当人类历史进入20世纪,交通运输越来越成为一个国家极其重要的基础设施,成为一个国家赖以生存和发展的命脉。现代运输格局,使我们在感受到空中的飞机、海上的轮船、陆地的火车等交通运输工具的方便快捷之外,我们更经常地体会到汽车给人们的生活带来的诸多便利。其实,汽车的出现只是近100多年的事情。但人们的梦想和追求却已相当久远。
独领风骚的中国早期车辆技术汽车曾经历了好几千年的孕育和形成的历史,中国古代的车辆制造史对人类发明汽车起了巨大作用。
早在殷商时代,中国人就能制造较高级的两轮车,车轮有辐条,结构精巧华美。周朝时还出现了车轮轴承的润滑油。春秋战国时期,高架车、巢车等新型车辆已广为应用。汉魏时流行一种经济耐用的独轮车。根据科技史家的研究考证,他们认为这不劳人力、不食粮草的“木牛流马”就是一种独轮车,而从其能上山下岭、昼夜运行的情况看,这种独轮车的内部结构和性能一定非常精巧、复杂。大致同时,我国出现了四轮车。南北朝时,出现了规模更大的车,如由12条牛拉的大型牛车、装有20个轮子的大车(类似现在的载重大卡车)及安装磨机的磨车,这些车都已经用石油作润滑材料了。五代时出现了三轮车。北宋时“独轮车”发展成各种各样的运输车,还出现了“手推车”、“二把车”、“鸡公车”等名称,有的独轮车上还安有风帆,以借助风力减轻人力,因其轻便灵活、适应性强,在我国农村应用非常广泛。
明代时又有专门运输建筑材料的八轮车。清代出现了四轮铁甲车。
在中国古代的各种车辆中,设计严谨、结构精巧的指南车和计里鼓车最充分地体现了中国古代工匠在运输车辆制造方面的高度智慧和创造能力。它们的机械传动和控制原理都非常复杂,远远超出了同时代西方人的机械制造水平。我们可以粗略地看一下计里鼓车。
宋天圣五年(1027年)卢道隆制造和大观年间(1107-1110年)吴德仁再造的计里鼓车,结构大致相同。它共有两个足轮,立轮、下平轮、旋风轮、中平轮、小平轮和上平轮等齿轮各一个,整个齿轮系统和车辆同行同止。车行一里,中平轮转一周,同时,在中平轮的轴上安装的一个起凸轮作用的拨子,拨动木人的手臂,击鼓一次。如再加上一个10齿的小平轮和一个100齿的上平轮,当车行10米时,上平轮转一周,上面的拨子拨动另一木人的手臂,使木人击鼓一次。这里面的各种齿轮的大小和齿数都非常精密。计里鼓车虽在汉魏时就已出现,但其因原理和制作方法史书所记不详,就延迟至宋朝才又被人制造成这个样子。
汽车的诞生
中国虽有十分发达的机械车辆制造技术,但现代意义的汽车并没有在中国诞生。荷兰17世纪初的风帆车算是西方汽车的祖先。到18世纪,在瓦特发明蒸汽机之后第二年,法国出现了古诺的第一辆蒸汽车。
法国工程师尼古拉?约瑟夫?居纽奉陆军大臣舒瓦瑟尔公爵之命,于1771年制造了一辆用来运送辎重和牵引火炮的蒸汽车,当时人们称它为“大板车”。这辆车以粗木作车架,装有三个轮子,前轮既是驱动轮,也是转向轮,司机通过一个双把曲柄控制车行方向。车上装有世界上第一台高压蒸汽机,活塞杆将蒸汽机活塞的运动传递给驱动轮,从而带动前轮运动,它的时速曾达3.5千米。它至今还保存在巴黎国立工艺博物馆,供人参观。
之后,英国著名的铁道蒸汽机车发明者特莱维西克于1801年制造了第一辆能乘坐的汽车。
