汽车是怎样跑起来的

第1章　汽车的五大要素1

1.1 　汽车的五大要素4

1.1.1 　行驶、转向和停车4

1.1.2 　五大要素密切协作5

1.2 　使汽车...

第1章　汽车的五大要素1

1.1 　汽车的五大要素4

1.1.1 　行驶、转向和停车4

1.1.2 　五大要素密切协作5

1.2 　使汽车发动的物理原理6

1.2.1 　汽车因热而动、因热而停6

1.2.2 　轮胎也受“热”的影响9

1.2.3 　借助作用力与反作用力转向10

1.2.4 　充分利用物理原理采取安全措施12

1.2.5 　汽车巧用物理14

1.3 　汽车行驶、转向直至停车的过程14

1.3.1 　动力传动系驱动汽车14

1.3.2 　转向系统实现汽车转向16

1.3.3 　制动液传递制动压力，使轮胎停止转动17

COLUMN 　汽车辟谣

世界上最早的汽车真的是三轮车吗？19

第一部分　汽油动力车篇

第2章　行驶——发动机是汽车的心脏23

2.1 　启动发动机27

2.1.1 　从点火开始27

2.1.2 　四冲程发动机的结构28

2.1.3 　将活塞的上下运动转化为曲轴的旋转32

2.1.4 　启动发动机前先使曲轴转动33

2.1.5 　用蓄电池供电34

2.2 　将空气与汽油混合后的混合气体吸入发动机36

2.2.1 　雾化汽油，生成混合气体36

2.2.2 　将燃料注入汽缸的“燃料喷射”36

2.2.3 　燃料喷射包括直接喷射和吸气管喷射37

2.2.4 　空气和汽油的理想比例是14.7∶138

2.2.5 　在直喷中，需要形成旋涡才能很好地生成混合气体39

2.2.6 　开启阀门，混合气体进入汽缸41

2.2.7 　活塞上升，压缩混合气体44

2.3 　压缩并引燃混合气体45

2.3.1 　用电引燃混合气体45

2.3.2 　从12伏到1 　万伏48

2.3.3 　转动凸轮，开启阀门48

2.3.4 　实现凸轮与活塞联动的装置51

2.3.5 　曲轴和凸轮轴还会影响引燃时机53

2.3.6 　不同形状的凸轮55

2.3.7 　VTEC 　区别使用两个不同形状的凸轮56

2.4 　净化废气，减小噪声58

2.4.1 　废气的处理58

2.4.2 　用贵金属净化废气60

2.4.3 　废气既不能过热也不能过冷62

2.4.4 　降低油耗的稀薄燃烧63

2.4.5 　设置消音器迷宫，减小噪声64

2.5 　改良发动机67

2.5.1 　使发动机运转更顺畅　改良1 ：多缸发动机67

2.5.2 　直列发动机和V 　型发动机68

2.5.3 　使发动机运转更顺畅　改良2 ：飞轮70

2.5.4 　使发动机运转更顺畅　改良3 ：平衡重72

2.5.5 　使发动机运转更顺畅　改良4 ：机油73

2.6 　从空转到提高发动机转速75

2.6.1 　调节混合气体流量的油门75

2.6.2 　用电控制空气量的线控油门76

2.6.3 　没有油门，效率更高77

COLUMN 　汽车辟谣

发动机的效率真的只有30%？81

第3章　行驶——变速器利用齿轮改变力量83

3.1 　离合器连接发动机和变速器87

3.1.1 　将发动机旋转传递至轮胎的动力传动系87

3.1.2 　利用离合器接合或分离变速器88

3.2 　利用齿轮实现发动机的自由变速90

3.2.1 　利用齿轮的减速增大发动机的旋转力90

3.2.2 　变速器的齿轮将旋转力变至原来的4 　倍92

3.2.3 　变换齿轮组，完成加速95

3.2.4 　在所有齿轮啮合时切换齿轮96

3.2.5 　行驶中无法实现齿轮的啮合99

3.2.6 　利用同步啮合装置实现精准啮合100

3.3 　从变速器到差速器101

3.3.1 　将发动机的旋转力传递至万向节101

3.3.2 　将旋转力从差速器传递到左右车轮102

