不知道大家发现没有,不论多么昂贵的汽车,都不是百分之百完美的,都有这样或者那样的缺憾。这个观点不论是对几万块钱的家用车,还是高大上的BBA,还是顶级豪华车劳斯莱斯、宾利,甚至是不计成本的超级跑车布加迪,都是适用的。有人就会问了,那为什么就不能设计一款百分之百完美的汽车呢?事实上百分之百完美的汽车是不存在的,因为汽车上有很多功能或者性能是“互相矛盾”的,经常是选择了A就不能选择B,选择了B就不能选择C,比如成本与市场的矛盾、动力性与油耗的矛盾、舒适性与操控性的矛盾、空间与操控性的矛盾、技术先进性与可靠性的矛盾,等等。可以说,汽车就是一个矛盾综合体,汽车工程师就在这些矛盾之间闪转腾挪,协调平衡,最终设计制造出适合不同使用人群、不同使用需求的汽车。下面我们就来说说汽车上有哪些互相矛盾的地方,汽车工程师又是如何解决的。1、汽车设计制造成本与市场终端售价之间的矛盾相信大家都有这样的感觉,就是汽车售价越来越“便宜”了,同时汽车也越来越“减配”了,其实这就是汽车成本与售价之间的矛盾。对于汽车工程师而言,他希望把最好的东西都安装在汽车上,使用最好的材料和工艺来制造汽车,让汽车尽可能的完美,这就是所谓的“工程师文化”。但事实上这是不可能的,现在的汽车已经成为大众消费品了,所以必须得有大众消费得起的价格。如果不顾一切的只想用真材实料制造一辆“好车”,最终的结果可能是曲高和寡,销量低迷,老百姓根本买不起。所以汽车只能减配降低成本,以满足普罗大众的使用需求。早期的汽车减配一般是减配置,把一些不重要的、增加舒适性和豪华感的配置减掉。后来发现这样做太敏感,中国老百姓最重视的就是这些,你把这些都减了不是要他们的命嘛!逐渐的车企就学精了,在老百姓看得到的地方给你做得豪华大气,在老百姓看不到的地方偷偷减配,最常见的是减配后防撞钢梁、车顶加强筋、降低钢板强度、降低悬架级别(双叉臂变麦弗逊、多连杆变扭力梁)等。其实你自己可以思考一下,同样大小的汽车,以前的汽车比现在要重很多,车价也贵很多。人工、物价涨了,但是车反而更便宜了,这其中有哪些猫腻,我想你应该能理解吧!2、发动机动力性与经济性之间的矛盾汽车发动机既要求有良好的动力性,又要求有合适的经济性,如何解决二者之间的矛盾,是汽车工程师孜孜不倦的追求。其实发动机中各种零部件的结构、参数等都是互相平衡的结果,下面简单说几个。(1)压缩比与热效率:一般发动机的压缩比越高,热效率越高,那么发动机发明一百多年了,现在压缩比也只有11:1左右,最高的是马自达的创驰蓝天发动机,号称能达到14:1,但常用的状态也是在11:1左右;发动机的热效率最高也就是40%左右。那为什么不大幅度提高压缩比、提高发动机热效率呢?在现有的技术条件下,如果把压缩比提的过高,会有很多无法处理的问题。一方面是汽油如果被过度压缩的话,很可能发生爆燃,这是无法控制的燃烧状态,需要避免的;另一方面压缩比过高,零部件的强度也需要随之提高,我们知道柴油机的压缩比比汽油机大很多,但是同排量的柴油机体积也要比汽油机大很多,同时也更重,就是因为内部的零部件都需要加强设计。此外,汽油机可以使用铝合金,但是柴油机只能使用铸铁。此外,发动机在不同的工况下,对压缩比的需求也是不同的,因此压缩比最好是随着发动机工况随时变化的。这样的发动机在日产公司已经应用了,但是可靠性还是无法预计。现在汽车上普遍采用的可变气门正时与升程,其实也可以看做一种变相的可变压缩比。(2)气缸直径与活塞行程:在发动机中,气缸直径与活塞行程之比称为缸径行程比,不同的缸径行程比会影响发动机的动力输出特性。比如我们普通的民用车发动机一般采用大缸径行程比,这样可以在较低的转速下就发出比较大的扭矩,但是高速性能欠佳;而赛车发动机一般采用较小的缸径行程比,这样发动机可以获得更高的转速,有效的提升发动机功率。汽车工程师需要根据汽车不同的定位,合理选择不同动力输出特性的发动机,一般来说很难同时兼顾高低速性能,只能偏向于其中一种。(3)进气歧管的长度与发动机性能:较长的进气歧管,对发动机的低速扭矩是有利的,但是高速性能不佳;进气歧管越短,越有利于高速性能,但是低速扭矩较差。