汽车大观——如何优雅地谈论汽车？

卡尔·本茨与汽车

1888年夏末的一天，天刚蒙蒙亮的时候，贝瑞塔·本茨的丈夫还陷在昏昏沉沉的睡梦中，他的两个儿子，15岁的欧根与14岁的里夏德兴冲冲地帮助母亲“爬”上了一辆不用马拉，看上去就像笨拙的三轮自行车的机器上。贝瑞塔·本茨和她两个儿子从曼海姆出发，目的地是106千米以外的普福尔茨海姆，欧根与里夏德想去看望自己的外祖母。

套用一句时髦的话，这是一场说走就走的旅行，母子三人居然没人认识去普福尔茨海姆的路，路牌成了唯一可靠的向导；跑了没多远发现汽油快见底了，在没有加油站的年代里，化工品商店里的有机溶剂（汽油的一种功能）成了他们的救命稻草；链条断了没法修，就把车推到修自行车的铺子边上，在自行车修车师傅讶异的眼神里等待救援；最恼人的是遇见上坡的时候，欧根与里夏德还得推车，贝瑞塔·本茨就像一个握着方向盘的马车夫，笨拙地控制着前进方向……当然，一路上最搞怪的莫过于，当路人发现这匹“自行马车”时投射过来的奇异甚至是恐惧的目光，他们脑子里面一定会想：这货居然不靠马拉！

从清晨5点钟出发，驶过106千米的距离后，外祖母惊喜地看着贝瑞塔·本茨母子三人狼狈地跳下车。不过，贝瑞塔·本茨并没有休息，而是立即给自己的丈夫发去一封电报：汽车经受了考验，请速申请参加慕尼黑博览会。

这是人类第一次自驾游，完成这一旅途的是汽车发明人卡尔·本茨的妻子，乘客则是她的两个儿子，现在亦普遍认为，贝瑞塔本茨是世界上第一位司机。至于贝瑞塔·本茨为什么要来一场说走就走的旅行，那得从卡尔·本茨这个汽车发明人与他的汽车说起。

卡尔·本茨的父亲是一名火车司机，在本茨只有两岁的时候因事故去世，恼火的是，他才成为这个人的儿子不过一年。因为卡尔·本茨的母亲与火车司机未婚生育，所以他直到出生一年后，在父母正式成婚之后才获得了“本茨”这个姓氏（他当年跟着母亲姓瓦兰特，如果没改姓的话，今天的奔驰汽车估计就得叫瓦兰特汽车了）。

家庭环境或许是本茨从小就喜欢机械的原因，本茨从小就喜欢倒腾火车。本茨15岁时就通过大学入学考试，进入卡尔斯鲁厄综合理工大学（即今天的卡尔斯鲁厄大学）学习机械工程。1865年，本茨毕业后迷恋上自行车，并畅想着自己有朝一日能够造一辆不用腿蹬的真正的“自行车”。

每一个成功男人的背后都有一个善于“折腾”的女人，前面提到的贝瑞塔·本茨除了那一次说走就走的旅行之外，还在关键时刻拯救了卡尔·本茨的事业。1871年，卡尔本茨与人合资的机械工厂由于经营不善濒临倒闭，合伙人的股份也将被政府没收。这个时候，还没过门的贝瑞塔卖掉自己的嫁妆并收购了合伙人的股份挽救了工厂。就是在这个工厂的车间里，卡尔·本茨获得了两冲程发动机、火花塞、离合器、变速器、水冷散热器与打火系统的专利。

令人遗憾的是，乔布斯并不是第一个被赶出自己创业公司的人，因为卡尔·本茨的公司被政府要求与大型机械公司合并，他自己最后只有带着不到5%的股份离开了这家工厂。后来，卡尔本茨找到曼海姆一位经营自行车零件的老板，鼓动他一起制造真正的“自行车”（他是有多喜欢自行车呀）。二人经过商谈，在吸收了一些投资后，本茨汽车公司建立。

