,新甲壳虫车的特点是结实耐用,不追求奢华,而且价格日渐大众化,售后服务和配件供应也有良好的保障。至此,后置驱动成为汽车的主流驱动方式之一。

4.微型车的技术革命

迷你(Mini)汽车在1959年面世时被许多人认为是开玩笑的东西,但它却触发了汽车技术的一场革命。第一辆迷你汽车是英国汽车公司亚力克·艾西贡尼斯发明的。最早这种汽车长3.05 m,宽1.4 m,自身质量608 kg,动力仅有25 kW。横置发动机可以使它开得飞快。

微型汽车在今天仍然流行,除少数生产传统名牌汽车和豪华型汽车的公司外,几乎所有生产微型车的公司都模仿了它的设计,也曾经有许多人试图改进它原来的设计,但成功者寥寥无几。这是因为艾西贡尼斯将迷你汽车的设计考虑得十分周密,如巧妙的重心分布及适当的轴距和轮距等。微型汽车也正式成为汽车家族中的重要成员。

5.多用途SUV汽车的兴起

早期的汽车后排座位是固定不动的,后来MPV商务车(Multi-Purpose Vehicle)强调车内每个座椅都可独立调节,做成多种形式的组合。从车厢座椅位置的固定到可调,从固定空间到可变空间布置,标志着汽车使用概念上的变革。20世纪80年代,受该设计概念的启发,现代汽车又出现了运动型多用途车,英文全称为Sport Utility Vehicle,简称SUV。SUV起源于美国,它具有轿车和越野车的特点:离地间隙较大,在一定程度上既有轿车的舒适性,又有越野车的越野性能。

三、汽车技术未来的发展趋势
1.节能、环保和安全

节能是汽车技术发展的永恒课题,人们已在积极探索其他代用燃料如氢动力、动力电池、醇类、太阳能、液化石油气和天然气燃料等在汽车的应用。汽车的普及也促使人们越来越注意到环境保护的问题,各国都制定了环境保护法规,限制汽车排放物对环境的污染。

汽车增多、车速提高也促使人们越来越重视汽车的安全性,汽车安全标准将会更加严格。为保证汽车的可靠性和稳定性,目前选装或正在研发的安全装置,如智能气囊、三点自动上肩式安全带、防侧撞杆、汽车行驶自动记录仪,另外像各种电子控制系统ABS、ESP(Electronic Stability Program,车身电子稳定系统)、EBD(Electronic Brakeforce Distribution,电子制动力分配)等逐渐成为各类汽车的标准配备。

2.新材料的应用

未来汽车在车身技术方面将应用更多轻量化、容易降解和再生的材料;将出现碳纤维车身、可降解环保车身等。汽车使用高强度的碳纤维强化复合物构造的车身后,使得汽车更加安全,车辆在发生正面碰撞时,可保护乘客免受严重的伤害。

容易降解、再生的材料将代替汽车中一些含铅和不易降解的塑料产品。如聚酯环保材料就是一种纤维材料,它主要由从甘蔗、玉米等植物中提取的“聚乳酸”构成,属于可再生材料,能够反复回收使用,即使埋入地下被微生物分解后也不会产生有害物质。

3.电子化应用越来越广泛

未来汽车的各种操纵系统将向电子化和电动化方向发展。采用集成供电系统,将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革。各种电子、智能装置将在汽车上得到更多应用,如电子发动机锁、电控可变技术、智能驾驶等。

4.电动汽车进入快速发展时代

纯电动汽车使用电动机作为动力装置,用蓄电池作为能源储存单元,将电力作为能源。其特点是无排放,不依赖汽油。

由于蓄电池的能量密度和功率密度比汽油低很多,因此纯电动汽车的续航里程有限。随着高性能动力电池技术发展迅速,纯电动汽车的续航里程大幅度提高,可以预见电动汽车将进入快速发展时代。

5.智能网联和无人驾驶汽车即将全面铺开

将来随着5G通信技术的应用,更多的智能网联汽车将进入人们的生活中。人们也可以通过语言识别系统操纵车内的各种设施,实现一边驾驶汽车,一边欣赏音乐。未来汽车不再是只依靠手动操作,语音等方式也可能成为未来汽车的辅助驾驶途径之一。语音驾驶系统能够识别驾驶者的脸部运动,对驾驶者的口型及发出的声音做出反应。此外,通过与车载全球卫星定位系统的整合,这种语音控制还能实现自动驾驶和自动导航功能。

自动驾驶汽车(Autonomous vehicles;Self-piloting automobile)又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车或轮式移动机器人,是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的发展历史,21世纪初呈现出接近实用化的趋势。谷歌自动驾驶汽车于2012年获得了美国首个自动驾驶车辆许可证。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,让电脑可以在没有任何人类主动的操作下,自动安全地操作机动车辆。2017年12月北京市交通委、北京市公安局公安交通管理局、北京市经济和信息化委员会制定发布了《北京市关于加快推进自动驾驶车辆道路测试有关工作的指导意见(试行)》与《北京市自动驾驶车辆道路测试管理实施细则(试行)》,规范推动自动驾驶汽车的实际道路测试。2018年,深圳市向腾讯公司核发了智能网联汽车道路测试通知书和临时行驶车号牌。2019年6月20日,广州交通局成立了智能网联汽车示范区运营中心,为广汽、文远知行等6家企业颁发首批智能网联汽车道路测试牌照。

☆做一做

风靡一时的特斯拉汽车属于什么汽车?它有发动机吗?一共有几种颜色?最新的特斯拉汽车的价格是多少?

知识拓展
氢动力汽车

丰田的Mirai是一款氢动力车。据了解,驾驶过这款车的人都对这款车给予了比较高的评价,不管是乘坐的舒适感还是各方面的性能,据说已经十分接近理想的环保汽车了。从乘坐的舒适性上来说,这款车和其他车型没有特别大的差异。整体依旧沿用了丰田家族个性、年轻的设计。其特点是,在前脸两边的下方,使用了硕大的进气格栅。此外,这款车的轴距达到了2 780 mm,完全能够定位成一款中规中矩的中级车。在造型上还要值得关注的一点是这款车尾部没有传统的排气管,毕竟是氢动力,不排放废物是肯定的。

这款车没有传统的仪表盘,车辆行驶信息会通过中控屏幕来显示,还会搭载丰田最新的Entuen人机交互系统。动力上,会搭载氢动力的高压储存罐,续航里程能够达到500 km。而且据说每次充3分钟氢气,就能够实现长距离续航。氢动力汽车很有可能会改变当下较为单一的电动新能源市场。 qkC5dS6Jd0g593chDaT1XzqRJSiNRlPsfi+QlF2AreswrJgyhTfHIV3bdZOG/q3M

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