但是,蒸汽机的动力还太小,带动机车尚显费劲,驱动汽车就更加困难。为汽车创造一种更充足的动力机成为汽车发展的关键。内燃机的出现为实现这一点提供了可能。1832年,布朗发明了最早的内燃机——煤气机。经过法国人卢诺瓦、德罗夏和德国人奥托?戴姆勒等人的努力,四冲程煤气机出现了。戴姆勒原是一个军械所的学徒,他与设计师威廉?迈巴赫在多伊茨工厂工作期间,就想用汽油代替煤气工作,用电火花代替奥托的火焰点火,把笨重的固定性发动机变成可以移动的轻便汽油机。1883年,这种汽油机问世,可达每分钟900转的高速。随后,他们又造出“座钟”发动机,将它用在两轮车上。1885年,一辆装有这种发动机的摩托车产生,它由一个木架和两个带铁箍的木轮组成,时速可达12千米,从而证明了“座钟”发动机可以用于车辆。
1873年,法国人阿梅代?博莱制造出一台有12个座位的蒸汽汽车。能装12个乘客的容载量在当时已经是最大的了,说明它的动力确实很大。这辆汽车上装有两台V形双缸蒸汽机,每台发动机均有一根传动轴,通过齿轮和格尔式链与驱动轮相连。它是后轮驱动,前轮转向,操纵十分方便省力,车上所有的操作机构均装在司机手脚可以活动到的范围之内,而最主要的是装有一个控制发动机进气量的踏板和一个方向盘。这显然已是现代汽车的雏形。1875年,博莱汽车在18个小时之内走完了从勒芒到巴黎的230千米路程(包括沿途的休息和加水时的停留),在载重的4800千克的情况下,时速仍达20千米。因这种汽车易于操纵,所以就有了“温顺者”的美称。
1886年,戴姆勒和迈巴赫让车匠造出一个改了装的马车,把车辕变为操纵杆,以控制行驶方向,司机坐在原来马车夫坐的地方,采用后轮驱动,在平坦的道路上时速已接近20千米。
这是世界上最早的内燃机驱动的四轮汽车。1889年,他们就在巴黎万国博览会上展出了世界上第一辆钢管车架的汽油发动机汽车,它的车轮是实心橡胶胎钢圈轮,有两台V型排列双缸汽油发动机,功率为2千瓦,时速分别为5千米到16千米,还有一台锥形摩擦离合器和一套后轮机械制动系统,前面的转向轮略小于后驱动轮。
戴姆勒—迈巴赫汽油汽车一问世,法国人勒内?庞阿尔和埃米尔?勒瓦索就购买了它的专利,改进后组织批量生产。1891年,他们造出了第一台样车,把发动机从原车架的后部移到前脚,并呈卧式安装,节省了车内空间。巴黎国立工艺博物馆里还存有一辆M2E1896型汽车。
庞阿尔和勒瓦索是法国最早的汽车制造商,也是世界上最早的成批生产汽车的企业家。他们和戴姆勒、迈巴赫一样被推崇为现代汽车的创始人。
另一位汽车先驱者是德国人卡尔?本茨。他在1879年获得了两冲程发动机的发明专利。1887年,他曾造出一辆有点像马车的三轮汽车,用高压电火花为发动机点火,采用汽化器,以便使用液体燃料,前轮控制方向。他的夫人曾瞒着他,驾着这种车,作了一次100多千米的远游,尽管途中出过一些故障,但还是到达了目的地。不久,这辆车就卖给了巴黎的罗杰。他在法国独家经营和装配这种汽车。到了1888年,人们只要花140镑,就能买到一辆这样的“奔驰”车(本茨车)。1890年后,这种三轮车又被改装成四轮车,速度不高,但简单可靠,价格便宜。奔驰车也是当时世界上最先作为商品出售的汽车,1890-1900年间,就销售了2000辆。
与汽车的速度和性能直接相关的还有轮胎。1887年,英格兰的一位名叫邓禄普的兽医做成了世界上第一条充气轮胎。而如何更好地固定轮胎的问题,是由韦尔奇解决的,他在外胎中埋入钢丝,并用盘形轮缘帮助固定轮胎。如果没有轮胎,不仅汽车不会跑得像现在这样快,而且公路的路面也无法得到很好的保护。