如果你想知道世界上第一辆汽车的机械结构，你随便找一辆电动三轮车就能完全掌握其奥秘，因为世界上第一辆汽车的结构和今天的电动三轮几乎没有区别。卡尔·本茨当初不过是在三轮自行车的基础上，在后面两个轮子的轴上装配上齿轮，奥托发动机驱动齿轮，通过齿轮传动的方式让车动起来。本茨随后把自行车座位换成稍宽敞一点的座椅，用手动齿轮盘控制方向。当这辆汽车于1885年在德国曼海姆面世时并不如大家所想的风光无限，围观的眼神充满了讶异与嘲讽，因为这辆车非常不好控制，所以经常看见它撞墙，至于汽车的销量那就更是无从谈起了。

前面提到的完成世界上第一次自驾游的车型其实已经被卡尔·本茨改进到了3.0版，不过此时的本茨汽车已经投入了大量的财力，如果车继续卖不出去，本茨汽车就得关门歇业，所以就有了世界上第一次自驾游。这一次自驾游，让德国人相信了汽车的能力，开始有人购买本茨家的汽车。从此以后，车轮从德国驶向整个世界，成为一种平常的家庭消费品。

四冲程循环（Four stroke cycle）

现代汽车以及工业用途的（汽车、卡车、发电机）内燃机中大多都是四冲程循环的，由一个周期内的四个冲程构成，亦即四个活塞在气缸中单方向的直线运动：

进气（吸气）冲程：燃料与空气的混合气体通过一个或者多个进气门注入气缸。

压缩冲程：混合气体被压缩。

做功（点火）冲程：混合气体在接近压缩冲程顶点时被火花塞点燃。

排气冲程：燃烧过的废气通过一个或者多个排气门排出气缸。

柴油发动机

同样排量的柴油发动机比汽油发动机的油耗更低，二氧化碳排放也更少，并且在中低转速就能达到很高的扭力（请对比柴油大客车与汽油轿车的发动机转速表）。但是，因为柴油这种长碳链有机化合物燃烧后容易产生超细微悬浮碳粒（PM2.5），并且气缸内的高温高压还会产生许多氮氧化物，所以，在很长一段时间内，汽油发动机主宰了汽车的引擎舱。

不过，最近几年持续发展的柴油发动机技术已经解决了污染问题，通过在排气管中安置尿素的方式还能中和发动机排出的氮氧化合物（美国的加油站强制要求柴油加油机旁安装尿素补充装置），柴油汽车成为轿车动力的新选择。

车轮碾过美国

在爱尔兰生活难以为继的威廉·福特，漂洋过海来到新大陆的密歇根州迪尔伯恩，因为这个地方自1791年成为欧洲移民的聚集地，1836年就建立了农场。相比爱尔兰的饥荒（参见《科学Fans》2014年2月号），这个地方已经能算是天堂了。

1863年7月30人，威廉·福特在忐忑中迎来了他大儿子的出生，他给小家伙取了一个名字叫亨利。

有人说硅谷的科技天才们喜欢说自己是99%的汗水加上1%的天赋，但原话却是这样的：“天才是99%的汗水加上1%的天赋，我们已经付出了99%的汗水，但始终难以寻觅那1%的天赋。”如果有上帝，那么他在给亨利·福特这个农夫的儿子加技能点的时候，一定在“机械”这个选项上点了N次鼠标。亨利12岁的时候就在自家的谷仓建立了一个机械作坊，15岁的时候就Diy了一个内燃机（你15岁的时候在干什么？）。1879年，也就是亨利造出内燃机的第二年，他为了在机械制造上施展自己的抱负，选择背井离乡前往底特律成为了一名机械工学徒，随后不久即加入西屋电气。

时间流动到1891年，28岁的亨利·福特已经成为爱迪生照明公司（著名发明家爱迪生创办的公司，也就是今天的通用电气）的一名主任工程师。此时的亨利·福特意气风发，除了足够的时间、设备与精力，财富上的支持足以让他自己完全沉浸到自己所热爱的内燃机研究中去。1896年，亨利·福特也独立开发出了属于自己的第一辆四轮汽车。如果不是卡尔·本茨比他早一年造出汽车，或许今天历史教科书上写的汽车发明人将是亨利·福特。