3.3.3 　差速器也能降低速度，增大动力104

3.3.4 　利用差速器调整内侧和外侧的距离差105

3.3.5 　连接差速器和轮胎的传动轴106

3.4 　自动变速方式1 ：变矩器式107

3.4.1 　自动变速器有三种107

3.4.2 　液力变扭器像面对面摆放的两个风扇107

3.4.3 　用导轮加快液体的流速111

3.4.4 　离合器与液力变扭器强强联合112

3.4.5 　使用三个齿轮的行星齿轮112

3.4.6 　利用两个齿轮的组合进行齿轮切换114

3.4.7 　行星齿轮也是利用齿轮的半径比进行变速117

3.4.8 　利用离合器和制动器等驱动行星齿轮118

3.5 　自动变速方式2 ：自动离合器式120

3.6 　自动变速方式3 ：CVT122

COLUMN 　汽车辟谣

汽车的最快速度与空气有关吗？125

第4章　转向——借助轮胎和差速器顺利转向127

4.1 　改变汽车方向的转向系统131

4.1.1 　方向盘的转动带动齿轮工作131

4.1.2 　动力转向系统借助助力实现轻松转向132

4.2 　借助轮胎的变形和弯曲转向133

4.2.1 　轮胎具有柔软性，可以改变形状133

4.2.2 　充分利用轮胎的四边形触地面134

4.2.3 　轮胎弯曲，产生侧偏力137

4.3 　轮胎的抓地力支撑汽车139

4.3.1 　没有抓地力就无法转向139

4.3.2 　揭开抓地力的神秘面纱140

4.3.3 　轮胎的抓地力随路面状况发生变化141

4.3.4 　把抓地力分配给行驶和转向142

4.3.5 　抓地力的作用方法在前轮和后轮上有所不同144

4.3.6 　前轮驱动和后轮驱动利用抓地力的方法145

4.3.7 　如何增大轮胎的抓地力147

4.4 　差速器用于调整左右转速148

4.4.1 　转向时里侧转速慢，外侧转速快148

4.4.2 　四个伞齿轮吸收左右的转速差149

4.5 　利用悬架调整车体的倾斜度152

4.5.1 　转向时悬架受力，车身倾斜152

4.5.2 　利用弹簧、减震器和稳定器缓和振动154

4.5.3 　恰到好处的车身倾斜能够增大抓地力157

4.5.4 　转向时轮胎依然直立158

4.5.5 　转向时轮胎的触地面发生变形161

4.5.6 　为不改变触地面的形状而努力162

COLUMN 　汽车辟谣

真敢侧滑轮胎来驾驶汽车吗？163

第5章　停车——制动器将速度转化为摩擦热165

5.1 　负责让汽车停止的制动器的结构168

5.1.1 　松开加速踏板时速度会因摩擦而降低168

5.1.2 　踩下制动踏板时制动液会传递力量169

5.1.3 　制动器将速度转化为摩擦热171

5.1.4 　盘式制动器和鼓式制动器的不同172

5.1.5 　前后轮的制动负担不同174

5.1.6 　增强前轮制动效果的结构174

5.2 　制动器的助力176

5.2.1 　用很小的力也能让1 　吨的车停止176

5.2.2 　用杠杆原理增大踏力176

5.2.3 　用发动机的力辅助制动踏板的踏力178

5.3 　轮胎使汽车停止180

5.3.1 　轮胎也会影响制动效果180

5.3.2 　轮胎不转动就无法制动181

5.4 　除制动器之外的减速装置182

COLUMN 　汽车辟谣

紧急时刻有人不踩刹车吗？184

第6章　舒适性——很好地减小噪声和振动187

6.1 　减小各种噪声190

6.1.1 　汽车上处处都是噪声源190

6.1.2 　减小发动机的噪声192

6.1.3 　利用轮胎的沟纹减小噪声194

6.1.4 　轮胎上的花纹沟兼顾排水性和噪声控制197

6.1.5 　用轮胎抑制噪声的增加198

6.1.6 　柔软地固定金属，减小制动器噪声199

6.1.7 　接近流线型能够减小风噪200