此后,汽车的制造和比赛就迅速发展起来。1894年,巴黎举行了第一次汽车大赛。1895年,车赛的优胜者时速曾达25千米。10年后,美国的赛车速度已达每小时150千米。到1914年,世界上已经有200万辆汽车。
汽车行业的发展与繁荣
汽车行业的空前迅速的发展是由美国人亨利?福特推动的。他于1896年在底特律研制成一种福特T型汽车,并于1908年建立了批量生产汽车的流水线。这种生产线是按泰勒制建立起来的世界上第一条装备生产线。由于采用这种生产效率极高的科学劳动组织方法,福特汽车公司得以在1908-1927年间,生产出1800万辆T型汽车。
福特的汽车最初使用凯恩?彭宁顿的汽缸四冲程发动机,具有高压点火系统和温差循环水冷却系统。车上还装有多片式离合器、行星齿轮式变速器、行星齿轮差速器、伞形齿轮式后桥和行星齿轮箱式转向器。它们已成为现代汽车最为传统的核心部件。
汽车行业的空前发展还离不开鲁道夫?狄塞尔与克虏伯合作研制的柴油发动机的广泛应用。
这种发动机比汽油机功率大、压缩比高,而且所用重油较为廉价。虽然狄塞尔因对自己的经济前景深感绝望而投海自尽,但他的柴油机却成了20世纪坦克、拖拉机、舰艇和大多数重型机动车辆包括汽车的动力心脏。
汽车行业的发展同时促动了其他经济部门的腾飞,如对石油的需要,使得石油的生产在整个经济中举足轻重;汽车轮胎对橡胶的需要,使得大国抢掠殖民地的天然橡胶成为重要的殖民掠夺活动之一,甚至于公路、桥梁的修建和维修、车库、加油站、停车场等已成为现代社会不可缺少的一部分。
在19~20世纪之交,法国还出现了两种引人注目的汽车。一种是21岁的青年路易?雷诺设计并制造的一辆轻型汽车。它采用轻型管式车架,装有一台三挡变速器和一套差速轴式传动系统,除了发动机采用德迪翁—布东式的以外,其他所有零件均是雷诺自己设计的。之后,他的弟弟马塞尔又鼓励他继续系统地组织生产,并于1899年建立了雷诺兄弟公司。经改进之后,从1899年3月起,雷诺汽车在各种汽车竞赛中崭露头角,连连夺魁。从此,这种汽车名声大振,赢得了大批用户。
另一种汽车是阿尔贝?德迪翁侯爵与布东一道设计制造的,被称为“面对面”式德迪翁—布东汽车。“面对面”式是指它的两排座位相向排列。它的四冲程发动机转速达每分钟1880转,产生4.5马力的功率,这一转速在当时是绝无仅有的。它还采用了不少新技术和新设备,在水冷却系统、点火系统、转向控制系统及制动系统等方面都有诸多创新,大大推动了汽车零部件制造业的发展。
法国人的贡献还有很多。费尔南?福雷于1888年设计的直列六缸发动机,作为一种大容量汽缸发动机,至今仍为一部分美国人所喜爱。他于1889年设计的直列四缸发动机,被莱特兄弟发明的飞机和福特T型汽车所使用。现在欧洲各汽车制造厂使用最多的仍是这种发动机。
进入20世纪,法国工程师皮埃尔?费纳伊1926年发明了一种凸块式等速万向节,使汽车前轮驱动成为现实。法国雪铁龙汽车公司的创始人安德烈?雪铁龙于1925年制造出B10型和B12型汽车,采用全钢车身,经受了跌落悬崖而受到较小损伤的考验,从而大大增强了小汽车的强度和安全程度。1934年,法国雪铁龙汽车公司采用前轮驱动方式成批生产7A小汽车,从而成为当时世界上最负盛名的汽车公司之一。现在,在全世界的小汽车中,后轮驱动的汽车数量锐减,而前轮驱动车已经成为主流。