不过，亨利·福特与大名鼎鼎的福特汽车之间的距离还是很远的，其中所经历的各种坎坷除了带给这个工程师出身的商人许多教训，也让今天的美国家长们多了些“教育”孩子的谈资。

亨利·福特独立造出汽车没多久，他与爱迪生照明公司另外几名工程师辞职创业，创办了底特律汽车公司。作为这家公司的灵魂，亨利·福特的工程师思维得到了“淋漓精致”的展现。他制造汽车的目的不是为了赚钱，而是为了在赛道上超别人家的车，亨利·福特甚至不惜亲自上阵。结果你懂的，这家公司没多久就倒闭了。

1901年，亨利·福特的造车技术吸引了几个土豪的注意，于是又出资成立了亨利福特汽车公司。这一次，亨利·福特终于在赛道上超越对手拿到了第一名。但是，合伙的土豪不乐意了，将他赶出了公司，他的股份转让给了另外一个“亨利”，一位名叫亨利·李兰的优秀发明家。后来，亨利福特汽车公司更名为凯迪拉克（没错，就是今天那个高端大气上档次的凯迪拉克）。

中国的家长在教育熊孩子的时候往往以“事不过三”作为底线，如果什么错误还得犯第三次，熊孩子的屁股上往往会留下“Dia pa Dia”三个掌印。亨利福特不愿意当那个熊孩子，1903年，一个煤炭商人与他的会计说服另外10个人，共同凑728000美元给亨利·福特成立了福特汽车公司（一直延续到今天）。这一次，亨利·福特用实际行动告诉公众一条真理：失败真的是成功它母亲。

1908年，福特汽车公司在经历了5年的摸爬滚打之后，推出了在历史上都得被狠狠记上一笔的车型——T型车。这一车型的生产初期，由三四名工人为一个班组，在原本生产马车的车间里敲敲打打，东一榔头西一棒槌地生产汽车。这里要提醒你的是，当时全世界所有的汽车厂商都是这么干的，这也是当时汽车售价非常昂贵的原因之一。

亨利·福特发现，这种方式其实非常不科学，干脆就建立一条装配线，让每一个工位的工人只负责一项工作，上螺丝的就绝不能去装轮毂！装配线的好处是显而易见的，每个工人只专注于一项工作，熟能生巧的技艺先不说，快速流动的生产线将极大提高生产效率。

1913年，在积累了足够的技术工艺并确定了标准之后，福特汽车的装配线上马。此外，亨利·福特不仅率先实现8小时工作制，还将工人的日薪提高到前所未有的5美元（在当时的美国，这个收入相当于高级经理人）。由于在工业生产中采用流水线作业带来的低成本，不仅手工作坊式的竞争者招架不住，200多美元的T型车更是成为一种大众消费品，世界几乎被T型车的轮子碾过。1927年T型车停产，它总计被生产了1500万辆，而这一纪录在经历了45年后才被甲壳虫打破。

虽然卡尔-本次发明了汽车，却是亨利·福特普及了汽车。亨利·福特个人在全世界享有极高的声誉，那怕是在他过世这么多年之后，无论是在当今的经济管理还是历史教科书上，他的名字都被深深铭刻。

除了亨利·福特，日本的丰田纺织机在丰田喜一郎的手里变成了丰田汽车；费迪南·保时捷的甲壳虫催生了大众汽车；卡尔·弗雷德李希·拉普在1913年将生产自行车的工厂转产汽车，有了今天的宝马；原本生产汽车配件的本田技研于1937年投产汽车；安德烈·雪铁龙则把第一次世界大战中给法国生产炮弹的生产线，转变成了汽车生产线。

今天，汽车走过百年，没有这些创始人卓越的远见与胆识，没有数十年的孜孜以求，汽车恐怕不会如今天这样成为普通商品。亨利·福特推广了汽车，但今天每一个汽车公司的创始人，同样也是伟大的汽车推广者。

汽车进化——车辆安全

第一起车祸

1771年，法国陆军工程师尼古拉·约瑟夫·居留制造了第一辆“汽车”（以蒸汽机为动力），结果在测试的时候由于转向系统故障，一头扎进了一堵墙后“粉身碎骨”，而这成了世界上第一起交通事故。安全带

