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為什麽造不出100%完美的汽車——談汽車上的“矛盾理論”

不知道大家有沒有註意到,壹輛車再貴,也不是100%完美的,它在這樣或那樣的方面都有壹些不足。這種觀點適用於數萬美元的家用車,高大的BBA,頂級豪車如勞斯萊斯、賓利,甚至是不計成本的超級跑車布加迪。有人會問,那為什麽不設計壹輛100%完美的車呢?

事實上,100%完美的汽車是不存在的,因為車上有很多功能或性能是“矛盾”的。往往選A就選不了B,選B就選不了C,比如成本和市場的矛盾,動力和油耗的矛盾,舒適性和操控性的矛盾,空間和操控性的矛盾,技術先進性和可靠性的矛盾,等等。可以說,汽車是壹個矛盾的綜合體,汽車工程師就是在這些矛盾之間搖擺,協調,平衡,最終設計制造出適合不同用戶,不同需求的汽車。先說說車內的矛盾,以及汽車工程師是如何解決的。

1,汽車設計制造成本與市場終端售價的矛盾。

相信大家都有這樣的感覺,汽車的價格越來越便宜,同時汽車也越來越“沒裝備”。其實這就是汽車的成本和價格的矛盾。對於壹個汽車工程師來說,他希望在車上安裝最好的東西,使用最好的材料和技術,讓汽車盡可能完美。這就是所謂的“工程師文化”。但事實上,這是不可能的。現在汽車已經成為大眾消費品,所以壹定要有實惠的價格。如果拼命用真材實料造“好車”,最後的結果可能是忽高忽低,銷量低,普通人根本買不起。所以汽車只能降低成本來滿足普羅大眾的需求。

早期普遍減少汽車配置,減少壹些增加舒適性和豪華性的不重要配置。後來發現這樣做太敏感了。這是中國人最看重的。妳砍了所有這些東西,而不是殺了它們!漸漸地,車企學會了世故,讓妳在普通人看得見的地方豪華,在普通人看不見的地方偷偷減少配置。最常見的有減少防撞鋼梁和車頂加強件,降低鋼板強度,降低懸掛水平(雙橫臂到麥弗遜,多連桿到扭力梁)。其實妳可以自己想想。同樣大小的汽車過去比現在重得多,也貴得多。勞動力和價格都上漲了,但是汽車更便宜了。這有什麽貓膩?我想妳能理解吧!

2,發動機動力和經濟性的矛盾。

汽車發動機既要求動力性好,又要求經濟性適當。如何解決二者之間的矛盾,是汽車工程師不懈的追求。其實發動機中各部分的結構和參數都是相互平衡的結果。下面是幾個簡單的。

(1)壓縮比和熱效率:壹般發動機壓縮比越高,熱效率越高,所以發動機發明壹百多年了,現在壓縮比只有11:1左右。最高的是馬自達的創馳藍天發動機,號稱達到14:1,但也是常用的。發動機的最高熱效率約為40%。那為什麽不大幅提高壓縮比,提高發動機的熱效率呢?

在現有的技術條件下,如果壓縮比提得太高,就會出現很多無法處理的問題。壹方面,如果汽油被過度壓縮,很可能爆燃,這是壹種不可控的燃燒狀態,需要避免;另壹方面,如果壓縮比過高,則需要提高部件的強度。我們知道柴油機的壓縮比比汽油機大得多,但是同樣排量的柴油機體積比汽油機大得多,也重得多,因為內部部件需要加強。另外,汽油機可以用鋁合金,柴油機只能用鑄鐵。

另外,發動機在不同工況下對壓縮比的要求是不壹樣的,最好隨時隨發動機工況改變壓縮比。這樣的發動機已經在日產使用,但其可靠性仍然無法預測。汽車上廣泛使用的可變氣門正時和升程,實際上可以看作是變相的可變壓縮比。

(2)氣缸直徑與活塞行程:在壹臺發動機中,氣缸直徑與活塞行程的比值稱為氣缸直徑行程比,不同的氣缸直徑行程比會影響發動機的動力輸出特性。比如我們普通的民用汽車發動機,壹般采用大缸徑沖程比,低速時能產生比較大的扭矩,但高速性能不好;而賽車發動機壹般采用更小的缸徑沖程比,使發動機獲得更高的轉速,有效提高發動機功率。汽車工程師需要根據汽車的不同定位,選擇不同動力輸出特性的發動機。壹般來說,高低速性能很難同時兼顧,只能偏向其中壹個。