6.1.8 　因动力传动系的变速产生的噪声202

6.1.9 　悬架也会产生很小的噪声203

6.1.10 　利用底盘上的隔音材料和底盘下的表面处理隔音203

6.2 　减轻振动204

6.3 　减轻声振粗糙207

COLUMN 　汽车辟谣

乘坐舒适度高的汽车容易晕车吗？210

第7章　安全性——多项技术保护人们免受事故伤害213

7.1 　防患于未然的主动安全技术216

7.1.1 　安全技术大体分为三种216

7.1.2 　ABS 　防止轮胎锁死217

7.1.3 　利用电脑自动调节制动器218

7.1.4 　踩住加速踏板时ESC 　发挥作用221

7.1.5 　紧急时刻借助制动辅助系统增强制动效果223

7.1.6 　接近于自动驾驶的雷达巡航控制系统224

7.1.7 　借助摄像头识别车道标记线的车道保持系统225

7.2 　临近事故时发挥作用的预碰撞安全技术226

7.2.1 　在即将撞击时制动226

7.2.2 　临近撞击时收紧安全带227

7.3 　撞击后控制损失的被动安全技术228

7.3.1 　既易变性又坚固的吸能车身结构228

7.3.2 　三点式安全带利用急减速的趋势固定230

7.3.3 　SRS 　安全气囊能够感知冲击力从而膨胀起来232

7.3.4 　保护头颈部的主动式头枕技术233

COLUMN 　汽车辟谣

即使有发达的安全技术也无法减少事故吗？234

第2部分 　新一代汽车篇

第8章　电动汽车——用电启动电动机驱动汽车239

8.1 　电动汽车与汽油动力车的区别242

8.1.1 　电动汽车的零件比汽油动力车少242

8.1.2 　即使按下了按钮仍处于静止状态243

8.1.3 　根据加速情况调节输送到电动机中的电量244

8.2 　利用变频器和电动机产生旋转力246

8.2.1 　变频器负责转动电动机246

8.2.2 　交流电动机的结构248

8.2.3 　利用电动机发电的再生功能249

8.2.4 　再生需要变频器252

8.2.5 　从汽车发动时开始，电动机就能产生最大扭矩252

8.2.6 　电动机安静地转动254

8.3 　轮毂电机的结构255

8.3.1 　每个轮子上都有电动机255

8.3.2 　汽车的新可能性蕴藏在电动汽车中257

8.4 　锂离子电池的特征258

COLUMN 　汽车辟谣

电动汽车果真静得吓人吗？261

第9章　环保型汽车——混合动力汽车以及燃料电池汽车等263

9.1 　燃料电池汽车的结构266

9.1.1 　蓄电池的低性能催生出了能够发电的电动汽车266

9.1.2 　以氢为燃料发电267

9.1.3 　仅残留水的燃料电池汽车是终极环保车269

9.2 　混合动力汽车有很多种271

9.2.1 　同时使用发动机和电动机271

9.2.2 　并联式混合动力汽车和串联式混合动力汽车272

9.2.3 　接近电动汽车的插入式混合动力汽车274

9.3 　不用电的新一代汽车276

9.3.1 　不受排放标准限制的清洁柴油汽车276

9.3.2 　使用生物燃料的发动机汽车277

9.3.3 　燃烧氢的氢动力汽车278

COLUMN 　汽车辟谣

新一代汽车里果真没有赢家吗？279

结语281

致谢282

1.2.1 汽车因热而动、因热而停 为了实现这五大要素，一台汽车需要由大约2 万个零件组成。搭载着复杂的装置，通过各装置间的密切协作，汽车才能行驶、转向和停车。在详细讲解各个装置之前，我想先谈一谈我常常思考的“汽车究竟是什么”这一问题。 汽车是与物理密切相关的交通工具。说到这儿，大家可能会排斥道：“讲什么物理呀？我又不是理科生。”先别急。虽说汽车行驶遵循的是物理原理，但我会以日常生活中谁都会经...

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