虽然美国人爱德华·克拉霍恩于1895年申请了第一个安全带专利，但这并不是汽车用安全带。1958年，瑞典沃尔沃汽车公司发明了现在汽车必须装备的三点式座位安全带，沃尔沃并没有申请专利，而是提醒其他厂家应该安装安全带。ABS（Ant-lock Braking System）防抱死系统

1929年，法国飞机工程师加布里埃尔开发出飞机用的防抱死系统，可以让飞机在降落滑行阶段通过轮胎刹车有效减速。1936年，德国博世公司注册了防抱死系统的专利。不过，现代汽车使用的带有电脑传感器的防抱死系统则起源于美国克莱斯勒，并于1971年成为美国国家强制标准。

第一张驾驶执照

1888年，当汽车行驶在德国的道路上时所产生的噪音与油烟让别人难以忍受，于是有些人要求汽车别再上路。卡尔·本茨为了自家的汽车能够合法地行驶在道路上，于是向政府写了一份申请汽车上路的文件。文件最终得到批复，这算是世界上第一张驾驶执照。

安全气囊

1953年，美国工程师约翰-赫特里克因自己遭受的一场车祸而受启发，想出了安全气囊这个东西并取得专利。1974年，通用汽车开始在车辆上安装安全气囊。安全气囊其实是通过爆炸快速充气鼓足气囊，在使用得当的条件下，可以降低11%的事故死亡率。

碰撞假人

1976年，受到美国空军早前弹射座椅工程的启发，HybridⅢ假人被通用汽车用于安全测试中。由于假人的使用，测试人员可以通过换算得知汽车发生事故后，将会对人体产生哪些具体的损伤，进而修改车身设计以保护乘员。

麋鹿测试

北欧麋鹿、驼鹿之类的大型哺乳动物可能突然冲上马路，于是瑞典萨博汽车（已经被北京汽车公司收购）于1970年推出了一项针对汽车紧急规避后还能保持正常行驶的测试，被命名为“麋鹿测试”。该测试会在测试路面上摆放交错两列的圆锥桶，车辆满载且不踩刹车的情况下以70～80千米小时通过圆锥桶。

碰撞试验

1979年，被誉为“车轮上的国家”的。美国，同样也得担负“车祸死亡人数最多的国家”的名头。在这一压力下，美国国1家公路交通管理局推出强制措施，要求车辆出厂前必须进行NHTSA碰撞试验，随后，碰撞试验在全球推广开来。

驶向何方？

上一个世纪的后30年总共掀起了3次全球性的能源危机，进入到21世纪以后，虽然新的石油开采技术与海底油田不断被发现，但石油这种能源终有它枯竭的一天。再说了，燃烧所带来的二氧化碳与污染物不可避免，电动汽车成为一种可以预见的发展浪潮。在21世纪初，特斯拉汽车似乎是这场技术浪潮中的弄潮儿。

要说明的是，现今世界上任何一家规模性汽车企业要造一辆电动汽车真的是分分钟的事情，但能做到特斯拉级电动车水准的，至少现目前还没有。

特斯拉的能量存储设备并不神秘，不过是7000块普通的松下NCR18650钴锂电池，而钴锂电池是现在移动智能设备中最常见的电池（你的笔记本电脑就很可能用的是这种电池）。松下NCR18650钴锂电池的优点很明显，能量密度大、放电能力强，不同电池之间的一致性非常好，重量轻且价格低。但是，特斯拉汽车上市时，这一能源方案饱受怀疑，因为钻锂电池的弱点会被汽车这种交通工具强烈放大。一块钴锂电池如果过分放电就会导致电池鼓包甚至爆炸，更何况一辆特斯拉轿车内串、并联了7000块钴锂电池？一旦某一块电池出现问题，整个能源系统就是一颗炸弹。

不过，现在公路上行驶的各品牌电动车（使用完全不同的电池方案）都发生过自燃事件，就特斯拉没有发生过，好歹发生了几次车祸并燃烧，事故责任还不在特斯拉汽车。其原因在于，做软件出身的特斯拉创始人开发了一套严谨、安全而卓越的电池控制系统。该系统可以监控每一块电池的能量、温度与工作状态，一旦发现电池有过放电的可能时就及时切断该电池的连接。