(3)進氣歧管長度與發動機性能:長的進氣歧管有利於發動機的低速扭矩,但高速性能不好;進氣歧管越短,高速性能越好,但低速扭矩越低。因此,汽車工程師有必要找到進氣歧管長度的平衡點,使發動機盡可能在平時轉速下發出更高的扭矩。比較平衡的方式是使用可變長度進氣歧管,低速時使用長進氣歧管,高速時打開壹個閥門,縮短進氣通道。但是這種進氣歧管的長度是突變的,不是可以逐步調節的。

(4)氣門正時和升程與發動機性能:發動機工作時,工況隨時變化,對進排氣的要求也不同,如進氣提前角、氣門重疊角、氣門升程等。比如低速工況可以采用較小的進氣提前角,但是為了在高速時進更多的空氣,就必須采用較大的進氣提前角,等等。而對於普通發動機來說,氣門正時和氣門升程是固定的,所以壹般是按照常見轉速的要求來設計的,不可能兼顧高低速性能。在過去,這是壹個無法解決的矛盾。現在采用可變氣門正時和升程技術,這個矛盾得到了很好的解決。

3.變速箱檔位數量與汽車動力性和經濟性的矛盾。

從理論上講,變速箱的擋位越多,對發動機的動力分配越精細,汽車的動力性和經濟性就越好。但由於變速箱的尺寸、復雜程度、可靠性等各種因素,變速箱不可能做太多擋位。目前最多有十壹速變速箱,常用的是七速或八速變速箱。手動變速箱壹般都是五速或者六速,檔位太多,操作臺復雜。大貨車最多十六擋,這是特例,日常使用中並不是所有擋位都能用。其實CVT無級變速箱原則上是可以實現無數擋位的,它可以最精細的分配發動機功率,實現更好的經濟性。但現階段CVT變速箱仍有不可克服的缺陷,不能適用於所有車型。

4、汽車舒適性和運動性的矛盾。

如果妳開了很多車,妳會發現有些車的懸掛很舒服很軟,但是高速過彎時車身側傾大,汽車操控性差;還有壹些車型的懸掛很硬,如果路面稍有不平就會感覺很顛簸,乘坐舒適性不好。但這種車在高速過彎時車身支撐不錯,車身側傾小,操控性好,也就是我們俗稱的有壹定運動性的車。這兩種不同的性格取決於底盤的調校,壹般很難兼顧。最常見的方法是調節平衡桿的剛度,達到“開頭軟,後面硬”的效果。在高端車輛上,采用可變懸架系統可以完美的達到“垂柔橫剛”的效果,可以兼顧舒適性和運動性,但其成本相對較高,難以在普通家用車上推廣。

5.汽車動力與經濟的矛盾。

馬跑得快不吃草是不可能的。汽車也是如此。如果發動機的熱效率沒有明顯提高,就必須消耗更多的燃料才能輸出更大的功率。所謂的“動力強油耗低”,其實只是壹種宣傳噱頭。如果有這樣的模式,必然會放棄某些方面的性能。仔細看的話,市面上絕大多數車型在檔次、排量、動力差不多的前提下,油耗相差不大。有些油耗超標的車型也屬於主機廠技術水平差,車的整體調校不好。

6.汽車造型與風阻系數的矛盾。

其實理論上壹輛車的風阻系數可以極低,但這樣的車形不壹定能看得直,也離人的審美角度很遠。因此,汽車工程師需要設計出最符合人類審美觀點的外形,同時還要有盡可能小的風阻系數。總的來說,這是很矛盾的。高大威猛的越野車看起來像個方盒子,所以風阻系數不會很低;普通車太流線型,給人感覺太軟,其實風阻系數低。汽車工程師會根據不同的汽車定位設計不同形狀的車身。但是,風阻系數越低越好。還要考慮汽車高速行駛時空氣阻力對行駛穩定性的影響。如果過分追求低阻力,可能會導致汽車高速時抓地力不足,汽車失控漂浮。目前風阻系數最低的車型是奔馳的CLA,只有0.24。

其實車內的矛盾還是很多的,比如輪胎與舒適性和油耗的矛盾,車身鋼板的硬度與安全性的矛盾,汽車本身的性能與國家政策的矛盾,技術的先進性與可靠性的矛盾。他們之間的矛盾,等等。總之,任何事物都有兩面性。有好的壹面,也有不好的壹面。沒有絕對的好壞。汽車就是這樣壹個矛盾的綜合體,它需要平衡各方面的性能,最終做出最適合我們使用的汽車。

本文來自車家作者汽車之家,不代表汽車之家立場。