因此汽车工程师就要在进气歧管长度上找平衡,让发动机尽可能在常用转速下发出较高的扭矩。一个比较平衡的办法是采用可变长度进气歧管,在低速时采用长进气歧管,在高速时打开一个阀门,进气通道缩短。但是这种进气歧管的长度是突变的,不能实现逐级调节。(4)气门正时与升程与发动机性能:发动机在工作过程中,工况是随时改变的,对进排气的要求也有所不同,比如进气提前角、气门重叠角、气门升程等,比如低速工况可以采用较小的进气提前角,但是在高速时为了多进气,就必须采用较大的进气提前角,等等。但是对于普通的发动机来说,配气相位和气门升程是固定不变的,所以它一般按照常用转速下的需求来设计的,无法同时兼顾高低速性能。在以前这是一个无法解决的矛盾,现在采用了可变气门正时与升程技术,这个矛盾算是得到了比较好的解决。3、变速箱挡位数量与汽车动力性、经济性的矛盾从理论上来说,变速箱的挡位数量越多,对发动机的动力分配越精细,汽车的动力性与经济性就会越好。但是受制于变速箱体积、结构复杂程度、可靠性等各方面因素,变速箱挡位不可能做得太多,现在最多的有十一挡变速箱,常用的还是七速或八速变速箱。手动变速箱一般都是五速或六速的,挡位数太多操作台复杂,大卡车最多有十六速的,属于特殊的情况,并且日常使用也不是所有的挡位都能用到。其实从原理上来说CVT无级变速箱是可以实现无数个挡位的,它对发动机动力的分配最精细,可以实现更好的经济性。但是现阶段CVT变速箱还有不可克服的缺陷,不能在所有的车型上应用。4、汽车舒适性与运动型之间的矛盾如果你开过很多车的话,你就会发现:有些车悬架非常舒适、柔软,但是在高速过弯时车身侧倾较大,汽车操控性较差;还有些车型悬架非常硬,路面稍有不平就会感觉很颠,乘坐舒适性不好,但是这种车高速过弯时车身支撑性很好,车身侧倾较小,操控性较好,也就是我们俗称的汽车有一定的运动性。这两种不同的性格就取决于底盘的调校,一般很难兼顾,最常用的方法是调节平衡杆的刚度,以实现“初段软、后段硬”的效果。在比较高端的车型上,可以采用可变悬架系统,完美实现“竖向软、横向硬”的效果,可以很好的兼顾舒适性与运动性,但是它的成本是比较高的,在普通的家用车上很难普及使用。5、汽车动力性与经济性之间的矛盾既让马儿跑得快,又不给马儿吃草,这样的好事是不可能存在的。汽车也是这样,在发动机热效率没有明显提升的情况下,要输出更强的动力,就必须消耗更多的燃油。所谓的“动力强、油耗低”在事实上只是一个宣传的噱头而已,如果有这样的车型存在,它必然也是舍弃了某些方面的性能。不信你仔细的去看,市场上绝大多数的车型,在级别、排量、功率差不多的前提下,汽车的油耗差别很小。有些油耗过大的车型,也是属于主机厂的技术水平太差,汽车的整体调校不好。6、汽车造型与风阻系数之间的矛盾其实从理论上来说,汽车的风阻系数可以做的极低,但是这样的汽车造型可能会无法直视,远远的脱离人们的审美观点。所以,汽车工程师需要设计出最符合人类审美观点的造型,同时还要有尽可能小的风阻系数,一般来说这是非常矛盾的。高大威猛的越野车,外形像方盒子一样,风阻系数就不会很低;普通的轿车,流线型过大,给人的印象就是太柔和,但是风阻系数较低。汽车工程师会根据不同的汽车定位设计出不同造型的车身。不过风阻系数也不是越低越好,还要考虑汽车高速行驶时空气阻力对汽车行驶稳定性的影响,如果过度追求低风阻,有可能导致汽车高速行驶抓地力不足,汽车漂浮失控。现在风阻系数最低的车型是奔驰的CLA,只有0.24。其实汽车上还有很多互相矛盾的地方,比如轮胎与舒适性、油耗之间的矛盾,车身钢板硬度与安全性之间的矛盾,汽车本身性能与国家政策之间的矛盾,技术先进性与可靠性之间的矛盾,等等。总之,任何事情都有两面性,有好的一面,就有坏的一面,绝对的好坏是不存在的。汽车就是这样的一个矛盾综合体,它需要平衡各方面的性能,最终制造出最适合我们使用的汽车。
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