电动车相比内燃机还有许多优点。加速快，比如电机在车辆起步阶段就能提供很大的扭力，所以特斯拉的百公里加速时间不到5秒，这一成绩可以在马路上秒杀宝马M5运动跑车；不需要变速器，直流无刷电机可以通过提高电压的方式提高转速：静音，没有活塞运动带来的振动，电机所带来的顺畅感是内燃机远远不能比的。

但摆在电动汽车面前最大的问题同样艰巨。电动车充电不是说随便找一个插座一插就完事儿，手机充电怎么也要一个小时，更何况一辆车？恼火的是，由于环境温度会影响到电池内带电粒子的活性，电动汽车在冬天的续航时间会变短。此外，加油枪四处能找到，但充电桩之类的东西需要国家层面大面积推广，不是一家企业依靠自身力量就能完成的事情。还有那汽车保养，一个剐蹭你都不敢重新烤漆，因为温度过高会导致电池爆炸……

最后，电动汽车本身的的确确是零排放、零污染，但我们不要忽视一个问题，锂电池的生产却是一个高环境风险的产业，而报废的锂电池还带来另外一个严重的环境问题——这东西怎么回收？此外，电力的产生如果过分依靠火力发电，那充电汽车绝谈不上是零排放，无非只是把排放前置而已，而燃煤同样存在枯竭的问题。

在电动车出现在市场上时，内燃机汽车并没有坐以待毙。最近十年以来，汽车的排量越来越小而功率越来越大，现在一个1.4T涡轮增压发动机所能达到的技术指标甚至相当于一个2.4L自然吸气发动机，这也就意味着更低的燃烧量带来更大的力量。

油电混合技术也提供了新的思路，一辆汽车上分别安装发动机与电机两套动力系统，而提供能源的则是油箱与小型电池组。在车辆刹车的时候，利用火车上首先使用过的能量回收装置将刹车产生的热量回收，以发电机接驳到轮轴的方式产生电力并充电，在车辆下坡时也采用同样的方式转换势能为电能。

回收的电力又如何使用呢？车辆起步阶段使用电机，可以利用电机的高扭力特性完成加速，当速度达到一个标准值时发动机的燃油经济性也最佳，发动机再启动并接驳变速器后驱动汽车。以雷克萨斯Ct200h这一油电混合动力汽车为例，其百公里油耗仅为4.7升。

在各种新能源汽车中，日本与德国以燃料电池汽车见长，美国已经有企业投入到以释放α射线（一张纸就可以挡住该辐射）的金属钍为燃料的核动力汽车，一次燃料添加可以行使10万千米。

在我们忧心低碳事业的时候，除了做好自己的身边事以外，一群伟大的工程师与科学家正在新能源汽车的发展上孜孜以求，毫无懈怠。

汽车进化——神奇装备

转子发动机

勒芒24小时耐力赛，虽然中国观众不一定熟知，但它却是影响力仅次于一级方程式的比赛。对于汽车制造商而言，勒芒24小时耐力赛的重要程度则无可撼动。既然是24小时耐力赛，意味着连续24小时的比赛中，汽车并不会熄火，而是靠中途更换驾驶员的方式来完成比赛。可想而知，轴承、变速器、发动机、散热器与悬挂将在持续高强度的比赛中面临极为严苛的考验。值得一提的是，正是因为这种“变态”的比赛存在，很多新型制造技术与工艺也就这样给逼了出来，勒芒也成为汽车品牌的炼狱场。

马自达787装备转子发动机曾获得勒芒冠军，这种发动机没有活塞，而是在椭圆形空腔中放置一个勒洛三角形的金属转子，椭圆形空腔就被分为三个燃烧室。因为勒洛三角形在椭圆形空腔运转会导致三个燃烧室容积改变，于是以“进气——空气与燃油混合压缩——火花塞点火燃烧——排气”的方式循环运动。金属转子的中心有一个51齿的内齿轮，在偏转运动中驱动一个固定的中心齿轮（传统内燃机是活塞推动曲轴）。因为内齿轮的齿数为51、中心齿轮的齿数为34，51-34=17，17÷51/3。转子的三个面同步进行不同的四冲程周期，当转子转一圈便完成3次四冲程周期。

你想想看，转子一圈就做了3次功，而一般的四冲程发动机曲轴要转两圈才做一次功，再加上转子发动机需要的零件少而更轻便，所以转子发动机可以实现小排量的大功率。但是，因为转子引擎这种方式导致燃烧不充分的致命缺点，污染非常大。比如马自达RX8跑车的转子发动机仅1.3升排量，但日本在以排量征税时却按照2.6升计算……

三元催化器

无论汽油提炼得多么纯净，其燃烧后必然产生一氧化碳、碳氢化合物等污染物。作为汽油消耗的大户，汽车发动机必须得想个什么方法来解决污染问题，催化转换器也就应运而生。

通过内置密密麻麻的金属网，人们就可以获得极大的表面积，再在这个金属网外围镀上铂、钯与铑等贵金属，由铂负责催化，钯负责氧化催化，铑负责还原催化，那么三元催化器就诞生了。当一氧化碳（CO）通过三元催化器时，催化作用让一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳；当碳氢化合物（HC）经过时，催化作用让碳氢化合物与氧气反应生成二氧化碳与水；当氨氧化合物（NO）通过时，催化作用让氨氧化合物生成氧气与氮气。

虽然三元催化器无法完全催化发动机排除的废气，但它极大降低了污染。目前，中国的轿车执行了相当高的排放标准要求，所以当雾霾发生时把责任推给私家车是不合适的。

卡丁车

卡丁车是一个外形类似除草机的赛车，实际上有一种传说就认为是农夫闲暇之余将除草机改造成了卡丁车。

不要告诉我你在公园里面开过卡丁车，猫哥敢打赌5毛钱，90%的公园卡丁车都是仿冒的。真正的卡丁车被誉为顶尖赛车手的摇篮，哪怕是入门级别的卡丁车也装备有160毫升或者250毫升的四冲程发动机，可以达到50千米/小时的速度。在高级别的卡丁车中，装备有250毫升二冲程发动机的卡丁车甚至可以达到250千米/小时的极速。

大家所熟知的舒马赫（真心希望车王挺过这一关），因赛车事故过世的巴西车手塞纳，北欧冰王子哈基宁等顶尖一级方程式赛车手，在他们的童年期都经历了系统而周密的卡丁车训练。哪怕他们已经成为这个世界上最顶尖的驾驶员，他们每年仍然会参加在巴黎举行的世界卡丁车锦标赛。

保罗·沃克之死

不管是《极品飞车》《山脊赛车》还是《GT赛车》，当驾驶失当导致惨烈车祸后，不甘心的你无非选择Restart。如果在现实世界，那么你的选择就只会有一项——quit。保罗·沃克绝对是银幕上最帅的赛车玩家，虽然在《速度与激情》里NG了以后可以重新补拍，但现实世界里，这一次NG就再也没有重来。

虽然保罗·沃克只是这辆保时捷卡雷拉上的乘客，但由于驾驶员超速驾驶导致车辆失控，进而撞击灯杆与树之后爆炸起火。据警方调查结果，保罗·沃克死于爆炸后的自燃，也就是说，他是被活活烧死的。我们再来看一组数据：

截2011年，中国（除港澳台地区）因车祸死亡人数为62387人（2001年，车祸死亡人数为10.7万人，10年时间，车祸死亡人数持续下降）。

在公安部发布的2011年的一份车祸事故原因调查表中，我看到的最多的事故原因有：超速、超载、酒驾、疲劳驾驶、驾车接电话、未系安全带……其中，我看到的最多是未系安全带、酒驾与超速。

美国交通安全专家曾分析由英国与美国数十年来各种车祸的数据，得出一个导致事故因素的统计数据（见左图）。

车祸其实是人祸，网络视频里越来越多的车祸现场都告诉我们：如果受害者都绑上了安全带，没有酒后驾驶，不要超速与超载，灾难是很轻松就可以避免的。如果你身边的亲友涉嫌违章驾驶汽车，你一定要告诉他这样做的后果。

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